TFT display for Raspberry pi with ESP32

3.5 ” 480×320 SPI TFT RPi touch Display を ESP32 で動かす方法。 　 2017.08.12
rev1 : 2018.03.27
rev2 : 2018.03.28
rev3 : 2019.01.01
費用は  2265円 です。( RPi Display + ESP32 MiniKit + 接続基板 )
他には D1 mini Lite = 1775円。D1 mini = 1985円。D1 mini Pro = 2285円 です。
ディスプレー の価格は 1266円 で 2.4 inch 320×240 TFT より少々高いです。

ラズベリーパイ用 TFT ディスプレー：
＿　画素数が多く多彩な表示ができます。基板、タッチセンサー、TFT部が
＿　きちんと固定されケースに収めやすい構造です。ラズパイは 本体と
＿　ディスプレー用に綺麗な RPi Acrylic Case (294円) が販売されています。

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RPi Display 仕様：
＿　表示方式： TFT LCD
＿　サイズ： 3.5 inch。8.5cm x 5.5cm x 1.7cm
＿　画素数： 480 x 320 ( HVGA )
＿　電源　： 5Vdc ( 3.3V Regulator 内蔵)
＿　タッチ： Touch Screen Controller XPT2046
＿　タッチペン： 8.7cm
＿　接続： SPI ( MOSI, SCLK, CS, DC, RST, MISO )
＿　SPI 周波数： 20MHz ( TFT下の配線構造の為 )
＿　ドライバーIC： ILI9486  ( 480 x 320 )
＿　SPI 詳細： SPI信号を 74HC04, 74HC4040, 74HC4094, 74HC4094
＿　　　　　　でパラレル信号に変換しています。
＿　3.5inch RPi Display User Manual

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準備：費用 2265円。RPi Display + ESP32 MiniKit + 基板 + コネクター

No	Nomen	Link	Price
1	3.5 ” 480×320 SPI TFT Raspberry Pi	ebay ( $11.43 ) rev ($12.68)	1250円
2	ESP32 Minikit	top_electronic1980($7.11)	785円
3	WEMOS D1 Mini Lite	WEMOS CC Store($3.53)	389円
3	WEMOS D1 Mini	WEMOS CC Store($4.53)	499円
3	WEMOS D1 Mini Pro	WEMOS CC Store($7.26)	799円
4	ユニバーサル基板：72 x 47mm：1個	秋月電子通商	120円
5	ピンヘッダー：2×13：1個	秋月電子通商	50円
6	ピンヘッダー：2×20：1個	秋月電子通商	50円
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7	TFT ライブラリー	Bodmer：TFT_eSPI

追記：2019.01.01
3.5 ” 480×320 SPI TFT Raspberry Pi 販売：$11.43 の販売店は無くなりました。
＿　注意：基板裏側に「3.5 inch RPi LCD V3.0」と書かれている製品が使用でき
＿　　　　KeDei製は使用できません。格安の販売店をお探し下さい。

海外の価格：円レートと販売店で変化します。ESP32 Minikit は 23社が販売
＿　　　　　しており 日々価格が変化します。最安の業者を探しましょう。
購入トラブルメモ：Advanced Teck($7.08)に注文し異なる物がきました。
＿　注文品の送付を依頼しましたが届きません。よってこの業者は
＿　ブラックリストに入れました。

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追記：2018.03.27
2018.03.26 ohno氏からの情報で eSPI の新しいバージョン(2018.03)に於いて
画面が表示されないとの報告がありました。2018.03.27日のバージョンにて
確認した所、ご指摘の様に画面が全く表示されませんでした。
対策は 古いバージョン(2017)を使用し正常に表示されたとの事です。
私は この記事の時に使用したバージョンのライブラリー
(ハードディスクに記載されている 追加、変更日：2017年07月15日)
とバージョン(2017)(追加、変更日：2017年11月29日)で 動作することを
確認致しました。
古いバージョンは https://github.com/Bodmer/TFT_eSPI/archive/v0.17.12.zip
から ダウンロード 出来ると教えて頂きました。
貴重な情報を頂いた ohno氏に感謝致します。

尚、2018.03.27 のバージョンは ESP32_PARALLEL や M5STACK 、ePaper 等
が追加されています。

追記：2018.03.28 ( コメント蘭も参照ください)
新バージョン(2018.03) で動作させる方法！
2018.03.28 ：ohno氏から 新バージョン(2018.03)の動作報告がありました。
eSPI.cpp 29-35行目の以下を eSPI.h の24行目に移動します。
eSPI.cpp の以下 29-35行目はコメントアウト(//)してください。
原因は 数 tft_Write_8(C) が正しく動作していない事によるものでした。
原因を追求し解決策を頂いた ohno氏に感謝致します。

// If it is a 16bit serial display we must transfer 16 bits every time
#ifdef RPI_ILI9486_DRIVER
  #define SEND_16_BITS
  #define CMD_BITS 16-1
#else
  #define CMD_BITS 8-1
#endif

ニュース：TFT_eSPI 2018.03.27 のバージョンは M5STACK に対応済みです。
＿　M5STACK の Display は Memory Access Control の MADCTL の値が異なり
＿　TFT_eSPI 等の外部のライブラリーを使用すると 画像表示が鏡面反転や
＿　表示範囲が狭い等 正常に表示しませんでした。
＿　TFT_eSPIは この問題を解決し正しく表示する事ができる様になりました。
＿　User_Setupの方法は User_Setups Folder の中にある Setup12_M5STACK
＿　を使用します。
＿　SPI_FREQUENCY は 27000000 ですが 40000000 でも動作し M5STACK
＿　と同じ動作速度になります。
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TFT の種類と注意：
＿　幾つかの種類があります。SPI接続のものを使用します。
＿　3.5 inch RPi Display V3.0 と書かれた物が最新版です。
＿　V3.0 と記載されていなくとも ICと配線は同一の物があり動作します。
＿　コネクターは 26PIN ( 2 x 13 ) です。
＿　基板上のICが 74HC04,74HC4040,74HC4094,74HC4094 なら使用できます。
＿　KeDei 製は 異なるICで構成されており そのままでは使用できません。
＿　KeDei 製を使用する時は IC交換により高速で動きますが 改修は面倒です。

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基板裏：左上から 74HC04, 74HC4040, 74HC4094, 74HC4094
ピン配置：Raspberry Pi ( Rev.2 ) と同等。

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配線：配線は７本のみです。コネクターの向きは 上記写真と同じです。

RPi Display	GND	CS	SCK	RST	MOSI	DC	5V
RPi Display	25	24	23	22	19	18	2
ESP32 GPIO	GND	5	18	RST	23	13	5V

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TFT ライブラリー：Bodmer：TFT_eSPI。作成された Bodmer 氏に感謝致します。
＿　TFT RPi touch Display のドライバーIC は ILI9486 (480 x 320) です。
＿　TFT_eSPI が対応する ドライバーは ILI9486。ILI9341 (320 x 240),
＿　ST7735(128 x 128 or 128 x 160), ILI9163(128 x 160), S6D02A1 も
＿　可能です。さらに 高速化も実施されています。

設定：「User_Setup.h」
＿　ドライバー、GPIOピン、フォント、SPI周波数の設定は「User_Setup.h」
＿　で行います。エデッターで編集し 保存して使用します。
＿　この記述方法は メインのスケッチでGPIOピンの設定が不要で便利です。
＿　これによりサンプルは変更する事無く直ぐ動作します。
＿　例：ESP32 MiniKit

#define RPI_ILI9486_DRIVER

#define TFT_MISO 19
#define TFT_MOSI 23
#define TFT_SCLK 18
#define TFT_CS    5
#define TFT_DC   13
#define TFT_RST  -1

#define LOAD_GLCD
#define LOAD_FONT4
#define LOAD_FONT6
#define LOAD_FONT7
#define LOAD_FONT8
#define LOAD_GFXFF

#define SPI_FREQUENCY  20000000

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サンプルスケッチ：examples「480 x 320 」は以下があり 即動作します。

Cellular_Automata	Demo_3D_cube	Flash_Bitmap
Free_Font_Demo	Graph_2	TFT_Char_times
TFT_Ellipse	TFT_flash_jpg	TFT_graphicstest_one_lib
TFT_Meter_4	TFT_Meters	TFT_Padding_demo
TFT_Print_Test	TFT_Rainbow480	TFT_ring_meter
TFT_String_Align	UTFT_Demo_480x320

 

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ライブラリーの速度：TFT_eSPI は Adafruit や 他の ライブラリーより速いです。
＿　Raytracing による比較：
＿　ESP32 DEVKIT V1 + 320×240 SPI TFT Display  + Adafruit は 14 sec 。
＿　　Raytracing with ESP32
＿　ESP32 MiniKit + 320 x 240 TFT SPI Display + TFT_eSPI は   6 sec 。
＿　ESP32 MiniKit + 480 x 320 TFT SPI Display + TFT_eSPI は 11 sec 。
＿　ESP32 VSPI(or HSPI)接続と TFT_eSPI ライブラリーによる効果です。

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画像処理メモ：
マックで image.c 作成方法：Wine APP + ImageConverter565.exe で作ります。
Bodmer：JPEGDecoder を使用します。
QVGA：320 x 240
HVGA：480 x 320

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ラズパイ用ケース：
BME280 センサーを接続し RPi Acrylic Case に収めました。
ESP32にBME280を接続し 温度、湿度、気圧 を Ring で表示しました。
USB 5V 消費電力：178mA

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参考：
ILITEK：ILI9486：Application Notes
RPI Display 配線図：sainsmartschematicV2
Arduino FORUM：TFT_eSPIのハードとソフト、高速化等の情報。
＿　New graphics library for NodeMCU (ESP8266) and SPI based TFT displays
Bodmer：TFT_eSPI：ライブラリーの説明と開発の経緯。
wdim0 ：esp8266 with KeDei lcd module：KeDei LCD module の改修方法。
YouTube：ESP8266 with hacked 3.5″ KeDei LCD module (SPI, CLK 40 MHz)
＿　　　　SPI を 40MHz で高速動作させる改修方法。
YouTube：ESP8266 with hacked 3.5″ KeDei LCD module (SPI, CLK 20 MHz)
＿　　　　SPI 20MHz の場合 。

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感想：
1.  念願の 3.5 inch 480 x 320 を ESP32 ( ESP8266 ) で使用する事ができました。
＿ 　ESPでの 5 inch と 7 inch は 動作情報がありますが 公開されていません。
2.  480 x 320 TFT + Arduino DUE  で 32ch(Arinc 429) Logic Analyzer
＿　を製作した事例があります。以下は  24bit を縦に表示したものです。

3.  ラズパイでの これ以上の画素はHDMI接続になりESPではできません。
4.  TFT_eSPI library を使いこなすには 設定の「User_Setup.h」を理解
＿　すると解りやすいです。命令表は Keywords.txt に書かれています。
5.  少し大きいですが 手に収まる事と 480 x 320 の大きい画素数という
＿ 　利点があり 多彩な表示が出来るかと思います。
6.  サンプルの「Cellular_Automata」はライフゲームです。ライフゲームに
＿　興味があり、早々に楽しんでいます。

7.  TFT LCD Display 価格調査：
＿　ebay の 3.5inch 480×320 は 1266円。
＿　国内は 以下の様に 幾つも購入できる 高価格です。
＿　aitendo：3.5 inch 480×320 は 3500円。
＿　スイッチサイエンス：3.5 ” は無く 2.2″ 320×240 3499円。
＿　　2.8″ 320×240 4903円。2.8″ 320×240 6307円。
＿　秋月電子通商：2.8″ 320×240 5130円。
＿　千石電商　　：2.8″ 320×240 4200円。
＿　日本アマゾン：3.5inch 480×320 は 幾つかの業者があり
＿　　Kuman=2280円, Elegoo=2300円, Elecrow=2499円,
＿　　cocopar=2999円。

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