基于电子纸的节能电子闹钟系统设计
基于电子纸的节能电子闹钟系统设计
电子纸是新一代显示装置，它具有超低功耗、超宽视角、高对比度、高反射、无需背光源纯反射模式、双稳态显示、防强光等特点。

当电子纸微胶囊做于柔性基板上，则其具有和纸一样的可弯曲的特性，而且显示的视觉感官效果几乎和纸张一样。

电子纸对比其它显示装置如LED、LCD等更加节能，观看效果更佳。

本设计采用电子纸作为电子闹钟的显示屏幕，使用时基芯片DS1302提供精准的年月日及时分秒，温度传感器LM75A提供实时温度信息，单片机MSP430作为控制系统，干电池供电。

总体具有工作电压宽，耗能低，工作时间长，显示界面清新等优良特点。

对时基芯片采取双电源供电即可避免更换电池重调时间的繁琐。

整体都采用低耗能、宽电压工作器件，有效延长电池的工作时间。

一、电子纸显示器的基本原理
本设计采用大连佳显电子的2.1寸电子纸，型号为GDE021A1。

1.基本性能特点
（1）分辨率为172X72，显示区域48.16X20.16，四灰阶数可显示黑、白、灰阶，对比度达10:1，反射率35%，运行温度为0~50℃。

双稳态性，只在电子纸刷新时耗电。

（2）刷新时间300ms,响应时间100ms,使用寿命（无故障刷新次数）：100万次以上。

（3）超低功耗，只在改变显示内容时耗电，刷新时的功耗为0.012mW/cm2。

工作电压2.4V~3.3V。

（4）串行外设接口，内置振荡器，波形存储在片上OTP，采用COG封装, IC厚度250um。

2.电子纸的工作原理
电子纸（赛伦纸）技术是一种“微胶囊电泳显示”技术。

其基本原理是悬浮在液体中的带电纳米粒子受到电场作用而产生迁移。

电子纸是一种薄膜状的材料，它是由成千上万个微小的胶囊状颗粒（称为微胶囊）涂在一种塑料基材上而制成的。

微胶囊是电子纸的基本单元，它里面包含了两种不同颜色的纳米粒子。

电子纸的工作原理如图所示:
图1.赛伦显示器工作原理赛伦纸膜片是赛伦纸显示模组的核心材料，负责显示人眼实际看到的图案。

底板作为赛伦纸显示器的像素电极（下电极），用于控制赛伦纸每个像素的黑白变化。

赛伦纸膜片可经过层压的方式贴合在底板上。

驱动芯片可根据控制指令和信号产生相应的逻辑电平和时序，用于控制底板每个像素（或段码）的工作时序和状态，并使赛伦纸能够显示所需图案。

赛伦纸显示器无需背光源，其次，具有双稳态性。

即当显示静态图像的时候，赛伦纸能够完全不耗电，换句话说，就是即使断开所有电源，赛伦纸显示器依然能够保留最后一幅画面。

3. GDE021A1的引脚功能
GDE021A1采用COG（chip on glass）封装，引脚排布如图2所示。

VccIO、VCI 接由两节干电池串联供电+3V。

其中电源+3V需进行升压处理以提供电子纸刷新需要的高电压。

具体升压电路及引脚连接如图3所示。

cs为片选端，低电平有效。

D/C是数据/命令控制引脚，与MCU以4线SPI模式相连。

当D/C为高电平，表明D1输入为数据；当D/C为低电平时，表明D1输入为命令字。

BUSY为忙状态引脚，当芯片忙碌该引脚输出为高电平，不忙碌时输出为低电平。

该引脚能够提供MCU查询，当处于不忙碌时MCU则能够向GDE021A1输入控制命令或者显示数据。

BS1为接口选择控制端，当BS1为低电平，与MCU执行3线SPI模式传输；当BS1为高电平，与MCU执行4线SPI模式传输。

TSCL和TSDA为GDE021A1与温度传感器的I2C 接口。

图2 GDE021A1引脚功能图3 升压控制连接示意图。