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树莓派 java 驱动 微雪 墨水屏 16灰阶 LUT

分类: 文章 • 2025-03-18 16:18:51

16灰度阶梯展示（未优化版）

  1. 下图为16灰阶梯度未优化版，可以看出，最黑的黑色颜色不够黑，且往右边越黑，灰阶越不明显，还有很大的优化空间，后续再聊优化。
    树莓派 java 驱动 微雪 墨水屏 16灰阶 LUT

LUT

前言

  1. 本文先不直接讲输出16灰阶的代码，而是讲讲16灰阶实现的基础——波形
  2. 一堆资料讲到可编程波形，看得都不知道啥意思，为啥要可编程，而且微雪墨水屏的dataSheet（数据手册）也不提，只是写到LUT寄存器，搞得好像LUT是个众所周知的东西。可是，你知道LUT是个什么东西么?
  3. 其实，我也只是模里模糊知道这个LUT是干啥用的，我觉得这大概够我理解如何驱动树莓派，展示16灰阶图片了
  4. 本文有些细节处可能会理解不对，如果大侠发现错误了，请指正，我马上改。目的是让更多的同学能一起玩墨水屏。

概念

  1. LUT指显示查找表（Look-Up-Table)，具体概念先自己百度一下，这里不多提。
  2. 百度了一堆资料，还是不知道墨水屏的这个LUT是干啥的吧，正常，下边进入正题。

墨水屏的LUT

  1. 我使用的是4.2寸的墨水屏，分辨率为400x300，相当于有400x300个像素，即400x300个墨水胶囊，每个墨水胶囊的示例如下（百度来的图）
    树莓派 java 驱动 微雪 墨水屏 16灰阶 LUT
  2. 我们先记住上图中的几个最关键的内容
    1. 透明的顶层电极薄膜，叫做公共端，英语叫做common。在数据手册中，公共端的电压，表示为Vcom，特别注意这个Vcom。数据手册中多次提到的就是他。
    2. 黑色粒子——负电
    3. 白色粒子——正电
    4. 我们的眼睛，从上往下看
  3. 以上，得知，Vcom使用正电，正负电相吸原理，黑色粒子就贴到上层。Vcom使用负电，白色粒子贴到上层
  4. 再以上，得知，Vcom使用正电，显示黑色。Vcom负电，显示白色。
  5. 假设，Vcom上使用电压1秒钟，黑色或白色粒子完全可以抵达顶部或底部，毕竟粒子在胶囊中移动这小段距离也需要时间。
  6. 再假设，Vcom上使用电压0.5秒钟，粒子移动到一半。Vcom上使用电压0.n秒，粒子移动的距离为0.n 倍顶部到底部的距离。
  7. 根据以上假设，考虑以下场景：

Vcom场景

  1. 正电1s，负电2s，正电2s，负电2秒，正电0.5秒，断电（断电即稳态）。对应的墨水屏展示情况为：

    1. 黑色1s，白色2s，黑色2s，白色2s，0.5倍的黑色（相当于是灰色，因为只给了0.5秒的正电，黑色白色的粒子只跑到一半，混在一起，肉眼看到就是灰色），断电颜色保持。
    2. 为啥要一会正电一会负电呢，我理解，是让黑白粒子上下抖动一下，相当于是清屏，使墨水胶囊能展示更干净纯粹的黑色或白色。
    3. 以上，就是一个Vcom波形，这个波形，最终展示一个0.5倍的黑色——即灰色

  2. 在场景1波形得到的结果基础上。再对墨水屏上电，给另外一个波形，这个波形非常简单：0.2秒的正电，断电。对应墨水屏展示的情况为：

    1. 0.7倍的黑色（相当于0.5倍的黑色+0.2倍的黑色），断电颜色保持。

  3. 忽略场景2，在场景1波形得到的结果基础上。再对墨水屏上电，在给一个波形，这个波形也简单：0.3秒的负电，断电。对应墨水屏展示的情况为：

    1. 0.2倍的黑色（相当于0.5倍的黑色+0.3倍的白色=0.5倍的黑色-0.3倍的黑色 = 0.2倍的黑色，这里只是为了给大家讲明白原理，实际上不会这么精确），断电颜色保持。

  4. 以上，3个场景，都是Vcom波形，大家对波形的理解一定要开放：

    1. 波形可以是多个正负电结合，持续一段时间
    2. 波形可以是单个正电或负电，持续一段时间
    3. 波形甚至可以是不施加电压，也算是一个波形。

Vcom场景分析结论

  1. 根据以上3个场景，可以推理出其他色阶的展示。灰阶，无非就是波形的产物。
  2. 只要波形给到位了可以一把显示任意灰阶（如场景1）
  3. 在波形叠加的情况下，也可以从任意灰阶，直接跳到另一灰阶（如场景2、场景3）

实际LUT波形寄存器

  1. 我们先看下4.2寸屏的官方数据手册，具体有5个Vcom波形，在看过一堆其他的材料的基础上，讲讲我对这几个波形的理解，如果说错了，请指正。

    1. VCOM LUT(LUTC)：我认为，这个是清屏的时候需要用到的波形，实际上，我也没完全搞清楚这个波形的作用是什么，感觉对应以上提到的场景1
    2. W2W LUT(LUTWW)：w即white，白色。白色到白色的波形，相当于以上场景2（场景2为黑色到黑色的波形）的变种
    3. B2W LUT(LUTBW)：b即black，黑色。黑色到白色的波形，相当于以上场景3.
    4. W2B LUT(LUTWB)：白色到黑色的波形，相当于以上场景3（场景3为黑色到白色的波形）的变种
    5. B2B LUT(LUTBB)：黑色到黑色的波形，相当于以上场景2.

  2. 这5个波形寄存器，其实数据形式（数据形式即每个字节分别代表什么意思）是一样的。但是微雪4.2寸墨水屏中，没有明确给出具体的数据形式该怎么传。所以只能看其他材料。

  3. 首先，我们要知道4.2寸屏幕的IC（即驱动芯片），这个数据手册中也没有给出，不知道微雪官方是出于什么考虑没有给出。我通过科学上网(如果大家需要看，也需要通过科学上网)，我是视频地址，以下为视频的概要（芯片的数据手册均可以百度下载到）

    1. 树莓派4.2存屏幕的驱动芯片为IL0398
    2. 但是，IL0398材料并没明确说明波形数据形式如何
    3. 好在，IL0373芯片材料，同IL0398在波形的数据形式上，应该是一致的
    4. IL0373芯片材料中，对Vcom波形的讲解见下：
      1. 20h为寄存器地址，需要以写指令形式写入，对应下表的bytes 1(注意，这里不是从0开始)
      2. bytes 2到7，表示一个波形的一部分，我就把他称为子波形吧。
      3. 一共可以对7个子波形设置，最终构成一个完整的波形。所以橙色这个bytes 2-7 repeated 7 times，说的就是bytes 2-7是一个子波形，一共7个波形的意思。最初看数据手册的时候，心里直骂：“啥意思！什么玩意！”
      4. 下边是对子波形的设置简介：
        1. bytes 2 字节讲解
          1. 这个byte可以设置4个波形，第一个波形使用D7 D6指定，第二个波形使用D5 D4指定，第三个波形D3 D2，第四个波形D1 D0.
          2. 先把VCM_DC理解为电压0
          3. 见以下数据手册截图，00b为VCM_DC，01b为VDH+VCM_DC(VCOMH)其实就是给VCOM正电，10b为VDL+VCM_DC(VCOML)其实就是给VCOM负电，11b为Floating。
          4. 在我的理解，00b和11b电压正常情况下，黑白粒子位置会保持不变，灰度不变。
          5. 如果VCOM使用01b(正电)，结合前边的内容理解，屏幕会更黑
          6. 如果VCOM使用10b(负电)，屏幕会更白
          7. 以上更黑或更白，不需要专门用脑袋记，知道这个概念就好树莓派 java 驱动 微雪 墨水屏 16灰阶 LUT
        2. bytes 3 字节：指定第一个Vcom电压（由byte2的D7 D6指定）的持续时长，单位应该为控制芯片的时钟周期
        3. bytes 4 字节：指定第二个Vcom电压（由byte2的D5 D4指定）的持续时长，单位应该为控制芯片的时钟周期
        4. bytes 5 字节：指定第三个Vcom电压（由byte2的D3 D2指定）的持续时长，单位应该为控制芯片的时钟周期
        5. bytes 6 字节：指定第四个Vcom电压（由byte2的D1 D0指定）的持续时长，单位应该为控制芯片的时钟周期
        6. bytes 7 字节：bytes2到bytes6做出的波形，要重复几次
          1. 因为VCOM LUT在4.2寸屏的使用上好像作用不大（我认为的），比如官方例程截图（官方例程的bytes 1已经由代码send_command写入，所以截图中的数据是从bytes 2开始）
          2. 最左侧一列的上边7个，就是表示波形定义，全为0x00，即4个电压全是00b指定的电压，即VCM_DC，可理解为电压0
          3. 以下截图，可以看出，只指定了第一个波形执行1次，其他的波形执行0次。这个VCOM波形我理解加不加对屏幕没有啥灰度上的变化。
            树莓派 java 驱动 微雪 墨水屏 16灰阶 LUT
        7. bytes2-bytes7定义第一个子波形。
        8. bytes8-bytes13定义另一个子波形。等等等等。一共定义7个子波形，共同拼接成一整个波形。
        9. bytes44,bytes45我也没搞懂是干啥用的，知道的同学还请指教，我看例程里边直接设置为0了。具体数据手册的说明见下：
          树莓派 java 驱动 微雪 墨水屏 16灰阶 LUT
    5. IL0373芯片材料中，对LUTWW波形的讲解见下，与VCOM LUT波形大同小异，就不专门再说一遍了。
      树莓派 java 驱动 微雪 墨水屏 16灰阶 LUT

墨水屏LUT波形玩法

  1. 上边讲了这许多，相信很多同学对这个LUT已经有概念了吧。
  2. 那怎么实现灰阶呢，大家应该也有概念了吧。
  3. 假如（仅仅是假如，这个值大家可以自己去调，都能得到对应屏幕的理想波形），VCOM上15个时钟周期的正电，显示完全的黑
    1. 将黑分为16级，在屏幕为纯白的情况下
    2. 显示第15级黑，则需在VCOM上给14个时钟周期的正电
    3. 显示第14级黑，则需在VCOM上给13个时钟周期的正电
    4. 显示第13级黑，则需在VCOM上给12个时钟周期的正电
      …
      n. 显示白，则需在VCOM上给0个时钟周期的正电
  4. 所以，墨水屏上的灰度，可以对这个Vcom施加不同时长的正负电，以实现灰度。

结语

  1. 关于本文，我认为，大的概念上是没错的，相信大家看完，也至少模糊知道墨水屏LUT的原理
  2. 小的概念上，包括VCOM LUT的bytes44 bytes45我也没搞懂具体是干啥的，希望懂的同学不吝赐教，共同成长。

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