Цветной IPS-дисплей 1.69», 240×280 (ST7789)

Дисплей IPS 1.69 ST7789

Различные виды жидкокристаллических дисплеев часто применяются в DIY-проектах для отображения символьной и графической информации. И если самые простые дисплеи умеют отображать только чёрное и белое, то более продвинутые могут работать с цветом.

Матрицы, используемые в ЖК-дисплеях (TFT) бывают разных типов: TN, VA, IPS и пр. За этими буквами скрывается технология организации жидких кристаллов, от которой зависят разные параметры дисплея. Так, дисплеи с IPS-матрицей отличаются большими углами обзора, более высоким уровнем контраста и точной цветопередачей.

В этой инструкции мы будем работать как раз с таким дисплейным модулем. В основе модуля — матрица IPS с диагональю 1,69 дюйма (около 43 мм). Особенность этой матрицы — закругленные края.

Цветной IPS-дисплей 1.69" 240x280

Характеристики

  • напряжение питания: от 3,3 до 5 В;

  • интерфейс: 4-проводной SPI;

  • разрешение: 240 x 280 точек;

  • контроллер: ST7789V2;

  • размеры матрицы: 27,97 x 32,63 мм (1,69 дюйма по диагонали);

  • размеры модуля: 31 x 49 мм.

Примечание

Контроллер ST7789, как и большинство его аналогов, может работать только с 16-разрядным цветом. Этот факт накладывает ограничение на отображение привычных 24-разрядных цветов.

Список необходимых компонентов

Для выполнения всех экспериментов в данном уроке, кроме самого модуля IPS-дисплея, потребуются: отладочная плата UNO2, либо любая другая Arduino-совместимая плата. Отладочная плата с CircuitPython для примера на python. Беспаечная макетная плата и немного проводов вилка-розетка.

Компонент

Назначение

IPS-дисплей 240×280, 1.69»

Цветной IPS-модуль на ST7789V2

Графит-S3 (ESP32-S3, N8)

Отладочная плата с CircuitPython

UNO2 (Arduino-совместимая)

Базовая Arduino-совместимая плата с QIIC и USB

Беспаечная макетная плата T-400

Сборка схемы без пайки

Провода вилка-вилка, 40 шт., L=10 см

Соединительные провода

Подключение

Дисплей подключается по интерфейсу SPI4, а значит нужно соединить четыре сигнальные линии, две линии питания и выключатель подсветки:

  • SCK — синхроимпульс;

  • MOSI — данные от контроллера (Master Out) к устройству (Slave In);

  • CS — выбор устройства (Chip Select);

  • RS (D/C) — линия для передачи команд устройству;

  • RST — сброс памяти дисплея;

  • VCC — питание;

  • GND — земля;

  • BK — контакт для контроля подсветки.

Примечание

В наших экспериментах мы не управляем подсветкой, так что этот контакт никуда подключать не будем.

Подключение к плате UNO2 (ATmega328)

UNO2 — это аналог классической Arduino Uno R3, так что для SPI используем стандартные контакты: MOSI-11, MISO-12, SCK-13. Остальные контакты дисплея можно подключить к любым свободным GPIO контактам отладочной платы.

UNO2

5V

G

10

9

8

13

11

—

Дисплей IPS 1.69

VCC

G

CS

RST

RS

SCK

MO

BK

Подключение к Графит-S3 (ESP32)

Аналогичным образом дисплей подключается к отладочной плате Графит-S3. У данной платы SPI-интерфейс, по умолчанию, привязан к контактам: MISO-2, MOSI-9, SCK-10.

Графит-S3

3.3

GND

6

5

4

10

9

—

Дисплей IPS 1.69

VCC

G

CS

RST

RS

SCK

MO

BK

Arduino IDE

Для работы с дисплеем будем использовать библиотеку Adafruit-ST7735-Library (ссылка в конце статьи). Эта библиотека описывает протокол обмена сразу с двумя распространёнными контроллерами дисплеев: ST7735 и ST7789. Нам будет интересен последний из них.

Пусть первая программа выведет в центре дисплея текст «Hello world!».

Сразу после подключения библиотеки, создадим объект класса Adafruit_ST7789 с именем tft. При создании объекта укажем номера контактов отладочной платы, к которым мы ранее подключили линии CS, RS и RST дисплея:

Adafruit_ST7789 tft = Adafruit_ST7789(TFT_CS, TFT_RS, TFT_RST);

При запуске программы необходимо инициализировать дисплей. Делаем это при помощи функции tft.init. У функции два аргумента: ширина и высота матрицы в пикселах. Для нашего дисплея они будут равны 240 и 280:

tft.init(240, 280);

Далее можем вызывать разные функции объекта tft, для построения графики или вывода текста на дисплей. Полный код программы:

#include <Adafruit_ST7789.h>

#define TFT_CS        10
#define TFT_RST        9
#define TFT_RS         8

Adafruit_ST7789 tft = Adafruit_ST7789(TFT_CS, TFT_RS, TFT_RST);

void setup(void) {
    tft.init(240, 280);

    tft.fillScreen(ST77XX_BLACK); // закрашиваем экран чёрным цветом

    tft.setTextSize(2); // размер шрифта - 2
    tft.setTextColor(ST77XX_MAGENTA); // цвет - маджента
    tft.setCursor(45, 130); // координаты текста
    tft.print("Hello world!");
}

void loop() {
}

Загружаем программу на UNO2 и получаем вывод:

Hello world на IPS-дисплее с Arduino

Геометрия и цвета

В следующей программе изобразим палитру. Используем функцию fillRect, которая рисует закрашенный прямоугольник.

В начале программы определим 12 цветов. Помним, что контроллер ST7789 использует только 16 разрядов для хранения цвета точки, следовательно, нам потребуется переменная типа uint16_t, а вернее массив таких переменных.

Затем строим в цикле двенадцать прямоугольников с заданными в массиве цветами.

#include <Adafruit_ST7789.h>

#define TFT_CS        10
#define TFT_RST        9
#define TFT_RS         8

#define BOX_HEIGHT 280/2
#define BOX_WIDTH 240/6

Adafruit_ST7789 tft = Adafruit_ST7789(TFT_CS, TFT_RS, TFT_RST);

uint16_t colors[12] = {
    0x0000, // чёрный
    0xFFFF, // белый
    0xBDF7, // светло серый
    0x7BEF, // серый
    0xF800, // красный
    0xFFE0, // жёлтый
    0xFBE0, // оранжевый
    0x79E0, // коричневый
    0x7E0,  // зелёный
    0x7FF,  // голубой
    0x1F,   // синий
    0xF81F  // розовый
};

void setup(void) {
    tft.init(240, 280);

    tft.fillScreen(ST77XX_BLACK);

    byte color = 0;
    for(byte y=0; y<2; y++){
        for(byte x=0; x<6; x++){
            tft.fillRect(2+x*BOX_WIDTH, 2+y*BOX_HEIGHT, BOX_WIDTH, BOX_HEIGHT, colors[color]);
            color++;
        }
    }
}

void loop() {
}

Загружаем программу на UNO2 и получаем такую картину:

Палитра 12 цветов на IPS-дисплее с Arduino

CircuitPython

Примеры для CircuitPython будем запускать на отладочной плате Графит-S3.

Для работы с дисплеем используем библиотеку adafruit_st7789, которую можно скачать по ссылке в конце урока. Всё, что нам нужно сделать для её установки — это скопировать файл adafruit_st7789.mpy в папку lib на накопителе CIRCUITPY.

Совет

Более подробно о работе с библиотеками CircuitPython мы разбирались в одном из ранних уроков по CircuitPython.

Установка зависимостей

Для работы примеров понадобятся вспомогательные библиотеки, которые помогают работать с текстом и графикой:

  • adafruit_display_text

  • adafruit_display_shapes

Все эти библиотеки есть в сборнике от Adafruit. Точно также, копируем их на накопитель CIRCUITPY.

Вывод текста

Для составления программы используем среду разработки Mu.

Пусть, самая первая наша программа будет выводить текст «Hello world!». Начнём с подключения всех необходимых библиотек. Помним, что в python это делается с помощью команды import.

Кроме adafruit_st7789 и adafruit_display_text нам будут нужны ещё несколько библиотек:

  • board — предоставляет интерфейс для работы с периферией отладочной платы;

  • terminalio — отсюда возьмем стандартный шрифт;

  • displayio — нужна для работы с графическими абстрактами.

import board
import terminalio
import displayio

from displayio import FourWire
from adafruit_display_text import label
from adafruit_st7789 import ST7789

Обязательно вызываем функцию release_displays для освобождения шины:

displayio.release_displays()

Теперь инициализируем шину SPI и дисплей. Особое внимание следует обратить на аргументы конструктора ST7789: ширина матрицы — 240 точек, высота — 280 точек. Значение аргумента rowstart определяется особенностями конкретного дисплея. Также здесь можно передать четвертый аргумент — rotation, который укажет поворот дисплея в градусах (90, 180, 270).

spi = board.SPI()

tft_cs = board.D6
tft_dc = board.D4
tft_rst = board.D5

display_bus = FourWire(spi, command=tft_dc, chip_select=tft_cs, reset=tft_rst)

display = ST7789(display_bus, width=240, height=280, rowstart=20)

А теперь приступим к выводу текста.

Примечание

Графическая библиотека displayio, которая часто используется в CircuitPython, работает не совсем привычно. Она требует, чтобы все графические объекты были организованы в иерархию. Такой подход может показаться более сложным, чем обычный процедурный. В действительности, это сильно упрощает работу со сложной графикой, такой как, например, в играх.

# создание корневой группы
splash = displayio.Group()
display.root_group = splash

# создание группы для размещения текста
text_group = displayio.Group(scale=2, x=45, y=125)
text = "Hello World!"
text_area = label.Label(terminalio.FONT, text=text, color=0xFF00FF)
text_group.append(text_area)  # размещаем текст в его группе
splash.append(text_group)     # размещаем текстовую группу в корневой группе

Вся программа целиком:

import board
import terminalio
import displayio

from displayio import FourWire
from adafruit_display_text import label
from adafruit_st7789 import ST7789

displayio.release_displays()

spi = board.SPI()

tft_cs = board.D6
tft_dc = board.D4
tft_rst = board.D5

display_bus = FourWire(spi, command=tft_dc, chip_select=tft_cs, reset=tft_rst)

display = ST7789(display_bus, width=240, height=280, rowstart=20)

splash = displayio.Group()
display.root_group = splash

text_group = displayio.Group(scale=2, x=45, y=125)
text = "Hello World!"
text_area = label.Label(terminalio.FONT, text=text, color=0xFF00FF)
text_group.append(text_area)
splash.append(text_group)

while True:
    pass

Сохраняем программу на Графит и смотрим результат.

Hello world на IPS-дисплее с ESP32-S3 и CircuitPython

Геометрия и цвета (CircuitPython)

В следующей программе изобразим палитру. Используем функцию Rect из библиотеки adafruit_display_shapes, которая рисует закрашенный прямоугольник.

В начале программы определим 12 цветов. В CircuitPython мы задаём их как 24-разрядные числа в шестнадцатеричном формате: #FF00FF. Однако, помним, что контроллер ST7789 использует только 16 разрядов для хранения цвета точки, так что эти 24-разрядные цвета позже будут конвертированы в 16-разрядные с потерей информации.

Затем строим в цикле двенадцать прямоугольников с заданными в массиве цветами. Каждый прямоугольник обязательно добавляем в корневую группу.

import time
import board
import terminalio
import displayio

from displayio import FourWire
from adafruit_display_text import label
from adafruit_display_shapes.rect import Rect
from adafruit_st7789 import ST7789

displayio.release_displays()

spi = board.SPI()

tft_cs = board.D6
tft_dc = board.D4
tft_rst = board.D5

display_bus = FourWire(spi, command=tft_dc, chip_select=tft_cs, reset=tft_rst)

display = ST7789(display_bus, width=240, height=280, rowstart=20)

# Make the display context
splash = displayio.Group()
display.root_group = splash

# определяем палитру из 12 цветов
palette = displayio.Palette(12)
palette[0] = 0x000000   # чёрный
palette[1] = 0xFFFFFF   # белый
palette[2] = 0xC0C0C0   # светло серый
palette[3] = 0x808080   # серый
palette[4] = 0xFF0000   # красный
palette[5] = 0xFFFF00   # жёлтый
palette[6] = 0xFF8000   # оранжевый
palette[7] = 0x804000   # коричневый
palette[8] = 0x00FF00   # зелёный
palette[9] = 0x00FFFF   # голубой
palette[10] = 0x0000FF  # синий
palette[11] = 0xFF00FF  # маджента

BOX_HEIGHT = int(280/2-2)
BOX_WIDTH = int(240/6-4)

# генерируем 12 прямоугольников с разными цветами из палитры
color_idx = 0
for y in range(2):
    for x in range(6):
        rect = Rect(x=2+x*(BOX_WIDTH+4), y=2+y*(BOX_HEIGHT+4),
                    width=BOX_WIDTH, height=BOX_HEIGHT, fill=palette[color_idx])
        splash.append(rect)
        color_idx += 1

while True:
    pass

Сохраняем программу на отладочную плату и смотрим результат.

Палитра 12 цветов на IPS-дисплее с ESP32-S3 и CircuitPython

Схемы

Принципиальная схема модуля.

Принципиальная схема IPS-дисплея 1.69" 240x280 на ST7789V2