Nokia6100液晶を使ってみる

以前、買うだけ買ってほったらかしにしていたNokia6100液晶を使ってみました。きっかけはトラ技11月号にこの液晶を使った製作記事が載っていたからです(この記事について以前書いたもの)。トラ技11月号のソースプログラムはダウンロードできるのですが、PIC用なのでAVRではそのまま使えません。PICのソースを見ながら初期化の手順や描画手順のエッセンスを抜き出してAVRに移植しはじめました。

ということで一応動くものができたのですが、ちょっと疑問がわいてきたので別のソースも参考にして比較検討をはじめました(参考にしたNokia LCD Driver for 4096 Colors by Loren Blaney)。

SparkFunのColor LCDモジュールです。

キャリーボードは液晶が必要とする電圧を全て作ってくれます。必要なのは3.3Vだけです。

SparkFunのColor LCDモジュールのコントローラはPhilipsのPCF8833とEPSONのS1D15G10があります。うちのはEPSONのでした。EPSONにはS1D15G00という似た名前(最後が00か10かの違い)のコントローラがあって、たとえばストロベリーリナックスでダウンロードできるデータシートは10ではなくて00の方のデータシートです。00と10は微妙にコマンドが違っています。一番大きな違いは10の方では4096色モードが2種類あることです。

4096色モードの一つ目(00互換)は、2ドットを3バイトで表します。4096色は12ビットで表現できます。2つで24ビットなので3バイトです。

1バイト目 RRRRGGGG (左のドットのRとG)
2バイト目 BBBBRRRR (左のドットのBと右のドットのR)
3バイト目 GGGGBBBB (右のドットのGとB)

のように2つのドットの情報をまぜて3バイトを作ります。必ず2つのドットを変更しないといけないようです(要確認)。

4096色モードの二つ目(10専用?)は、1ドットを2バイトで表します。

1バイト目 0000RRRR (R)
2バイト目 GGGGBBBB (GとB)

のように表します。
どちらのモードがいいかというと互いに得意と不得意があります。その1の方はデータがコンパクトに表現できるので、ROMサイズが少なかったり、通信量が少なかったりします。そのかわり細かいドットの操作が面倒です。その2の方は逆でサイズは大きくなりますが、2つのドットを組み合わせたりとか面倒なことがいりません。

モードの切り替えはDATCTLコマンドの3つ目のパラメータで選択します。
- 1のとき、256色モード
- 2のとき、4096色モードその1
- 4のとき、4096色モードその2
です。

トラ技のソースでは4096色モードその1を使っています。Blaneyさんのソースはその2を使っています。また、トラ技のソースはy座標が連続しない設定になっているのと、windowを使った高速転送を使っていません。

このコントローラには矩形転送のためのおもしろいコマンドがあります。通常四角い絵を描くときは、左上のドットをうって、その右隣のドットをうって、順にうっていって右上までいったら、y座標を一つ増やしてx座標を左に戻してといった折り返しの処理が必要になります。このコントローラはあらかじめ周りを囲む四角の座標を設定しておけば、折り返しの処理を自動で行ってくれるので、CPU側はデータを必要な分だけ送れば四角い絵を描けることになります。8x8ドットのフォントを描きたいときは、文字を囲む四角を設定してから、フォントのデータを左上から順に送るだけで画面上は勝手に折り返してくれます。

動かした結果です。

黒、赤、緑、青の4色のHello, worldと、中央の4096色を64x64の四角にしたものを描いています。横方向に4つの繰り返しが見えます。これはBが0～F、0～F、0～F、0～Fと4回動いているからです(その間にGは4つ増える)。

8x8のフォントを16x16(= 256)で表示しています。


ソースです。

#include ＜avr/io.h＞
#include ＜avr/pgmspace.h＞
#include ＜util/delay.h＞

// ピン接続
#define MOSI PD7 // 動かせない
#define SCK  PB2
#define RST  PB1 // pull-down
#define CS   PB0 // pull-up

// S1D15G10コマンド
#define DISON  0xaf // 1. Display on P0
#define DISOFF 0xae // 2. Display off P0
#define DISINV 0xa7 // 4. Inverse display P0
#define COMSCN 0xbb // 5. Common scan direction P1
#define DISCTL 0xca // 6. Display control P4 (データシートp.30のP3は間違い)
#define SLPOUT 0x94 // 8. Sleep out P0
#define PASET  0x75 // 9. Page Address set P2
#define CASET  0x15 // 10.Column Address set P2
#define DATCTL 0xbc // 11.Data scan direction, etc. P3
#define RAMWR  0x5c // 13.Writing to memory P:data
#define OSCON  0xd1 // 21.Internal oscillation on P0
#define PWRCTR 0x20 // 23.Power control P1
#define VOLCTR 0x81 // 24.Electronic colume control P2

// マクロ
#define sck() do { PORTB |= _BV(SCK); PORTB &= ~_BV(SCK); } while(0)
#define cs1() PORTB |= _BV(CS)
#define cs0() PORTB &= ~_BV(CS)

// 外部変数
extern const uint8_t font[256][8] PROGMEM;

// データ形式は0000rrrrggggbbbbの16bit
uint16_t fgcolor = 0x000;
uint16_t bgcolor = 0xfff;

// S1D15G10にコマンドを送る
void lcd_cmd(uint8_t c)
{
    register uint8_t t = c;
    cs0();
    PORTD = 0; sck();            // 0
    PORTD = t; sck(); t ＜＜= 1; // bit7
    PORTD = t; sck(); t ＜＜= 1; // bit6
    PORTD = t; sck(); t ＜＜= 1; // bit5
    PORTD = t; sck(); t ＜＜= 1; // bit4
    PORTD = t; sck(); t ＜＜= 1; // bit3
    PORTD = t; sck(); t ＜＜= 1; // bit2
    PORTD = t; sck(); t ＜＜= 1; // bit1
    PORTD = t; sck();            // bit0
    cs1();
}

// S1D15G10にデータを送る
void lcd_data(uint8_t c)
{
    register uint8_t t = c;
    cs0();
    PORTD = _BV(MOSI); sck();    // 1
    PORTD = t; sck(); t ＜＜= 1; // bit7
    PORTD = t; sck(); t ＜＜= 1; // bit6
    PORTD = t; sck(); t ＜＜= 1; // bit5
    PORTD = t; sck(); t ＜＜= 1; // bit4
    PORTD = t; sck(); t ＜＜= 1; // bit3
    PORTD = t; sck(); t ＜＜= 1; // bit2
    PORTD = t; sck(); t ＜＜= 1; // bit1
    PORTD = t; sck();            // bit0
    cs1();
}

// S1D15G10のwindow設定
void lcd_window(uint8_t x0, uint8_t y0, uint8_t x1, uint8_t y1)
{
    lcd_cmd(CASET);
    lcd_data(x0);
    lcd_data(x1);
    lcd_cmd(PASET);
    lcd_data(y0 + 2);
    lcd_data(y1 + 2);
}

// S1D15G10初期化
void lcd_init(void)
{
    uint16_t i;

    // ポート設定とリセット
    PORTB = _BV(CS);    // CS=1, RST=0
    DDRB  = _BV(SCK) | _BV(RST) | _BV(CS);
    DDRD  = _BV(MOSI);
    _delay_ms(10);      // トラ技は200ms
    PORTB |= _BV(RST);
    _delay_ms(10);      // トラ技は100ms

    // S1D15G10の初期化
    lcd_cmd(DISCTL);    // display control
    lcd_data(0);        // - (トラ技は3)
    lcd_data(32);       // - 132line / 4 - 1 = 32 (31にすると126ライン)
    lcd_data(11);       // - (トラ技は12)
    lcd_data(0);        // - P4はS1D15G00にはない。0:dispersion 1:non-dispersion
    lcd_cmd(COMSCN);    // コモンのスキャン方向
    lcd_data(1);        // - 1:1→68, 132←69 (トラ技は0)
    lcd_cmd(OSCON);     // 内部発振器ON
    lcd_cmd(SLPOUT);    // sleep out
    lcd_cmd(PWRCTR);    // power control
    lcd_data(15);       // - 15固定
    lcd_cmd(DISINV);    // inverse display (0:暗 - f:明)
    lcd_cmd(DATCTL);    // data control
    lcd_data(0);        // - 描画方向
    lcd_data(0);        // -
    lcd_data(4);        // - トラ技は2 (S1D16G00のデータシートにはないモード)
    lcd_cmd(VOLCTR);    // 電子ボリューム制御
    lcd_data(33);       // - トラ技は31 ← コントラスト
    lcd_data(3);        // - 3固定

    lcd_cmd(CASET);     // SRAMクリア
    lcd_data(0);
    lcd_data(131);
    lcd_cmd(PASET);
    lcd_data(0);
    lcd_data(131);
    lcd_cmd(RAMWR);     // メモリ書き込み (RAM初期化)
    for(i = 0; i ＜ 132 * 132; i++){
        lcd_data(bgcolor ＞＞ 8);
        lcd_data(bgcolor);
    }
    _delay_ms(100);
    lcd_cmd(DISON);     // ディスプレイON
}

// 8x8文字出力
void lcd_putc(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t c)
{
    uint8_t i, j, w;
    uint16_t dot;

    // 最初にwindowをセットしてやれば後はデータを送るだけ
    lcd_window(x * 8, y * 8, x * 8 + 7, y * 8 + 7);
    lcd_cmd(RAMWR);
    for(i = 0; i ＜ 8; i++){
        w = pgm_read_byte(&font[c][i]);
        for(j = 0; j ＜ 8; j++){
            dot = (w & 0x80) ? fgcolor : bgcolor;
            lcd_data(dot ＞＞ 8);
            lcd_data(dot);
            w ＜＜= 1;
        }
    }
}

// 文字列出力(ROM文字列)
void lcd_puts_p(uint8_t x, uint8_t y, char *s)
{
    uint8_t c;

    while((c = pgm_read_byte(s++)) != 0) lcd_putc(x++, y, c);
}

void lcd_pset(uint8_t x, uint8_t y, uint16_t c)
{
    lcd_window(x, y, x, y);
    lcd_cmd(RAMWR);
    lcd_data(c ＞＞ 8);
    lcd_data(c);
}

int main()
{
    uint16_t i;

    lcd_init();

    // 文字列出力
    lcd_puts_p(0, 0, PSTR("Hello, world"));
    fgcolor = 0xf00;
    lcd_puts_p(0, 1, PSTR("Hello, world"));
    fgcolor = 0x0f0;
    lcd_puts_p(0, 2, PSTR("Hello, world"));
    fgcolor = 0x00f;
    lcd_puts_p(0, 3, PSTR("Hello, world"));

    // 64x64の色変化四角を描く
    lcd_window(32, 32, 95, 95);
    lcd_cmd(RAMWR);
    for(i = 0; i ＜ 4096; i++){
        lcd_data(i ＞＞ 8);
        lcd_data(i);
    }

    while(1) ; // 無限ループ
}

このコントローラは9ビットのSPIを使います。AVRのSPIハードは8ビットSPIしかできないので、ソフトで実現しています。1ビット目がコマンド(0)またはデータ(1)の区別を表していて、残りの8ビットがコマンドまたはデータになります。データシートを見ると1サイクルが50nsなので20MHzまで平気です。ソフトだともっと遅くなります。

初期化は結構めんどうです。たくさんコマンドを送らないといけません。結局、ほとんどBlaneyさんのコードと同じようなものになりました。BlaneyさんのコードはSRAMの初期化の部分に間違いがあるので修正してあります。

もうちょっと書きたいことがあるのですが、長くなってきたので続きます。