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2016/12/22

Raspberry Pi 3で SPI接続の 2.8インチ TFT液晶を使用する方法 Raspberry Pi 3で SPI接続の 2.8インチ TFT液晶を使用する方法

(ラズパイ3に 320x240 ILI9341 TFT 2.8インチ LCDを SPI接続して自前アプリから直接制御する方法。)

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。

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
Debian 9Stretch2017/08/16~
Debian 8Jessie2015~2016/02からラズパイ3対応
Debian 7Wheezy2013~2016
Debian 6.0Squeeze2011~2014
Debian GNU/Linux 5.0Lenny2009~2012


● Raspberry Pi3に SPI接続の 2.8インチ TFT液晶ディスプレイを FBTFTドライバで駆動する方法

 FBTFTドライバで駆動する方法を下記にまとめました。

2016/12/22
Raspberry Pi 3で SPI接続の 2.8インチ TFT液晶を X Windowやコンソールの画面として使用する方法
Raspberry Pi 3で SPI接続の 2.8インチ TFT液晶を X Windowやコンソールの画面として使用する方法

  ラズパイ3に 320x240 ILI9341 2.8インチ TFT LCDを FBTFTで X-Windowの表示画面として使用する方法。

● Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶ディスプレイを使用する

 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。


● 2.8インチ SPI接続 液晶ディスプレイ(感圧式タッチパネル搭載 XPT2046 SPI接続)

 使用する液晶モジュールは 2.8インチ SPI接続 液晶ディスプレイ(感圧式タッチパネル搭載 XPT2046 SPI接続)です。

 2.8inch TFT LCD 2.8 TFT LCD 240X320 V1.1 with XPT2046 Touch Controller and SD-Card Slot
 ILI9341 QR4 5265S01 G5/7 TP28017
 2.8インチ 4線式抵抗膜タッチスクリーンデジタイザ
 XPT2046タッチパネルコントローラ(SPI接続)

Description:
Type: touch panel
Size: 2.8" SPI Serial
Display area:36.72(W)X48.96(H)mm
Size: 8.5 x 4.8cm/
Driver element: a-Si TFT active matrix
Pixel arrangement: RGB vertical stripe
Driver IC: ILI9341
Backlight: White LED
Viewing Direction: 6 o'clock
Color Depth: 262K/65K
Resolution (dots): 240RGB*320Dots
5V compatible, use with 3.3V or 5V logic
Need at least 4 IOs from your MCU
With PCB plate (including power supply IC, SD), compatible with 5110 interface

・Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶ディスプレイを使用する
Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶ディスプレイを使用する


・Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶ディスプレイを使用する
Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶ディスプレイを使用する


・Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶ディスプレイを使用する
Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶ディスプレイを使用する


・Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶ディスプレイを使用する
Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶ディスプレイを使用する


・Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶ディスプレイを使用する
Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶ディスプレイを使用する


・Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶ディスプレイを使用する
Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶ディスプレイを使用する


・Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶ディスプレイを使用する
Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶ディスプレイを使用する


・Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶ディスプレイを使用する
Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶ディスプレイを使用する


・Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶ディスプレイを使用する
Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶ディスプレイを使用する
 LED駆動の電流制限抵抗を基板上に実装しました。

・Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶ディスプレイを使用する
Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶ディスプレイを使用する
 タッチパネル用の配線を省略する為に、T_DINと SDI(MISO)、T_CLKと SCKを液晶基板側で接続しました。
 (SPIの仕様で SPIデバイス同士は CS信号を独立させれば SDI,SDO,SCLKを共通に配線出来る。)

 2.8インチ品が無い様なので 2.2インチの商品リンクです。(タッチは有りません)
 ILI9340を使った2.2インチ SPI 240x320 TFT液晶も同様に使えます。

HiLetgo 2.2インチ ILI9341 シリアルSPI TFT液晶モジュール 240*320
ASIN: B01CZL6QIQ

サインスマート 2.2インチ serial LCD モジュール 240*320 SPI TFT ディスプレイ 電子工作
ASIN: B00QV2WDJM
 注意: Arduino用で安いものが有りますが、殆どがパラレル接続なので Raspberry Piには接続出来ません。(気合と根性で頑張れば使える様に出来ます。)

●パラレル接続方式の LCDモジュールに外部回路を作成して駆動している例

こじ研 小嶋研究室
 「カラー液晶ディスプレーの接続」で【SPI・パラレル変換】回路を作成して、パラレル接続の LCDモジュールを接続して動かしています。
 (KeDeiの 3.5インチ液晶や FBTFTの液晶も同様の回路が液晶モジュール側の基板に実装されています。)



● 320x240の ILIのコントローラ型番

ILITEL ILI LCD Driver IC

 ILI9325 ILI9325DS
 ILI9340 ILI9340C
 ILI9341 ILI9341C
 ILI9430 ILI9430C (ILI9340の誤植?)
 ILI9431 (ILI9341の誤植?)

●タッチパネルの XPTのコントローラ型番

Shenzhen XPTEK Technology Ltd. XPT Touch Panel controller IC

XPT2046
XPT2048

 2.4インチタイプの液晶モジュールの型番
TJCTM24024-SPI


● 2.8インチ SPI接続 液晶ディスプレイ(感圧式タッチパネル搭載 XPT2046 SPI接続)

 結線方法は下記の様に 8本使用してそれぞれ接続します。
 (1) LCDモジュールの VCCを ラズパイの GPIOの +3.3V(3V3)
 (2) LCDモジュールの GNDを ラズパイの GPIOの GND(GND)
 (3) LCDモジュールの CSを ラズパイの GPIOの CE0(GPIO8)
 (4) LCDモジュールの RESETを ラズパイの GPIOの GPIO18
 (5) LCDモジュールの DCを ラズパイの GPIOの GPIO17
   ※ DC端子は Data/Commandの略で Data = 'H'/ Command ='L'です。
 (6) LCDモジュールの SDI(MOSI)を ラズパイの GPIOの MOSI(GPIO10)
 (7) LCDモジュールの SCKを ラズパイの GPIOの SCLK(GPIO11)
 (8) LCDモジュールの LEDを ラズパイの GPIOの +3.3V(3V3)
 ※ LEDと +3.3Vの間に 抵抗を入れる方が良い。(製作例では 1kΩを直列に入れています。)←その後の調査で不要とわかりました。
 ※ LCDモジュールの SDO(MISO)は未接続
 ※ タッチパネル部分と SDカードの配線は未接続です。

・Raspberry Pi3の GPIO端子の SPI機能を有効化して 2.8インチ TFT液晶モジュールを接続して駆動する方法
Raspberry Pi3の GPIO端子の SPI機能を有効化して 2.8インチ TFT液晶モジュールを接続して駆動する方法


・Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶を C言語で制御する
Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶を C言語で制御する




● 2.8インチ SPI接続 液晶ディスプレイ(感圧式タッチパネル搭載 XPT2046 SPI接続)

ILI9340の2.2インチSPI TFTモジュールを使う(基礎編)
 と
Raspberry Pi (9) LCD表示 1 - LCD表示 1 (SPI接続でQVGA LCDパネル表示)
 を参考にしました。

● Broadcom BCM 2835ライブラリをインストールする。

Broadcom BCM 2835ライブラリ
 2016/12 現在は 1.51が最新です。
cd ~
wget http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/bcm2835-1.51.tar.gz
tar zxvf bcm2835-1.51.tar.gz
cd bcm2835-1.51
./configure
make
sudo make check
sudo make install

● Raspbian Jessieの SPIを有効にする。

 おなじみの sudo raspi-configで SPIを有効にして再起動します。
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。
 sudo rebootで再起動する。
sudo reboot

 lsmodコマンドで spi_bcm2835の存在を確認する。
$ lsmod | grep spi
spi_bcm2835             6678  0

● サンプルソースをコンパイルして動かす。

ILI9340の2.2インチSPI TFTモジュールを使う(基礎編)
 のページのから
ili9340.tar.gz
 のソースリスト一式をダウンロードしてコンパイルします。

cd ~
wget http://nopnop2002.webcrow.jp/TFT/ili9340.tar.gz
mkdir ili9340
cd ili9340
tar zxvf ../ili9340.tar.gz

cc -o sample1 sample1.c ili9340.c -l bcm2835
cc -o sample2 sample2.c ili9340.c -l bcm2835
cc -o sample3 sample3.c ili9340.c -l bcm2835
cc -o sample4 sample4.c ili9340.c -l bcm2835

 コンパイルしたサンプルプログラムを動かします。
 C言語ネイティブでの SPI接続の TFT液晶駆動のサンプルプログラムになっています。

 画面描画のサンプル
sudo ./sample1
・Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶を C言語で制御する
Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶を C言語で制御する



 画面描画のサンプル(液晶画面の上下左右の確認)
sudo ./sample2
・Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶を C言語で制御する
Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶を C言語で制御する



ILI9340の2.2インチSPI TFTモジュールを使う(画像表示編)
 をそのままに動かします。
 BMP画像ファイル表示のサンプル 320x240の 256色のビットマップファイルを用意します。
sudo ./sample3 cat.bmp
・Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶を C言語で制御する
Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶を C言語で制御する



ILI9340の2.2インチSPI TFTモジュールを使う(漢字表示編)
 をそのままに動かします。
 文字列描画のサンプル
sudo ./sample4
Usage: ./sample4 文字列 フォントファイル 倍率 表示色 [縦書]
 倍率:2/3/4/5/6
 表示色:000000=Black ff0000=Red 00ff00=Green 0000ff=Blue
 縦書:1

wget http://openlab.ring.gr.jp/efont/dist/shinonome/shinonome-0.9.11p1.tar.bz2
bzip2 -d shinonome-0.9.11p1.tar.bz2
tar xvf shinonome-0.9.11p1.tar

sudo ./sample4 1倍角で表示しています ./shinonome-0.9.11/bdf/shnmk16.bdf 1 000000
・Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶を C言語で制御する
Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶を C言語で制御する


sudo ./sample4 2倍角で表示しています ./shinonome-0.9.11/bdf/shnmk16.bdf 2 000000
・Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶を C言語で制御する
Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶を C言語で制御する



 私の液晶だと画面初期化後の表示が縞々になったので deviceInitial();の呼び出しの後に、clearDisplay();を入れて明示的に白画面で初期化する様にしました。


 deviceOpen();
 deviceReset();
 deviceInitial();

 clearDisplay();

 line=(XMAX+1)/bits;
 cols=1;
・Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶を C言語で制御する
Raspberry Pi 3で 2.8インチ SPI接続 タッチパネル液晶を C言語で制御する



● sudoを付けないと Segmentation faultエラー

 サンプルプログラムを実行する時に sudoを付けないと、
Segmentation fault
 のエラーになります。


●上記の C言語版のサンプルソースを Adafruitの結線方法で動く様にする。

 ソースリストの ili9340.cのピン定義部分を書き換えるだけで簡単に対応出来ます。

ili9340.c
#define D_C  18  // GPIO18=D/C (Adafruit)
#define RES_ 23  // GPIO23=RESET (Adafruit)

●上記の C言語版のサンプルソースを FBTFTの結線方法で動く様にする。

ili9340.c
#define D_C  24  // GPIO24=D/C (FBTFT)
#define RES_ 25  // GPIO25=RESET (FBTFT)


● Raspberry Pi3に SPI接続の 2.8インチ TFT液晶ディスプレイを接続して Pythonで駆動する方法

 ついでなので Adafruitのサンプルも動かしてみます。
User-space SPI TFT Python Library - ILI9341
 Use an ILI9341 TFT display with a Raspberry Pi

 Pythonでの SPI接続の TFT液晶駆動のサンプルプログラムになっています。

adafruit/Adafruit_Python_ILI9341
 Adafruit Python ILI9341
 Python library to control an ILI9341 TFT LCD display. Allows simple drawing on the display without installing a kernel module.

● 2.8インチ SPI接続 液晶ディスプレイ(感圧式タッチパネル搭載 XPT2046 SPI接続)

 Adafruit式の結線方法は下記の様に 8本使用してそれぞれ接続します。
 上記の結線方法とは (4)と (5)が異なります。
 (1) LCDモジュールの VCCを ラズパイの GPIOの +3.3V(3V3)
 (2) LCDモジュールの GNDを ラズパイの GPIOの GND(GND)
 (3) LCDモジュールの CSを ラズパイの GPIOの CE0(GPIO8)
 (4) LCDモジュールの RESETを ラズパイの GPIOの GPIO23
 (5) LCDモジュールの DCを ラズパイの GPIOの GPIO18
 (6) LCDモジュールの SDI(MOSI)を ラズパイの GPIOの MOSI(GPIO10)
 (7) LCDモジュールの SCKを ラズパイの GPIOの SCLK(GPIO11)
 (8) LCDモジュールの LEDを ラズパイの GPIOの +3.3V(3V3)
 ※ LEDと +3.3Vの間に 抵抗を入れる方が良い。(製作例では 1kΩを直列に入れています。)←その後の調査で不要とわかりました。
 ※ LCDモジュールの SDO(MISO)は未接続
 ※ タッチパネル部分と SDカードの配線は未接続です。

・Raspberry Pi3の GPIO端子の SPI機能を有効化して 2.8インチ TFT液晶モジュールを接続して駆動する方法
Raspberry Pi3の GPIO端子の SPI機能を有効化して 2.8インチ TFT液晶モジュールを接続して駆動する方法


・Raspberry Pi3に SPI接続の 2.8インチ TFT液晶ディスプレイを接続して Pythonで駆動する方法
Raspberry Pi3に SPI接続の 2.8インチ TFT液晶ディスプレイを接続して Pythonで駆動する方法



●動作に必要なライブラリ郡をインストールする。
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y build-essential python-dev python-smbus python-pip python-imaging python-numpy git
sudo pip install RPi.GPIO

●サンプルソースをダウンロードして動かす。
cd ~
git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_ILI9341.git
cd Adafruit_Python_ILI9341
sudo python setup.py install
●サンプルソースを動かす。

 猫のビットマップを液晶画面に表示するサンプル。
cd ~
cd Adafruit_Python_ILI9341
cd examples
sudo python image.py
# Loading image...
# Drawing image
・Raspberry Pi3に SPI接続の 2.8インチ TFT液晶ディスプレイを接続して Pythonで駆動する方法
Raspberry Pi3に SPI接続の 2.8インチ TFT液晶ディスプレイを接続して Pythonで駆動する方法



 図形を液晶画面に描画するサンプル。
sudo python shapes.py
・Raspberry Pi3に SPI接続の 2.8インチ TFT液晶ディスプレイを接続して Pythonで駆動する方法
Raspberry Pi3に SPI接続の 2.8インチ TFT液晶ディスプレイを接続して Pythonで駆動する方法



 ビットマップを繰り返し描画し、描画時間をコンソール出力するサンプル。
sudo python image_timed.py

Loading image...
Press Ctrl-C to exit
Drawing image
Time to draw image: 0.114010095596
Drawing image
Time to draw image: 0.0648219585419
Drawing image
Time to draw image: 0.0634620189667
Drawing image
Time to draw image: 0.114078044891
Drawing image
Time to draw image: 0.11159491539
Drawing image
Time to draw image: 0.0625901222229
Drawing image
・Raspberry Pi3に SPI接続の 2.8インチ TFT液晶ディスプレイを接続して Pythonで駆動する方法
Raspberry Pi3に SPI接続の 2.8インチ TFT液晶ディスプレイを接続して Pythonで駆動する方法


 繰り返し描画しているので画面がちらつく。

●上記の Adafruit版のサンプルソースを FBTFTの結線方法で動く様にする。

 ソースリストの image.pyのピン定義部分を書き換えるだけで簡単に対応出来そうですが、動きませんでした。なじぇじぇじぇ?

./Adafruit_Python_ILI9341/examples/image.py
# Raspberry Pi configuration.
# DC = 18
# RST = 23
# (FBTFT)
DC = 24
RST = 25

● IOError: [Errno 2] No such file or directory

 FBTFTが有効になっていると IOError: [Errno 2] No such file or directoryが出て動きません。
$ sudo python image.py
Traceback (most recent call last):
  File "image.py", line 41, in <module>
    disp = TFT.ILI9341(DC, rst=RST, spi=SPI.SpiDev(SPI_PORT, SPI_DEVICE, max_speed_hz=64000000))
  File "build/bdist.linux-armv7l/egg/Adafruit_GPIO/SPI.py", line 42, in __init__
IOError: [Errno 2] No such file or directory


● SPI接続の 2.8インチ TFT液晶ディスプレイの別バージョン

 買う時に特に意識をしていませんでしたが、2つを並べてみて違う事に気が付きました。
 どちらもピン配置は同じで、制御方法も同じなのでそのまま差し替えて使う事が出来ます。

 なお、上記の記事では +3.3Vと LED端子との間に抵抗を入れろと書きましたが不要で有る事がわかりました。(どちらの液晶バージョンも不要です)
 LED端子は H/Lでバックライトの制御が出来ると思われ。

 TJCTM24028-SPI
 2.8 TFT SPI 240*320 v1.1
 2.8 TFT SPI 240X320 v1.1

・SPI接続の 2.8インチ TFT液晶ディスプレイの別バージョン
SPI接続の 2.8インチ TFT液晶ディスプレイの別バージョン


・SPI接続の 2.8インチ TFT液晶ディスプレイの別バージョン
SPI接続の 2.8インチ TFT液晶ディスプレイの別バージョン


・SPI接続の 2.8インチ TFT液晶ディスプレイの別バージョン
SPI接続の 2.8インチ TFT液晶ディスプレイの別バージョン


・SPI接続の 2.8インチ TFT液晶ディスプレイの別バージョン
SPI接続の 2.8インチ TFT液晶ディスプレイの別バージョン





Tags: [Raspberry Pi], [電子工作]

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