GAME with SPRESENSE

SPRESENSE で GAME。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2024.03.24
　　
3.5 inch 480 x 320 LCD と Spresense でゲームを動かしました。
　　

　　
費用：2200円。( Spresenseを除く。LCD代は 73% )
　　　LCD Interface は 300円です。
　ディスプレーは 3.5inch 480 x 320 LCD with Touchを使用し見やすいサイズです。
　SPRESENSE と LCDの接続は LCD Interface基板を製作しました。
　LCD Interface基板は 3.5″ ILI9488, 3.5″ ST7796, 2.8″ ILI9341 に対応しています。
　基板の費用はコネクターと Level Shifter を含め 300円です。
　　
LCD Interface基板：Gerber data を公開しました。
　Down Load：SPRESENSE LCD V_1_pcbe.zip　( pdf になっています)
　DL 又は pdf保存後に[ _-1.pdf ]を削除し[ SPRESENSE LCD V_1_pcbe.zip ]にします。
　🔴 Gerber data(zip)を JLCPCBへ発注すれば低価格 (1枚 110円)で使用できます。
　発注時に PCB Thickness (基板の厚み) は 1.0mm にします。
　発注の詳細は macsbug ESP32 S3 v2.1 を参照ください。
　
ケース：Raspberry Pi 3 Case (91x62x31mm) を使用し低価格 (266円)で綺麗です。
　　

　　
構成：

LCD Interface , LCD Side	LCD Interface , Spresense Side : 300円

上から LCD , LCD Interface , Spresense	Raspberry Pi 3 Case：266円

Raspberry Pi 3 Case に装着	3.5 inch 480×320 + Spresense

Raspberry pi 4 Acrylic Case, 3.5″ LCD　
520円。
アクリルケースは
LCDを固定するネジ穴４つの
工作のみで使用できます。

　
開発環境：
HARD：Spresense + Arduino 拡張基板
HARD：3.5inch 480×320 ILI9488 SPI LCD XPT2046 Touch
HARD：Spresense LCD Interface ( Gerber data public / macsbug production )
HARD：Raspberry Pi 3 Case
Dev environment : Arduino IDE 2.3.2
Board Manager　 : arduino-esp32 2.0.14
Library：LovyanGFX 1.1.12
　
Down Load：
　Tetris_ILI9488_Spresense.zip　　： 3.5 inch ILI9488用
　Tetris_ST7796_Spresense.zip　　： 3.5 inch ST7796用
　Tetris_ILI9341_Spresense 2.zip　： 2.8 inch ILI9341用
　3D_Cube_ILI9488_spresense.zip
　3D_Filled_Vector_ILI9488_Spresense.zip：18fps
　Maze_generator_ILI9488_Spresense.zip
　MovingCircles_ILI9488_Spresense.zip：7fps
　Raytrace_ILI9488_Spresense.zip
　Resistor_CALC_ILI9488_Spresense.zip
　uncannyEyes_ILI9488_Spresense.zip：リアルな目。
　　
　Touch_Test_Spresense.zip　：タッチ操作のテスト用。
　DL 又は pdf保存後に「.pdf」を削除し「xxx.zip」にします。
　　

　
回路図：
　1.　LCDのVCC(電源)は 5Vdcで Arduino拡張ボードの5Vを使用します。
　　　LCDのVCC(電源)は 5Vdcであることを確認します。(3.3Vの物もある為)
　2.　LCDのSPI Display接続は Arduino拡張ボードの SPI4を使用します。
　3.　LCDのSPI Touch接続は MAINボードの SPI5を使用します。
　4.　Touch信号(3V3)は Level Shifter でレベル変換され SPI5(1V8)に接続。

　

　
基板：基板製作の経験ない人も基板を作れます。
Gerber data：SPRESENSE LCD V_1_pcbe.zipを入手します。
DL 又は pdf保存後に「.pdf」を削除し「spresense-lcd-v_1_pcbe.zip」にします。
JLCPCBの発注方法は macsbug ESP32 S3 V2.1 かネット記事を参照ください。

　　　

　
部品リスト１：　基本構成。

No.	Nomen Symbol	Spec Quantity	Purchase pcs, Price	Price ￥/1 Set
1	SPRESENSE メインボード	1 pcs	秋月電子通商 114584	6050
2	SPRESENSE 拡張ボード	1 pcs	秋月電子通商 114585	3850
	TOTAL	———-	———-	9900

　　
部品リスト２：　LCD と LCD Interface。
緑色を購入。灰色は参考です。灰色のLevel Shifterは検討が必要です。
費用：2200円。　LCDは全体の73%で LCD Interface の費用は 300円です。

No.	LCD	Spec Quantity	Purchase pcs, Price	Price ￥/1 Set
1	ILI9488 , XPT2046 v1.0 , SKU=MPS3520	1 pcs	JR E-Shop 輸送期間 = 6 day	1593
1	ILI9488 , XPT2046 SKU=MPS3520	1 pcs	Hong Kong fend tai 輸送期間 = 9 day	1592
1	ST7796 , XPT2046	1 pcs	HEHUI Electronic 輸送期間 = 6 day	1706
2	LCD Interface	1 pcs	JLCPCB 5 pcs , $3.46 538円	108
3	ロープロファイルピンヘッダ(低オス) 1×40(40P) 8.5mm For Main Board. 13pin x 2pcs	1 pcs	秋月電子通商 102899 1個￥40	40
4	Level Shifter	1 pcs	Diy-Modules 5 pcs 318円	64
4	Level Shifter	1 pcs	秋月電子通商 113837 1個￥200	200
5	シングルピンソケット (低メス) 1×20 (20P) For LCD. 14pin	1 pcs	秋月電子通商 103138 1個￥80	80
6	ピンヘッダ 1×40 (40P) For Arduino Connector	2 pcs	秋月電子通商 100167 1個￥35	70
7	Raspberry Pi 3 Case	1 pcs	IC Supers 輸送期間=21 day ( 11 day )	266
7	Raspberry pi 4 Acrylic Case, 3.5″ LCD	1 pcs	DIYzone Store 1個 520円輸送期間=7 day	520
	TOTAL	———-		2181

　　
LCD：
JR E Shop の LCDは LCDからFlex Cableで Parallel信号も出ています。
Parallel動作をさせる時に Flex Connector で接続する事が出来ます。
RPi 3 Caseに入れる為に基板工作時(切断)に便利な構造です。
参照：M5Stamp C3 BOX
　　
Hong Kong fend の LCDは LCDから内部でハンダ付けされています。
参照：Use ILI9488 with M5Stack
　　
HEHUI Electronics のST7796 LCD も同様のFlex wire接続です。
ただし Bus Freq_Writeは20MHz までで表示速度は遅いです。
　　

　　
LCDの種類とLovyanGFXの設定：ILI9488は複数の種類があります。

LovyanGFX		setup	bus	bus	panel	Touch
LCD	size	setRotation	spi_mode	freq_write	invert	offset_rotation
ILI9488 JR E Shop	3.5″	3	0	40MHz	false	0
ILI9488 JR E Shop	3.5″	3	0	40MHz	true	0
ILI9488 v1.0 MSP3520	3.5″	1	0	40MHz	false	6
ST7796 v1.1	3.5″	1	3	20MHz	true	6
ILI9341	2.8″	3	0	40MHz	false	4

　　
Level Shifter：ピン配置は多種ある為に要注意です。
GND：HV GNDとLV GNDは共通で浮いています。
基板のピン配置：🔴 GND, HV, GND, LV の配置を確認してください。
注意：配置の異なる基板や接続は Spresenseを破損する恐れがあります。
異なる配置により破損した場合は自己責任でお願いします。
参照：レベル変換(6)I2C その1 MOSFET。GNDは共通で浮いています。

Aliexpress EC-Buying ALLはピン配置が異なり使用しない事。
秋月電子通商の Level Shifterは今回の基板配置と異なり使用しない事。

Aliexpress Diy-Modules

秋月電子通商
HV,GND, LV,GND は Aliexpressと逆の位置です。GNDは共通です。
左：HV, LVは逆ですが電源の位置は問題ありません。
右：GNDが共通の為に 🔴 HV(3V3)とLV(1V8)がSHORTします。

　　
部品リスト３：スタンド。
スマホ用ですが綺麗に乗せられます。LCDにタッチしても位置を保てます。
Aliexpresですが２回とも３日で届きました。

No.	Nomen Symbol	Spec Quantity	Purchase pcs, Price	Price ￥/1 Set
1	Stand	1 pcs	Mr. A’s mobile phone accessories 1個 684円輸送期間 3 day	684

　
工作：
LCD基板：
Raspberry Pi 3 Case (91x62x31mm)に入れる為に加工します。
　Raspberry Pi 3用のLCDは高さのあるコネクターを使用していますので
　SPRESENSEは入りません。
　
　
コネクタ：1 か 2 の方法があります。
　1. ピン先を切る方法：
　　　先端のバリ取りは必要ですが簡単でピンヘッダ交換不要です。
　2. 高さ 8.5mmのピンヘッダを取り付けます。隙間のない長さが重要です。
　　交換：
　　ピンを一つづつ取り除きロープロファイルピンヘッダ(低オス)をハンダ付け。
　　3.5inch LCDはケースにピッタリ入ります。
　　LCD基板は長い為に分解し SD SLOT側を切断します。
　　注意：スルーホールを痛めない事とLCDのガラスは割れ易い為に注意です。
　
　
　
LCD Interface：
1. 低メスシングルピンソケットを LCDコネクター部(右)へ取り付けます。
2. オスピンヘッダを Arduinoコネクター部と Main Board部へ取り付けます。
　 Main Boad部は Arduino側より低く短いピン(8.5mm)を使用します。
　🔴 注意：ピンヘッダは垂直に取り付ける必要があります。
　　　少しでも斜めになると SPRESENSE側のメスピンに正しく装着されず
　　　SPRESENSE側のメスピンを曲げる事になります。
　　　ハンダ付け前に SPRESENSEと接続し位置極めをするのも手です。
　　　　そのままハンダ付けをするとコネクターのプラスチック部分が
　　　　溶けて溶着する場合があります。
　　　完成後の装着時は垂直に接続します。斜めに装着しますと
　　　SPRESENSE側のピンが曲がり入らなくなります。
3. Level Shiter基板を LCD IntaerfaceのSPRESENSE側へ取り付けます。
　🔴 注意：逆向きに付けると1V8と3V3の電源がショートします・
　　　LCD Interface基板とLevel Shift のスルーホールにハンダで埋めてから
　　　基板を重ねハンダ付けします。GNDはハンダ付け不用で位置決めに使用します。

　　

　　
2.8 inch 320 x 240 ILI9341 + Spresense 版の製作：
　画面が小さい為にボタンの位置は背景画像に重ねています。

2.8 inch 320 x 240 ILI9341 + Spresense

　
LCDと接続方式：　SPI接続とParallel接続について。
Arduino MEGAやDUEでは既に 8bit/16bit Parallelのdisplayが動作しています。
2023から2024年にかけて ESP32界隈でのLCD は 8bit Parallel 接続の時代へ。
TTGO や MakerFabsは 8bit Parallel を採用しています。
Libraryは LovyanGFXを採用しています。

最速の経験は Making a board of ST7789 8bit Parallel Display です。
MovingCirclesで 115 fps を達成しています。
3D Filled Vector Ext では
Super M5Stack 16bit Parallel：146fps。
ESP32 S3 + ST7789 8bit Parallel ：100fps を達成しています。
Spresens + SPI ILI9488 は 18fps です。SPIは遅すぎます。

SpresenseとLCD：
LCDは 4inch 800×480 16bit Parallel LCD を希望ですがまだその環境では無いです。
理由は Parallel接続の Libraryが無い為です。
Library開発に費用をかけても Parallelの効果は大きいです。
LovyanGFXでの Spresense Parallel 対応を期待しています。
　
SpresenseとSD：JPG , PNGを直接操作できません。2024.03現在。
LovyanGFXの SD操作は SDFat , JPG , PNG の対応が可能です。
つまり SD内の JPG , PNGデーターを LCDに容易に表示できます。
それは以下の命令でできます。
lcd.drawJpgFile(SD,file,x,y);　// JPG
lcd.drawPngFile(SD,file,x,y);　// PNG
SDを指定し SD内の File(JPG,PNG)を x,y に表示します。
この命令が無いと JPGDecode Libraryが必要になり複雑になります。
　　

　　
速度：
　TFT_Graphicstest_PDQで速度を計測しグラフは短い方が速い事を示しています。
　Display Library には AdafuritGFX , TFT-eSPI , LovyanGFX があります。
　 Adafurit-GFX は TFT-eSPI より遅く TFT-eSPI は LovyanGFX の1/2で遅いです。
　結果 Adafurit-GFX は大変遅く LovyanGFX をお勧めします。
　　参照：LCD and ESP32 speeds with LovyanGFX
　　
　Spresenseと ILI9488 , ST7796 , ILI9341 の速度を計測しました。
　　ILI9488 は bus freq_write = 40000000; で動作。( Max 40MHz )
　　ST7796 は bus freq_write = 20000000; で動作。( Max 20MHz )
　結果 ILI9488 の方が速度は速いです。

　　
　　ILI9341 は bus freq_write = 40000000; で動作。( Max 40MHz )
　　ILI9488 を 320×240 サイズで測定。

　
　16bit Parallel, 8bit Parallel, SPI の比較。
　SPI：これまでの比較で ILI9486 は一番遅い Driver です。
　　　　ILI9488 SPI + Spresense は ILI9486 よりは速いですが他より遅いです。
　　　　ILI9341 SPI + Spresense は M5Stack より遅いです。

　結論：Spresense は SPI接続で ESP32 より遅いです。
　対策：8bit 又は 16bit Parallel接続が必要です。
　

　
感想：
初めての SPRESENSEです。
見やすい 3.5inch 480×320 SPI LCD+Touchをを選択。
本家には Touchの接続方法や具体例は見つかりませんでした。
SPIは低速ですが高速なParallel接続の Libraryは無く現状の選択です。
SPIは ESP32 Parallel 8bit と比較し Graphic表示で6倍遅いです。
3D_Filled_Vectorは 18fps , MovingCirclesは 7fps と遅いです。
SPRESENSEでは我慢しかありません。
ケースは Raspberry Pi 3 Case (91x62x31 mm)(266円)を使用しピッタリ収まります。
　
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Spresense . LovyanGFX , Raspberry Pi 3 Case , SPI ,

Written by macsbug

3月 24, 2024 @ 2:08 pm

カテゴリー: SPRESENSE

macsbug