TFT_eSPI Library supports M5STACK

TFT_eSPI Library は M5STACK の Display をサポートしました。 　　2018.04.17

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TFT Display と Library：
＿　TFT Display の Library は 幾つかありますが その中で
＿　TFT_eSPI Library は 速度、機能、多種対応 で ナンバーワンとも言えます。
＿　M5STACK(Custom ILI9341), Raspberry Pi用TFT(ILI9486) を含めて８種の
＿　SPI TFT や Parallel interface TFT, ePaper の多種対応、高速化、スプライト、
＿　アンチエイリアスフォント機能が実施されています。
＿　詳細は eSPI Library に記載されており 読み応えがあります。

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主題の前に M5STACKの解説を致します。( 少し長いです )

M5STACK の TFT Display：
TFT  Driver は 320×240 ILI9341 です。ただし「Custom ILI9341」です。
m5stack/M5Stack_TFT_ILI9341 には 「Custom ILI9341」 と書かれています。
低価格で販売されている 2.4 inch TFT SPI 320×240 ILI9341 とは 異なる点が
あります。MISOの配線は無し。 2 inch で 人によっては小さいです。

2 inch M5STACK Display	2.4 inch  320×240 TFT Display Module

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1. 色の配置：BGR
＿　ハード的に異なります。RGB ( ILI9341 Data Sheet ) が BGR に
＿　なっています。つまり R(赤) と B(青) が 逆になっています。
＿　これは RGB Color Codes Chart が使用できない事を示しています。
＿　bin タイプの画像やデーターは互換性が無くなります。

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2. 表示の向き：鏡面反転表示
＿　鏡面反転表示 (左右反転)します。これもハードの構成による物と思われます。

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M5STACK の現象：
1. M5STACK の Display Library で 外部に接続した市販の TFT を表示すると
＿　色ずれと鏡面反転し正常に表示しません。
2. 従来の TFT Library で M5STACK の TFT を表示すると同様に色ずれと
＿　鏡面反転し正常に表示しません。
理由は 解りませんが 私はプロテクションと判断しています。
＿　昔 aitendo の TFT で この方法を使用した TFT Display があり 不便でした。

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M5STACK の 現状と対策：
＿　TFT Driver IC に対し カスタムの配線は 従来の TFT Library を使用した
＿　スケッチの活用が出来なくなります。
＿　スケッチの移植が困難になり 先人の資産を有効活用できません。
＿　従来の TFT とは異なる設計は 大変不便です。
＿　その中で、 Tetris, spaceShooter, Pacman 等の移植を実施しました。
＿　例として Tetris は これまでの画像を使用できず 新たにM5STACK用の
＿　画像を作りました。調査と作成に大変時間を要しました。

＿　SOKOBAN を移植された robo8080氏も 左右反転に気がつき スケッチの
＿　サブプログラムで処理をされ 動作しています。
＿　robo8080氏の対応策は素晴らしく、感謝致します。

robo8080氏のプログラム：左右反転。

void fillImage(void *image, int x, int y, int w, int h) {
 uint16_t* p = (uint16_t*)image;
 M5.Lcd.startWrite(); // Requires start/end transaction now
 M5.Lcd.setAddrWindow(x, y, x+w-1, y+h-1);
 for ( int i = 0; i < h; i++) {
   for (int j = 0; j < w; j++) {
     M5.Lcd.writePixel(p[i*w+j]);
   }
 }
 M5.Lcd.endWrite(); // End last TFT transaction 
}

robo8080氏のプログラムを 基に FACES version of M5Stack_sokoban を作らせて頂きました。

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色の対策： RGB -> GBR
＿　Kongduino / M5-Colors-Demo：デモは RGBを BGR に変換しています。
＿　Kongduino氏は Colours.h  で RGB の定義をし void demoColour で
＿　GBR に変換した 5-Colors-Demo を作成しています。

＿　M5CheatSheet にも Color の 定義が記載されています。

例：Tetris：make_block( 3, 0xFF00);       // D__,DDD  BLUE
＿　Colours.h：TFT_BLUE 0x001F /* 0, 0, 255 */　： Color の定義
＿　void demoColour(char *colourName, uint16_t clr) {
＿　　uint16_t reverse = clr ^ 0xFFFF;　// Color の反転

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M5STACK Display Library の詳細：
TFT 左右表示：アドレスは 0x36 で 名称は ILI9341_MADCTL です。
＿　M5 Display.h に定義されています。
＿　Memory Access Control : MADCTL : 左右表示
＿　M5 Display.h：#define ILI9341_MADCTL 0x36

設定：M5 Display.cpp で 以下の様に 0x08 です。
＿　　　本来は 0x48 で行われています。

writecommand(ILI9341_MADCTL); // Memory Access Control
writedata(0x08);　　// writedata(0x48);

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=== [ 主題 ] SUBJECT  ===   eSPI Library supports M5STACK   =========

eSPI Library の M5STACK対応：
M5STACK 販売当初、eSPI Library は M5 に正しく表示できませんでしたが
2018.04  (Update 2nd April 2018)  にて M5STACK 対応が実施され
表示が可能になりました。 Bodmer氏に感謝致します。

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対応ディスプレー：８種類のTFT と ePaper 対応。
＿　ILI9341, ILI9163, ST7735, S6D02A1, ILI9481, ILI9488,ILI9486, HX8357
＿　ePaper display

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eSPI Library と 多種TFTの記述方法：User_Setups
TFTの設定は 通常 スケッチの宣言部と setup で行いますが eSPI Library は
User_Setups に記載された内容で 行なわれます。
TFT_eSPI/User_Setups/Setup12_M5Stack.h

TFTの宣言と設定を User_Setups に集約する事で便利になっています。
既に 対応する TFT の User_Setups も用意されています。
多種類の TFT 対応が可能である事と プログラムが簡単です。

これにより 従来の eSPI のスケッチがそのまま動作します。
SPI FREQUENCY は 40MHz で 動作します。

例：User_Setups：M5STACK の 設定：

#define ILI9341_DRIVER
#define M5STACK
#define TFT_MISO  -1
#define TFT_MOSI  23
#define TFT_SCLK  18
#define TFT_CS    14  // Chip select control pin
#define TFT_DC    27  // Data Command control pin
#define TFT_RST   33  // Reset pin (could connect to Arduino RESET pin)
#define TFT_BL    32  // LED back-light
#define SPI_FREQUENCY  40000000

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鏡面反転表示 (左右反転) から 正しい表示：

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サンプル：多数のサンプルがあります。
＿　具体的な画像は  TFT display for Raspberry pi with ESP32 を参照ください。

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注目する機能：
1. Sprite ：スプライト
＿　複雑なグラフィックにて フリッカーの無い表示が可能です。
＿　スクロール機能のサンプルもあり参考になります。

2. ESP32_PARALLEL
＿　User_Setups の中に #define ESP32_PARALLEL の設定があります。
＿　Control pin 3つ、R/W 2つ、DATA 8つ 計 13本で パラレル操作が可能です。
＿　TFT は ILI9481 and ILI9341 で PARALLEL 方式の TFT を入手できますと
＿　ESP32 で PARALLEL 操作が可能になり 高速表示を期待する事が出来ます。
＿　対応するボードは 8 bit parallel interface TFT ILI9341 が販売されています。
3. M5STACK 内蔵の Display や M5STACKに外部接続した Display も表示が
＿　可能です。

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M5STACK TFT Driver ILI9341：
更に詳しい TFT Driver の中味は TFT_Driver Folder の中に
＿　ILI9341_Defines.h, ILI9341_init.h, ILI9341_Rotation.h があります。

ILI9341_init.h には M5STACK用の設定が宣言されています。

#ifdef M5STACK
  writedata(0xA8); // Rotation 0 (portrait mode)
#else
  writedata(0x48); // Rotation 0 (portrait mode)
#endif

#ifdef M5STACK
  // Turn on the back-light LED
  digitalWrite(TFT_BL, HIGH);
  pinMode(TFT_BL, OUTPUT);
#endif

ILI9341_Rotation.h にも M5STACK の設定が多数宣言されています。

 
#ifdef M5STACK 
  writedata(TFT_MAD_MY | TFT_MAD_MV | TFT_MAD_BGR); 
#else 
  writedata(TFT_MAD_MX | TFT_MAD_BGR); 
#endif 

この内容を見ると eSPI Library の著者である Bodmer氏は M5STACK を解析し
丁寧に作られており 驚くばかりです。

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速度：
M5STACK での M5 Display Library と eSPI Library の速度を比較しました。
速度は ほぼ同じです。恐らく内部の CODE は 同じ構成だと想像します。

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eSPI の bug：バグと修正方法。
3.5 ” 480×320 SPI TFT ILI9486 RPi touch Display を使用する場合、ここに
示されたVersion では表示しません。ブログにコメントされた ohno氏 が
発見し解析により解決方法が判明致しました。
詳細は TFT display for Raspberry pi with ESP32 を参照ください。
ohno氏 に感謝致します。
変更内容：以下の eSPI.cpp を eSPI.h の先頭に移動。

#ifdef RPI_ILI9486_DRIVER
  #define CMD_BITS 16-1
#else
  #define CMD_BITS 8-1
#endif

他、Parallel interface TFT に於いて TFT_CS が出力されない不具合があり、
eSPI.h の TFT_CS の変更が必要です。

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参考：
mgo-tec電子工作：mgo-tec氏 が解析され RGB -> BGR の詳細が記載されています。
＿　M5stack(ESP32搭載)の液晶ディスプレイ ILI9341 をちょっと解明してみた
＿　M5STACK発売当時からの疑問が 同様である事が解りました。
＿　詳細な分析と解説をありがとうございました。mgo-tec 氏に感謝致します。
TFT display for Raspberry pi with ESP32：ラズベリーパイ用 3.5 inch 480×320
Mini Grafx Library : Daniel Eichhorn：高度な命令がある TFT Library
Arduino Library List：ライブラリー集
instructable：ARDUINO TFT DISPLAY AND FONT LIBRARY：Arduino by Bodmer

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感想：
eSPI Library ( version 0.20.10 ) 2018.04 Version：
＿　M5STACK で使用できなく困っていましたが 使用できる様になり便利に
＿　なりました。M5STACK や e-Paper に対する 対応をされ Bodmer氏に
＿　感謝致します。

eSPI Library：
＿　rev : 0.20.10
＿　rev : 0.20.13 : 2013.04.21 : TFT_DC , TFT_CS
＿　rev : 0.20.14 : 2013.04.24 : ePaper, SD, drawXBitmap, Fix111(not font)
＿　Bug : TST_CS does not output in ESP32_PARALLEL : 2018.04.24

M5STACK のサンプル：
＿　M5STACK発売後に M5の全サンプルを画像表示しようかと思いましたが
＿　既にある eSPI Library と同じである為 M5の紹介では表示しませんでした。
＿　時期的に eSPI Library の方が早く M5のサンプルは eSPI Library の
＿　サンプルを使用した物と思われます。

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Make a battery module for M5STACK

M5STACK の バッテリーモジュール を作りました。　　　　　 　　　2018.04.12

容量は 1050mAh,  1300mAh,  2600mAh です。
費用は 567円,  567円,  786円 です。

Li-IONバッテリーは 使用方法により火災の原因になりますので注意してください。
使用するLi-IONバッテリーに合わせた充電回路を設計する必要があります。
又 並列接続してはいけません。

1050 mAh ( 567円 )	1300 mAh ( 567円 )
2600 mAh ( 786円 )　要注意！	Connector Side

 

M5STACK OscilloScope へ 2600 mAh を装備。
重要な注意：
＿　Li-IONバッテリーは 並列接続してはいけません。火災の原因になります。
＿　2600mA 並列接続は 単にレイアウトの件で表示しました。
＿　並列接続の場合は 適切な回路を搭載する事が必要です。
＿　今回、この適切な回路は掲示していません。

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準備：

No	NOMEN	販売店	価格	Note
1	PROT Frame   ( height   6.5 mm )	自作(31分)	11円	OBJET
2	PROT Frame   ( height 15.0 mm )	自作(59分)	19円	OBJET
3	Rear Cover     ( height   4.0 mm )	自作(31分)	11円	OBJET
4	0.3mm厚基板 C Type  72x47mm	秋月電子通商	120円	0.3mm厚
5	BATTERY NP-70  3.7V 1050mA ( height 7 mm )	杉元ガレージ	200円	秋葉原
6	BATTERY NP-40  3.7V 1300mA ( height 9 mm )	杉元ガレージ	200円	秋葉原
7	ピンソケット 2×22 44P	秋月電子通商	150円	秋葉原
8	JST 1.25mm 2-Pin Wire and connector	ebay	22円	20ea 425円
9	M2 Hex Head Tapping Screw ( 4 ea )	ebay	28円
10	M3 Stainless Steel Hex Screws ( 2ea )	ebay	25円
11	ワイヤー等	在庫品	0円
–	—————————————	—————-	——-	———–
–	1050 mAh TOTAL		567円
–	1300 mAh TOTAL		567円
–	2600 mAh TOTAL		786円

 

注意：電源は 極性に注意が必要です。接続前に必ずテスターで極性を確認します。
＿　JST 1.25mm Battery Connector Pin は 通常 [ + RED ], [- BLACK ] Wire です。
＿　M5STACK 本体の Baterry Connector は この逆の並びで 要注意です。

秋葉原の杉元ガレージ(日曜日)では NP-40 が沢山あり 10個購入して おまけで
1500円 + ２個でした。1個 125円です。2018.04.15

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工作：
＿　参照：Make a case of M5STACK ( 2018.03.10 )
＿　参照：Make M5STACK’s PROT Module ( 2018.03.15 )
＿　参照：Make a case of M5STACK ESP32 Oscilloscope ( 2018.04.03 )
＿　バッテリーの接続は JST 1.25mm 2-Pin で 行うと便利です。
＿　重要事項：配線後 及び 接続前に必ずテスターで極性を確認してください。

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感想：
＿　販売品：M5STACK Store の Battery Module は 850mAh ( $16.90 )です。
＿　　　　　作ると M5STACK の設計の良さを体験できます。
＿　携帯：M5STACK を 携帯で使用する時は バッテリー接続が便利です。
＿　　装備する フレームによっては M5STACK Store に無いサイズの物が必要に
＿　　なり 今回の様な 使用方法も便利かと思います。
＿　並列接続：Li-IONバッテリーは 並列接続してはいけません。火災の原因になります。
＿　　理由は、リチウムイオン電池が破損し内部抵抗が小さくなる場合、
＿　　　並列で繋げた他の電池から電気が流れ込むことがあります。
＿　　　この時に電流が大きくなるとその分、熱を持ちます。並列で繋がった
＿　　　リチウムイオン電池は、1つが壊れると一気に壊れた電池に電流が流れ
＿　　　込み、触れないぐらいの熱をもったり、燃えたりする可能性があります。
＿　　参考：瀧/TAKI’s Blog：
＿　　　「知っておくべきモバイルバッテリーの12の法則（改訂版：2014/12/23）」
＿
＿　費用：秋葉原の中古屋にある 200円の Battery と 3D Printer の 材料代です。
＿　メモ：オシロスコープは 1KHz 程度の性能ですから あまり期待しない事。

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Make a case of M5STACK ESP32 Oscilloscope

M5STACK ESP32 Oscilloscope のケースを作りました。 　　　　　　2018.04.03

botofan calin氏 作成の「M5Stack-ESP32-Oscilloscope」が
2018年3月31日に公開されました。待ち望んだアプリの公開です。
botofan calin氏 に 感謝致します。

費用：1196円。大きな費用は BNC コネクター ４個で400円です。

Input は 2CH ( GPIO 35, 36) で Output は 2CH ( GPIO 2, 5 )です。

仕様：メニューは 以下の項目があり SELECT で 詳細な設定ができます。

1. Run/Stop
2. Channel 1 range : 1, 0.5, 0.2, 0.1V, 50mV
3. Channel 2 range : 1, 0.5, 0.2, 0.1V, 50mV
4. Channel 1 and 2 rate : 5, 10, 20ms/DIV
5. Channel 1 mode (Normal, Inverted, Off)
6. Channel 2 mode (Normal, Inverted, Off)
7. Channel 1 Offset
8. Channel 2 Offset
9. Trigger Channel : 1 or 2
10. Trigger mode Auto, Normal, Scan
11. Trigger Level
12. Trigger Edge: Rising (UP) or Falling (DN)

追記：2018.04.06 「M5Stack-ESP32-Oscilloscope」のアップデートがありました。
＿　　 MENU が追加され 操作しやすくなりました。
＿　　

使用例：左は INPUT。右下は OUTPUT です。

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準備：

No	NOMEN	販売店	価格	Note
1	OscilloScope PROT Frame (高さ 15mm)	自作(59分)	19円	OBJET
1	OscilloScope PROT Frame (高さ 15mm)	自作(73分)	11円	uPrint
1	OscilloScope PROT Frame (高さ 15mm)	自作(48分)	0円	Replicator
2	Battery PROT Frame          (高さ 6.5mm)	自作(31分)	11円	OBJET
3	Rear Cover PROT Frame   (高さ 4mm)	自作(42分)	55円	OBJET
4	0.3mm厚基板 C Type  72x47mm	秋月電子通商	120円	0.3mm厚
5	1.0mm厚基板 C Type  72x47mm	秋月電子通商	120円	1.0mm厚
6	ピンヘッダ (オス) 2×30 (60P)	秋月電子通商	25円
7	ロープロファイルピンソケット 2×15, 30P	秋月電子通商	40円
8	ピンソケット 2×20 40P	秋月電子通商	150円
9	BNC コネクタ ( 1個 100円) 4 個	秋月電子通商	400円
10	M2 Hex Head Tapping Screw (8 ea )	ebay	56円
11	BATTERY NP-40  3.7V 1300mA	杉元ガレージ	200円	秋葉原
12	RF ケーブル, ワイヤー等	在庫品	0円
–	—————————————	—————-	——-	———–
–	TOTAL		1196円	OBJET

他の部品：

No	NOMEN	販売店	価格	Note
1	オシロスコープ ケーブル	CompuAce		秋葉原
1	BNC コネクター	ラジオストアー2F 山本電機	150円	秋葉原
1	BNC SMA 変換コネクター	ラジオストアー2F 山本電機	250円	秋葉原
1	BNC SMA 変換コネクター	CompuAce	124円	秋葉原
2	RFコネクターケーブル	CompuAce		秋葉原

 

部品の入手方法：
コネクター：
＿　一番安い店は 地下鉄「末広町駅」近く、秋葉原の「CompuAce」です。
バッテリー：
＿　カメラ用の四角いものが最適です。ただし 通常は高いです。
＿　秋葉原の杉元ビルの 杉元ガレージ (中古品)で 200〜300円で入手できます。
＿　このバッテリーは M5STACK の PROT Module の大きさに入ります。
＿　容量のあるバッテリーを使用すると便利になります。バッテリーは 価格が高い為
＿　　事前に品質良く、安い製品を探しておくと良いです。新品で購入しやすい製品は
＿　　ロワ・ジャパン　ROWA @ JAPAN の NP-70 1250mAh Li-ion です。

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組み立て：
＿　INPUT は GPIO 35, 36 へ配線します。OUTPUT は GPIO 2, 5 へ配線します。

 

メモ：
コネクターの高さ：
＿　スタック構造ですので コネクターの高さが重要です。
＿　接続コネクターによって 高さが異なることや インターフェースの高さも影響します。
＿　これらを考慮して 幾つかの FRAME や コネクターを用意して 高さを調整します。
＿　基板の厚さも重要です。 使用しているのは 1mm厚と 0.3mm厚の基板です。

＿　SG = 1KHz の例：twitter： 周波数範囲を理解して使用します。
＿　

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感想：
botofan calin氏 作成の「M5Stack-ESP32-Oscilloscope」は 多数の項目があり
＿　それぞれの項目で電圧やレンジを変更できます。操作して その出来具合に
＿　感心しています。
＿　M5SATCK の目的の１つにオシロスコープの製作がありますが
＿　botofan calin氏により 作成されました。 私の自作案より 遥かに完成度が高く
＿　感激しています。botofan calin氏に感謝致します。
＿　公開当初、スピーカーから異音がでる不具合がありましたが その後 他の件
＿　も含め Revision が実施されています。commit には 多数の Revision があり
＿　敬服致します。
＿　M5STACK は ケースに入っているので使用しています。それに合わせて
＿　　綺麗なケースを作りたくなります。

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