ESP32 Arduino2 LovyanGFX1 4.0インチSPI LCD駆動

ESP32からArduinoCoreを使用してLovyanGFXを使用、4インチLCDに出力する方法。

環境について

-	環境	バージョン	概要
開発環境	Arduino	2.2.1	Arduino IDE使用
ボード定義	esp32	2.0.14	ESP32 Dev Module設定
ライブラリ	LovyanGFX	1.1.12	LCD出力用

使用ボード：ESP32-DevKitC-32E
LCD購入先：4.0 inch TFT LCD (SKU: MSP4020)
LCD情報：4.0inch SPI Module ST7796

LCD接続情報

以下のように接続しました。

LCDピン	ESP32接続先ピン	概要
VCC	5V	USB電源で駆動
GND	GND	-
CS	GPIO 5 (VSPI_SS)	デフォルトのVSPIピン使用
RESET	GPIO 16	LCDリセットピン
DC/RS	GPIO 17	LCDコマンド制御ピン
SDI (MOSI)	GPIO 23 (VSPI_MOSI)	デフォルトのVSPIピン使用
SCK	GPIO 18 (VSPI_SCK)	デフォルトのVSPIピン使用
LED	GPIO 4	LED調光用・HIGHでLCDバックライト点灯
SDO (MISO)	GPIO 19 (VSPI_MISO)	デフォルトのVSPIピン使用

Arduinoコード

LovyanGFXの2_user_setting.inoを参考にコードを書いていきます。

#include <LovyanGFX.hpp>

class LGFX : public lgfx::LGFX_Device
{
  lgfx::Panel_ST7796      _panel_instance;
  lgfx::Bus_SPI        _bus_instance;
  lgfx::Light_PWM     _light_instance;

public:
  LGFX(void)
  {
    {
      auto cfg = _bus_instance.config();
      cfg.spi_host = VSPI_HOST;
      cfg.spi_mode = 0;
      cfg.freq_write = 15000000;
      cfg.freq_read  = 6000000;
      cfg.use_lock   = true;
      cfg.dma_channel = SPI_DMA_CH_AUTO;
      cfg.pin_sclk = 18;
      cfg.pin_mosi = 23;
      cfg.pin_miso = 19;
      cfg.pin_dc   = 17;
      _bus_instance.config(cfg);
      _panel_instance.setBus(&_bus_instance);
    }
    {
      auto cfg = _panel_instance.config();
      cfg.pin_cs           =    5;
      cfg.pin_rst          =    16;
      cfg.pin_busy         =    -1;
      cfg.panel_width      =   320;
      cfg.panel_height     =   480;
      _panel_instance.config(cfg);
    }
    {
      auto cfg = _light_instance.config();
      cfg.pin_bl = 4;
      cfg.invert = false;
      cfg.freq   = 44100;
      cfg.pwm_channel = 7;
      _light_instance.config(cfg);
      _panel_instance.setLight(&_light_instance);
    }
    setPanel(&_panel_instance);
  }
};

LGFX display;

void setup(void)
{
  display.init();
  display.setBrightness(128);
  display.setTextSize((std::max(display.width(), display.height()) + 255) >> 8);
  display.fillScreen(TFT_BLACK);
}

uint32_t count = ~0;
void loop(void)
{
  display.startWrite();
  display.setRotation(++count & 7);
  display.setColorDepth((count & 8) ? 16 : 24);

  display.setTextColor(TFT_WHITE);
  display.drawNumber(display.getRotation(), 16, 0);

  display.setTextColor(0xFF0000U);
  display.drawString("R", 30, 16);
  display.setTextColor(0x00FF00U);
  display.drawString("G", 40, 16);
  display.setTextColor(0x0000FFU);
  display.drawString("B", 50, 16);

  display.drawRect(30,30,display.width()-60,display.height()-60,count*7);
  display.drawFastHLine(0, 0, 10);

  display.endWrite();
}

ST7796のデータシートを参考（TSCYCW:(min)66ns≒15MHz / TSCYCR :(min)150ns≒6MHz）に動作クロックを設定しましたが、データシート記載の速度以上（80MHz）でもなんとか動作しています。

個体差で表示がうまくいかない場合もあるとは思うので、データシート記載の動作クロックに従うのが良いと思われます。

LCD接続情報（2画面接続テスト）

次に2画面出力のテストです。

以下のように接続しました。

LCD1ピン	ESP32接続先ピン	概要
VCC	5V	USB電源で駆動
GND	GND	-
CS	GPIO 5 (VSPI_SS)	デフォルトのVSPIピン使用
RESET	GPIO 16	LCDリセットピン・個別にリセットできるように
DC/RS	GPIO 2	LCDコマンド制御ピン（共通）
SDI (MOSI)	GPIO 23 (VSPI_MOSI)	デフォルトのVSPIピン使用（共通）
SCK	GPIO 18 (VSPI_SCK)	デフォルトのVSPIピン使用（共通）
LED	GPIO 32	LED調光用・HIGHでLCDバックライト点灯・個別に制御できるように
SDO (MISO)	GPIO 19 (VSPI_MISO)	デフォルトのVSPIピン使用（共通）

LCD2ピン	ESP32接続先ピン	概要
VCC	5V	USB電源で駆動
GND	GND	-
CS	GPIO 4	CSでSPIを振り分けています
RESET	GPIO 17	LCDリセットピン・個別にリセットできるように
DC/RS	GPIO 2	LCDコマンド制御ピン（共通）
SDI (MOSI)	GPIO 23 (VSPI_MOSI)	デフォルトのVSPIピン使用（共通）
SCK	GPIO 18 (VSPI_SCK)	デフォルトのVSPIピン使用（共通）
LED	GPIO 33	LED調光用・HIGHでLCDバックライト点灯・個別に制御できるように
SDO (MISO)	GPIO 19 (VSPI_MISO)	デフォルトのVSPIピン使用（共通）

Arduinoコード（2画面接続テスト）

#include <LovyanGFX.hpp>

class LGFX1 : public lgfx::LGFX_Device
{
  lgfx::Panel_ST7796      _panel_instance;
  lgfx::Bus_SPI        _bus_instance;
  lgfx::Light_PWM     _light_instance;

public:
  LGFX1(void)
  {
    {
      auto cfg = _bus_instance.config();
      cfg.spi_host = VSPI_HOST;
      cfg.spi_mode = 0;
      cfg.freq_write = 15000000;
      cfg.freq_read  = 6000000;
      cfg.use_lock   = true;
      cfg.dma_channel = SPI_DMA_CH_AUTO;
      cfg.pin_sclk = 18;
      cfg.pin_mosi = 23;
      cfg.pin_miso = 19;
      cfg.pin_dc   = 2;
      _bus_instance.config(cfg);
      _panel_instance.setBus(&_bus_instance);
    }
    {
      auto cfg = _panel_instance.config();
      cfg.pin_cs           =    5;
      cfg.pin_rst          =    16;
      cfg.pin_busy         =    -1;
      cfg.panel_width      =   320;
      cfg.panel_height     =   480;
      _panel_instance.config(cfg);
    }
    {
      auto cfg = _light_instance.config();
      cfg.pin_bl = 32;
      cfg.invert = false;
      cfg.freq   = 44100;
      cfg.pwm_channel = 6;
      _light_instance.config(cfg);
      _panel_instance.setLight(&_light_instance);
    }
    setPanel(&_panel_instance);
  }
};


class LGFX2 : public lgfx::LGFX_Device
{
  lgfx::Panel_ST7796      _panel_instance;
  lgfx::Bus_SPI        _bus_instance;
  lgfx::Light_PWM     _light_instance;

public:
  LGFX2(void)
  {
    {
      auto cfg = _bus_instance.config();
      cfg.spi_host = VSPI_HOST;
      cfg.spi_mode = 0;
      cfg.freq_write = 15000000;
      cfg.freq_read  = 6000000;
      cfg.use_lock   = true;
      cfg.dma_channel = SPI_DMA_CH_AUTO;
      cfg.pin_sclk = 18;
      cfg.pin_mosi = 23;
      cfg.pin_miso = 19;
      cfg.pin_dc   = 2;
      _bus_instance.config(cfg);
      _panel_instance.setBus(&_bus_instance);
    }
    {
      auto cfg = _panel_instance.config();
      cfg.pin_cs           =    4;
      cfg.pin_rst          =    17;
      cfg.pin_busy         =    -1;
      cfg.panel_width      =   320;
      cfg.panel_height     =   480;
      _panel_instance.config(cfg);
    }
    {
      auto cfg = _light_instance.config();
      cfg.pin_bl = 33;
      cfg.invert = false;
      cfg.freq   = 44100;
      cfg.pwm_channel = 7;
      _light_instance.config(cfg);
      _panel_instance.setLight(&_light_instance);
    }
    setPanel(&_panel_instance);
  }
};

LGFX1 display1;
LGFX2 display2;

void setup(void)
{
  display1.init();
  display1.setBrightness(128);
  display1.setTextSize((std::max(display1.width(), display1.height()) + 255) >> 8);
  display1.fillScreen(TFT_BLACK);

  display2.init();
  display2.setBrightness(128);
  display2.setTextSize((std::max(display2.width(), display2.height()) + 255) >> 8);
  display2.fillScreen(TFT_BLUE);
}

uint32_t count1 = ~0;
uint32_t count2 = ~0;
void loop(void)
{
  display1.startWrite();
  display1.setRotation(++count1 & 7);
  display1.setColorDepth((count1 & 8) ? 16 : 24);

  display1.setTextColor(TFT_WHITE);
  display1.drawNumber(display1.getRotation(), 16, 0);

  display1.setTextColor(0xFF0000U);
  display1.drawString("R", 30, 16);
  display1.setTextColor(0x00FF00U);
  display1.drawString("G", 40, 16);
  display1.setTextColor(0x0000FFU);
  display1.drawString("B", 50, 16);

  display1.drawRect(30,30,display1.width()-60,display1.height()-60,count1*7);
  display1.drawFastHLine(0, 0, 10);

  display1.endWrite();

  display2.startWrite();
  display2.setRotation(++count2 & 7);
  display2.setColorDepth((count2 & 8) ? 16 : 24);

  display2.setTextColor(TFT_WHITE);
  display2.drawNumber(display2.getRotation(), 16, 0);

  display2.setTextColor(0xFF0000U);
  display2.drawString("R", 30, 16);
  display2.setTextColor(0x00FF00U);
  display2.drawString("G", 40, 16);
  display2.setTextColor(0x0000FFU);
  display2.drawString("B", 50, 16);

  display2.drawRect(30,30,display2.width()-60,display2.height()-60,count2*7);
  display2.drawFastHLine(0, 0, 10);

  display2.endWrite();
}

SPIバスとDC/RSピンを共通にし、それ以外のピンを個別につなぐことによって2画面制御をしています。

それぞれピン設定をしてインスタンスを生成しています。

また、バックライト制御も有効にしているので、PWMチャンネルが被らないようにします。

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