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2016/12/27

Raspberry Pi 3で SPI接続の SSD1306 0.96インチ OLEDディスプレイを使用する方法 Raspberry Pi 3で SPI接続の SSD1306 0.96インチ OLEDディスプレイを使用する方法

(ラズパイ3に 128x64 SSD1306 0.96インチ 有機 LEDモジュールを Pythonで制御する方法。)

Tags: [Raspberry Pi], [電子工作]





● Raspberry Pi 3 Model Bを遂に購入

 Raspberry Pi3 Model B RPI2 RPI3

 大人気の CPUボードの Raspberry Piに WiFiと Bluetoothが搭載されたモデルが新発売となりました。
 以前から Raspberry Pi 2を買おうかどうか迷っていましたが、Raspberry Pi 3 Model Bの発売を機に購入を決意してラズベリアンになる事にしました。

 ※ ラズパイの OS Raspbianはバージョンが上がる毎に過去の版と OSの内部の作りが変わり、過去に書かれた製作記事(例えば Raspbian Wheezyの時代の記事)がそのままではエラーが出たりして動かない事が有ります。
 ※ 当方のホームページのラズパイ記事は全て Raspberry Pi 3 Model Bと Raspbian Jessieの組み合わせで動作確認をしております。
(ただし、将来的に新しい Raspbian OSが出た場合に、当方の Raspbian Jessieを基にした内容がそのままでは動かない可能性が有ります。)
 ※ 2017/08/16から Raspbian OSは Raspbian Jessieから Raspbian Stretchに変わりました。
 ※ 2019/06/20から Raspbian OSは Raspbian Stretchから Raspbian Busterに変わりました。

Download Raspbian for Raspberry Pi

ちなみに、歴代のバージョンと名称は
Debianコードネーム年月備考(参考)Ubuntuでの該当名称
Debian 11Bullseye2021/08/14~2021/11からラズパイにリリースFocal Fossa 20.04 LTS ?
Debian 10Buster2019/06/20~2019/06からラズパイ4対応Bionic 18.04 LTS
Debian 9Stretch2017/08/16~2018/03からラズパイ3B+対応Xenial 16.04 LTS
Debian 8Jessie2015~2016/02からラズパイ3対応Trusty 14.04 LTS
Debian 7Wheezy2013~2016
Debian 6.0Squeeze2011~2014
Debian GNU/Linux 5.0Lenny2009~2012


● Raspberry Pi3に SPI接続の 0.96インチ OLEDディスプレイを制御する方法

 Raspberry Pi 3 + Raspbian 8 Jessieでサクッと SPI接続の液晶モジュールを動かせる様にするまとめです。
 (古い Raspbianのバージョンとは若干手順やコマンドが異なる部分が有ります。)

 下記の最新バージョンで動作を確認しています。
Download RASPBIAN JESSIE WITH PIXEL
 Image with PIXEL desktop based on Debian Jessie
 Version:November 2016
 Release date:2016-11-25
 Kernel version:4.4

 SPI有効化の手順で良くあるブラックリスト解除の下記の手順は Raspbian Jessieでは不要です。
sudo nano /etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf
blacklist spi-bcm2708
 をコメント化する。
#blacklist spi-bcm2708


● Raspbian Jessie 2016/11/25版から SSH接続がデフォルトで無効になっている

 Raspbian Jessie 2016/11/25版から SSH接続が初期設定で無効化されているので bootパーティションに sshと言う空のファイルを作成して sshを有効化します。

http://downloads.raspberrypi.org/raspbian/release_notes.txt
2016-11-25:
* SSH disabled by default; can be enabled by creating a file with name "ssh" in boot partition

A SECURITY UPDATE FOR RASPBIAN PIXEL
 もしくは、GUIで Raspberry Pi Configuration applicationを使って SSH接続を有効化します。


● 0.96インチ SPI接続 OLEDディスプレイ(SSD1306 有機 LEDパネル 128 x 64ドット、モノクロ SPI接続)

 使用する有機 LEDモジュールは 0.96インチ SPI接続 (SED1306、128x64、モノクロ、SPI接続)です。

 SED1306 4-SPI Wire 128x64 dot Organic LED White

・Raspberry Pi 3で 0.96インチ SPI接続 OLEDディスプレイを使用する
Raspberry Pi 3で 0.96インチ SPI接続 OLEDディスプレイを使用する


・Raspberry Pi 3で 0.96インチ SPI接続 OLEDディスプレイを使用する
Raspberry Pi 3で 0.96インチ SPI接続 OLEDディスプレイを使用する




HiLetgo 0.96" I2C IIC SPI シリアル 128×64 OLED LCDディスプレイSSD1306液晶 STM32/51/MSP430/Arduino 白いフォント [並行輸入品]
ASIN: B01MDK1X72
SPI接続タイプはこちら

EasyWordMall SPI OLEDモジュール ディスプレイ 0.96インチ ブルー&イエロー51マイクロコントローラ12864 Arduino用
ASIN: B017M15OFU
SPI接続タイプはこちら
2色版

EasyWordMall iic i2c ホワイトOLEDモジュール ディスプレイ 0.96インチ 51マイクロコントローラ12864 Arduino用
ASIN: B017M15KX6
I2C接続タイプはこちら

EasyWordMall iic i2c OLEDモジュール ディスプレイ 0.96インチ ブルー&イエロー51マイクロコントローラ12864 Arduino用
ASIN: B017M15MNE
I2C接続タイプはこちら
2色版

※2色版は黄色表示エリアと青色表示エリアとなり、隙間が有ります。
・SSD1306 2色版は黄色表示エリアと青色表示エリア
SSD1306 2色版は黄色表示エリアと青色表示エリア


※表示コントローラ ICが SSH1106の場合はパッチが必要です。商品を選択する際はご注意ください。


● SPI接続版は I2C方式に変更が可能。

4-SPI R3 R4 SCL + SDI + (SDO) + D/C (SPI接続版の出荷時状態)
3-SPI R2 R3 SCL + SDI + (SDO) 9-bit SPI mode (R4のチップ抵抗を R2に移動する。DCは GNDに接続)
I2C R1 R4 R6 R7 R8 (R3のチップ抵抗を R1に移動する。DCは I2Cデバイスアドレス指定となる。DC='L'で 0x3C)
(R6と R7は I2Cバスのプルアップ抵抗で実装済み。R8は D0と D2を接続する為に 0Ω)

・SSD1306 0.96インチ 有機 LEDモジュール
SSD1306 0.96インチ 有機 LEDモジュール




● ラズパイに 0.96インチ 有機 LEDモジュールを SPI接続して Pythonで制御する方法 その1

SSD1306 OLED Displays with Raspberry Pi and BeagleBone Black
 Add a beautiful, bright OLED display to your Raspberry Pi or BeagleBone Black project!

 Adafruitを参考にしました。サンプルプログラムもそのまま使えます。

 Adafruit式結線方式1 その1
 (1) LCDモジュールの GNDを ラズパイの GPIOの GND(GND)
 (2) LCDモジュールの VCCを ラズパイの GPIOの +3.3V(3V3)
  ※ +3.3Vで動きます。
 (3) LCDモジュールの D0(SCK)を ラズパイの GPIOの SCLK(GPIO11)
 (4) LCDモジュールの D1(SDI)を ラズパイの GPIOの MOSI(GPIO10)
 (5) LCDモジュールの RESを ラズパイの GPIOの GPIO24
 (6) LCDモジュールの DCを ラズパイの GPIOの GPIO23
 (7) LCDモジュールの CSを ラズパイの GPIOの CE0(GPIO8)

・Raspberry Pi3の SPI機能を有効化して 0.96インチ 有機 LEDモジュールを駆動する方法 その1
Raspberry Pi3の SPI機能を有効化して 0.96インチ 有機 LEDモジュールを駆動する方法 その1




● Raspbianの設定手順

● Raspbian Jessieの SPIを有効にする。

 おなじみの sudo raspi-configで SPIを有効にします。
sudo raspi-config
 7 Advanced Options - Configure advanced settings
 A6 SPI - Enable/Disable automatic loading
 Yesを選択する。
 Finishで raspi-configを終了する。
(再起動不要)

● Raspbian Jessieの SPIを有効にする。

2017/03/18 追記 RASPBIAN JESSIE WITH PIXEL 2017-03-02 March 2017版で、raspi-configのメニューに変更が有ったので追記します。

 おなじみの sudo raspi-configで SPIを有効にします。(March 2017版)
sudo raspi-config
 5 Interfacing Options - Configure connections to peripher
 P4 SPI - Enable/Disable automatic loading
 Would you like the SPI interface to be enabled?
 Yesを選択する。
 Finishで raspi-configを終了する。
(再起動不要)

 lsコマンドで SPIデバイスの存在を確認する。
$ ls -l /dev/spi*
crw-rw---- 1 root spi 153, 0 Jan 14 09:51 /dev/spidev0.0
crw-rw---- 1 root spi 153, 1 Jan 14 09:51 /dev/spidev0.1


● 動作に必要なモジュールをインストールする

sudo apt-get update -y
sudo apt-get install -y build-essential python-dev python-pip
sudo pip install RPi.GPIO
sudo apt-get install -y python-imaging python-smbus
sudo apt-get install -y git


● Adafruitのサンプルプログラムをダウンロードしてインストールする

adafruit/Adafruit_Python_SSD1306 - Python library to use SSD1306-based 128x64 or 128x32 pixel OLED displays with a Raspberry Pi or Beaglebone Black.

git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_SSD1306.git
cd Adafruit_Python_SSD1306
sudo python setup.py install


● Adafruitのサンプルプログラムを実行する

 サンプルプログラムを確認して、
cd examples/
cd ~/Adafruit_Python_SSD1306/examples

ls -l
# -rw-r--r-- 1 pi pi  4283 Jan 14 09:56 animate.py
# -rw-r--r-- 1 pi pi 12341 Jan 14 09:56 happycat_oled_32.ppm
# -rw-r--r-- 1 pi pi 24629 Jan 14 09:56 happycat_oled_64.ppm
# -rw-r--r-- 1 pi pi  2523 Jan 14 09:56 image.py
# -rw-r--r-- 1 pi pi  4281 Jan 14 09:59 shapes.py

sudo python shapes.py
 で実行します。
sudo python shapes.py
IOError: [Errno 2] No such file or directory: '/dev/i2c-1'
 IOErrorのエラーで怒られます。


● Adafruitのサンプルプログラムを SPI接続で動く様に書き換える

 そのままでは I2C接続で動く様になっているので SPI接続で動く様にプログラムを修正します。

nano shapes.py
 でテキストエディタを起動して、
# 128x32 display with hardware I2C:
disp = Adafruit_SSD1306.SSD1306_128_32(rst=RST)
 をコメント化して、
# 128x64 display with hardware SPI:
# disp = Adafruit_SSD1306.SSD1306_128_64(rst=RST, dc=DC, spi=SPI.SpiDev(SPI_PORT, SPI_DEVICE, max_speed_hz=8000000))
 を有効化します。
 修正後、
# 128x32 display with hardware I2C:
# disp = Adafruit_SSD1306.SSD1306_128_32(rst=RST)
 ~~ 略 ~~
# 128x64 display with hardware SPI:
disp = Adafruit_SSD1306.SSD1306_128_64(rst=RST, dc=DC, spi=SPI.SpiDev(SPI_PORT, SPI_DEVICE, max_speed_hz=8000000))
 となります。
・Adafruitのサンプルプログラムを SPI接続で動く様に書き換える
Adafruitのサンプルプログラムを SPI接続で動く様に書き換える



 同様に、
animate.py
image.py
 も SPI接続で動く様に書き換えます。

 SPI接続で動く様に書き換え終わったら実行します。
sudo python shapes.py
・Raspberry Pi 3で 0.96インチ SPI接続 OLEDディスプレイを使用する
Raspberry Pi 3で 0.96インチ SPI接続 OLEDディスプレイを使用する


sudo python animate.py
・Raspberry Pi 3で 0.96インチ SPI接続 OLEDディスプレイを使用する
Raspberry Pi 3で 0.96インチ SPI接続 OLEDディスプレイを使用する


sudo python image.py
・Raspberry Pi 3で 0.96インチ SPI接続 OLEDディスプレイを使用する
Raspberry Pi 3で 0.96インチ SPI接続 OLEDディスプレイを使用する




● ラズパイに 0.96インチ 有機 LEDモジュールを SPI接続して Pythonで制御する方法 その2

Adafruit OLED Displays for Raspberry Pi
 Here is how to use an Adafruit monochrome OLED display with your Raspberry Pi. What can I say? Good things come in small packages!

 Adafruitを参考にしました。サンプルプログラムもそのまま使えます。

 Adafruit式結線方式2 その2(SPIライブラリに WiringPiを使用)
 (1) LCDモジュールの GNDを ラズパイの GPIOの GND(GND)
 (2) LCDモジュールの VCCを ラズパイの GPIOの +3.3V(3V3)
  ※ +3.3Vで動きます。
 (3) LCDモジュールの D0(SCK)を ラズパイの GPIOの SCLK(GPIO11)
 (4) LCDモジュールの D1(SDI)を ラズパイの GPIOの MOSI(GPIO10)
 (5) LCDモジュールの RESを ラズパイの GPIOの GPIO14
 (6) LCDモジュールの DCを ラズパイの GPIOの GPIO15
 (7) LCDモジュールの CSを ラズパイの GPIOの CE0(GPIO8)

・Raspberry Pi3の SPI機能を有効化して 0.96インチ 有機 LEDモジュールを駆動する方法 その2
Raspberry Pi3の SPI機能を有効化して 0.96インチ 有機 LEDモジュールを駆動する方法 その2




● Raspbianの設定手順

● Raspbian Jessieの SPIを有効にする。

 おなじみの sudo raspi-configで SPIを有効にします。
sudo raspi-config
 7 Advanced Options - Configure advanced settings
 A6 SPI - Enable/Disable automatic loading
 Yesを選択する。
 Finishで raspi-configを終了する。
(再起動不要)

 lsコマンドで SPIデバイスの存在を確認する。
$ ls -l /dev/spi*
crw-rw---- 1 root spi 153, 0 Jan 14 09:51 /dev/spidev0.0
crw-rw---- 1 root spi 153, 1 Jan 14 09:51 /dev/spidev0.1


● 動作に必要なモジュールをインストールする

sudo apt-get update -y
sudo apt-get install -y build-essential python-dev python-pip
sudo pip install RPi.GPIO
sudo apt-get install -y python-imaging python-smbus
sudo apt-get install -y git


● 動作に必要なモジュールをインストールする

sudo apt-get install -y python-dev python-pip
sudo pip install wiringpi
 ※ wiringpiが無いと ImportError wiringpiのエラーで怒られます。
sudo python OLEDtext.py
ImportError: No module named wiringpi


● Adafruitのサンプルプログラムをダウンロードしてインストールする

the-raspberry-pi-guy/OLED - Python code and automated script for the installation of Py-Gaugette and its dependencies... For use with the Raspberry Pi and Adafruit's OLED Displays.

sudo apt-get install -y git
git clone https://github.com/the-raspberry-pi-guy/OLED
cd OLED
sh OLEDinstall.sh


● Adafruitのサンプルプログラムを実行する

 サンプルプログラムを確認して、
cd ~/OLED/python-examples

ls -l
# -rw-r--r-- 1 pi pi  1461 Jan 14 10:28 OLEDclock.py
# -rw-r--r-- 1 pi pi  1960 Jan 14 10:28 OLEDimage.py
# -rw-r--r-- 1 pi pi  1975 Jan 14 10:28 OLEDip.py
# -rw-r--r-- 1 pi pi  1368 Jan 14 10:28 OLEDtext.py
# -rw-r--r-- 1 pi pi 58624 Sep  2  2014 penguins900x600.jpg

sudo python OLEDtext.py
 で実行します。
sudo python OLEDtext.py
・Raspberry Pi 3で 0.96インチ SPI接続 OLEDディスプレイを使用する
Raspberry Pi 3で 0.96インチ SPI接続 OLEDディスプレイを使用する


sudo python OLEDip.py
・Raspberry Pi 3で 0.96インチ SPI接続 OLEDディスプレイを使用する
Raspberry Pi 3で 0.96インチ SPI接続 OLEDディスプレイを使用する


sudo python OLEDclock.py
・Raspberry Pi 3で 0.96インチ SPI接続 OLEDディスプレイを使用する
Raspberry Pi 3で 0.96インチ SPI接続 OLEDディスプレイを使用する


sudo python OLEDimage.py penguins900x600.jpg
・Raspberry Pi 3で 0.96インチ SPI接続 OLEDディスプレイを使用する
Raspberry Pi 3で 0.96インチ SPI接続 OLEDディスプレイを使用する




● Adafruitのサンプルプログラムその2を その1の結線接続で動く様に書き換える

 サンプルプログラムを交互に動かす場合、配線を変更するのが面倒なので「その1」の接続方法で動く様に「その2」のサンプルプログラムを変更します。

nano OLEDtext.py
 でテキストエディタを起動して、
RESET_PIN = 15 # WiringPi pin 15 is GPIO14.
DC_PIN = 16 # WiringPi pin 16 is GPIO15.
 をコメント化して、
RESET_PIN = 5 # WiringPi pin 5 is BCM GPIO24.
DC_PIN    = 4 # WiringPi pin 4 is BCM GPIO23.
 を追加します。
 修正後は下記の様になります。
・Adafruitのサンプルプログラムその2を その1の結線接続で動く様に書き換える
Adafruitのサンプルプログラムその2を その1の結線接続で動く様に書き換える



● GPIOのピン番号の指定方法が WiringPi方式となっています。

 GPIOのピン番号の指定方法が WiringPi方式となっています。
 通常の GPIOの番号とは異なります。
 WiringPi方式と BCM GPIOとのピン番号の対応表は下記に有ります。
Home → Raspberry Pi → WiringPi → Pins
 Pins - Update: 14th May, 2013


● 3-Wire SPI方式への改造

 液晶モジュール側の改造

3-SPI R2 R3 SCL + SDI + (SDO) 9-bit SPI mode
(R4のチップ抵抗を R2に移動する。DCは GNDに接続)

●ラズパイの SPIを 9bit modeで動かす方法。

 出力のみ可能と下記には書いてある。
9 Data Bits @ 1.25MBaud
 から抜粋。

spi_9bit_test.c
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

#include <pigpio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
   int i, h;

   uint16_t spi_data[]={0x1ff, 0x0, 0xaa, 0x155};

   if (gpioInitialise() < 0) return -1;

   h = spiOpen(0, 50000, 0x90100);

   if (h < 0) return -1;

   for (i=0; i<1000; i++)
   {
      spiWrite(h, (char *)spi_data, 4);
      time_sleep(0.02);
   }

   spiClose(h);

   gpioTerminate();
}
# GCCでコンパイル
gcc -o spi_9bit_test spi_9bit_test.c -lpigpio -lrt -lpthread
# sudoを付けて実行
sudo ./spi_9bit_test

 ※ sudoを付けないと Permissionエラーで怒られる。
$ ./spi_9bit_text
 +---------------------------------------------------------+
 |Sorry, you don't have permission to run this program.    |
 |Try running as root, e.g. precede the command with sudo. |
 +---------------------------------------------------------+

 pigpioライブラリの spiOpen関数の spiFlagsで SPI 9ビットモードを指定している。
int spiOpen(unsigned spiChan, unsigned baud, unsigned spiFlags)
spiChan : 0-1 (0-2 for the auxiliary SPI device)
baud    : 32K-125M (values above 30M are unlikely to work)
spiFlags: see below (spiFlags consists of the least significant 22 bits.)

0x90100 = 00 1001 0000 0001 0000 0000
bbbbbb R T nnnn W A u2 u1 u0 p2 p1 p0 mm

bbbbbb 001001 = word size in bits (9-bit)
R 0
T 0
nnnn 00000
W 0
A 1 = 0 = Standard SPI device, 1 = Auxiliary SPI.
u2 u1 u0 000
p2 p1 p0 000
mm 00

int spiWrite(unsigned handle, char *buf, unsigned count)

void time_sleep(double seconds)
・SSD1306 0.96インチ 有機 LEDモジュール 3-wire SPIモードで動かす
SSD1306 0.96インチ 有機 LEDモジュール 3-wire SPIモードで動かす



 pigpioライブラリ(Raspbian Jessieに標準でバンドルの GPIOライブラリ)
pigpio library - pigpio C Interface

raspberrypi/documentation - documentation/hardware/raspberrypi/spi/
Supported bits per word
8 - Normal
9 - This is supported using LoSSI mode.

LoSSI mode (Low Speed Serial Interface)
The LoSSI standard allows issuing of commands to peripherals (LCD) and to transfer data to and from them. LoSSI commands and parameters are 8 bits long, but an extra bit is used to indicate whether the byte is a command or parameter/data. This extra bit is set high for a data and low for a command. The resulting 9-bit value is serialized to the output. LoSSI is commonly used with MIPI DBI type C compatible LCD controllers.


● I2C方式への改造

 液晶モジュール側の改造

I2C R1 R4 R6 R7 R8 (R3のチップ抵抗を R1に移動する。)
DCは I2Cデバイスアドレス指定となる。DC='L'で 0x3C、DC='H'で 0x3D
R6と R7は I2Cバスのプルアップ抵抗で実装済み。
R8は D0と D2を接続する為に 0Ω
RES端子は CRによる簡易 PORとする事が可能。

・Raspberry Pi3の I2C機能を有効化して 0.96インチ 有機 LEDモジュールを駆動する方法 I2C接続方式
Raspberry Pi3の I2C機能を有効化して 0.96インチ 有機 LEDモジュールを駆動する方法 I2C接続方式



 おなじみの sudo raspi-configで I2Cを有効にします。
sudo raspi-config
 7 Advanced Options - Configure advanced settings
 A7 I2C - Enable/Disable automatic loading
 Yesを選択する。
 Finishで raspi-configを終了する。
(再起動不要)

lsmod | grep i2c
 で I2Cドライバの存在を確認する。
pi@raspberrypi:~ $ lsmod | grep i2c
i2c_bcm2708             4834  0
i2c_dev                 5859  0
・Raspberry Pi3の I2C機能を有効化して 0.96インチ 有機 LEDモジュールを駆動する方法 I2C接続方式
Raspberry Pi3の I2C機能を有効化して 0.96インチ 有機 LEDモジュールを駆動する方法 I2C接続方式


・Raspberry Pi3の I2C機能を有効化して 0.96インチ 有機 LEDモジュールを駆動する方法 I2C接続方式
Raspberry Pi3の I2C機能を有効化して 0.96インチ 有機 LEDモジュールを駆動する方法 I2C接続方式



sudo apt-get install i2c-tools

i2cdetect -y 1
 で、デバイスの確認。0x3Cに何かいます。
pi@raspberrypi:~ $ i2cdetect -y 1
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 3c -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- --
・Raspberry Pi3の I2C機能を有効化して 0.96インチ 有機 LEDモジュールを駆動する方法 I2C接続方式
Raspberry Pi3の I2C機能を有効化して 0.96インチ 有機 LEDモジュールを駆動する方法 I2C接続方式


cd
git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_SSD1306.git
cd Adafruit_Python_SSD1306
sudo python setup.py install

cd ~/Adafruit_Python_SSD1306/examples

nano shapes.py
# Note you can change the I2C address by passing an i2c_address parameter like:
disp = Adafruit_SSD1306.SSD1306_128_64(rst=RST, i2c_address=0x3C)
・Raspberry Pi3の I2C機能を有効化して 0.96インチ 有機 LEDモジュールを駆動する方法 I2C接続方式
Raspberry Pi3の I2C機能を有効化して 0.96インチ 有機 LEDモジュールを駆動する方法 I2C接続方式





Tags: [Raspberry Pi], [電子工作]

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