TFT-дисплей ILI9341 и ST7789: подключение к Arduino по SPI

ILI9341 и ST7789: в чём разница

Оба контроллера говорят по SPI и рисуют примитивами, но отличаются размером матрицы, наличием флеша на модуле и ценой.

Флеш на модуле ILI9341 это отдельная микросхема, куда кладутся картинки. Многие модули держат её в режиме PROGMEM, и тогда библиотека рисует прямо из флеша: на картинки не тратится ни байта оперативной памяти. У дешёвых ST7789 флеша нет.

Распиновка: что куда втыкать

Подписи на модуле зависят от производителя, но набор выводов у всех один и тот же.

• VCC и GND это питание: голый ILI9341 рассчитан на 3,3 В, модуль с преобразователем берёт 5 В.
• CS это выбор адресата на шине, DC переключает команду и данные, RESET сбрасывает контроллер.
• MOSI несёт данные к дисплею, SCK это такт шины, MISO нужен для чтения из флеша.
• BL это подсветка, часто с отдельным выводом.

На Uno аппаратные SPI-пины фиксированы: MOSI это D11, MISO D12, SCK D13. Остальные выводы можно пересаживать на свободные пины, но CS, DC и RESET лучше не назначать на D0 и D1: там сидит Serial. Карта выводов Uno в лендинге про распиновку.

Две библиотеки: Adafruit_ST7789 и TFT_eSPI

Универсальной библиотеки для TFT нет, есть две. Для новичка разница сводится к одному вопросу: готовы ли вы перед первой прошивкой отредактировать файл конфигурации.

• Adafruit_ST7789 и Adafruit_ILI9341 ставятся через менеджер, настраиваются в begin() и выдают внятные ошибки.
• TFT_eSPI ставится zip-файлом в папку libraries, пины и модель описываются в User_Setup.h до компиляции.
• TFT_eSPI быстрее: у него свой контроллер буфера, а на ESP32 ещё и DMA.
• Цена настройки TFT_eSPI: ошибка в конфиге даёт невнятный чёрный экран.

Первый экран и учебные задачи это Adafruit: установка в два клика, скорости для меню и графика хватает. TFT_eSPI я беру, когда проект перерос: анимация, картинки из флеша или плата ESP32.

#include <Adafruit_ST7789.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
 
int cs = 10, dc = 9, rst = 8;
Adafruit_ST7789 tft = Adafruit_ST7789(cs, dc, rst);
 
void setup() {
  tft.init(240, 320);            // dlya ST7789 135x240 pishite init(135, 240)
  tft.setRotation(0);
  tft.fillScreen(ST77XX_BLACK);
  tft.setTextColor(ST77XX_WHITE, ST77XX_BLACK);
  tft.setTextSize(2);
  tft.setCursor(10, 20);
  tft.print("TFT zhiv");
  tft.setTextColor(ST77XX_YELLOW);
  tft.setCursor(10, 60);
  tft.print("SPI 40 MHz");
}
 
void loop() {}

Память: почему Uno не тянет TFT

Это главные грабли, и виноват не дисплей, а арифметика. Один пиксель в RGB565 занимает 2 байта. Экран 240×320 это 76 800 пикселей, то есть 153 600 байт на кадр. У Uno оперативной памяти 2 048 байт.

На Uno TFT не рисуют целиком: рисуют строку, кнопку, иконку и обновляют только изменившуюся часть экрана. Это влезает в две килобайта. Работают текст, линии, рамки, заливки и графики: ломаная на 240 точек это 480 байт. А картинка из массива не влезает никогда.

Шрифты и картинки в PROGMEM

Во флеш Arduino можно положить шрифт или картинку и не тратить на них оперативную память. Строка с макросом PROGMEM или F() живёт во флеше, а не в SRAM. На TFT это важно: крупные шрифты в оперативной памяти дороги.

• Конвертер шрифтов Adafruit GFX Font Converter собирает глифы в массив байтов для блока PROGMEM.
• Свой bitmap: картинка превращается в массив по 1 или 16 бит на пиксель.
• Флеш на модуле ILI9341: файл заливается в память модуля, а библиотека читает его оттуда.

TFT против OLED SSD1306 и LCD 1602

Выбирать экран надо не по красоте, а по задаче. Разница между ними не в цвете, а в том, сколько данных вы на него выведете и сколько проводов у вас останется.

Если задача укладывается в «показать две цифры и стрелку», OLED SSD1306 будет дешевле и съест меньше проводов: у него шина I2C, всего два сигнальных провода. TFT оправдан там, где нужна карта, меню с иконками или график за сутки. Сравнение в уроке про OLED против LCD.

Что сначала не получилось

Первый TFT я брал с мыслью, что это OLED, только цветной. Не вышло. Экран был чёрный, а монитор порта показывал, что скетч работает: библиотека отвечала, begin() отрабатывал без ошибок. Я перебрал распиновку, питание и версию библиотеки. Помогло то, что было написано на плате рядом с выводом VCC.

Второй тупик был на Mega, куда я перенёс проект после первого провала. Экран заработал, но скетч не собрался: компилятор написал, что не хватает памяти для массива картинки 240×320. Это был тот самый буфер, про который я знал по статьям, но не подумал, что приду за ним с картинкой в скетче. Уменьшил её до 240×160 и вынес в PROGMEM.

Третий раз я уже не мучился: перед покупкой прочитал даташит и проверил объём флеша и преобразователь уровней. У моего ILI9341 на 2,8 дюйма флеша не было, а подсветка шла через транзистор на вывод BL.

Личный опыт: термостат с цветным экраном

Первое устройство с TFT у меня было настенным термостатом: ESP32, датчик температуры, реле и экран 2,8 дюйма вместо LCD 1602. Задача была не в красоте, а в том, чтобы родственница из другого города могла позвонить и понять температуру в квартире.

Что я понял по ходу. Память ESP32 расходуется не только кадром: стек WiFi, буферы TLS и сам кадр вместе дали мне около 200 КБ из 520 доступных. На Uno такой проект не собрался бы. А перерисовка экрана на дефолтной частоте SPI занимала около 40 мс, и при обновлении графика это было видно как подёргивание.

Авторская позиция: что взять новичку

Первый TFT новичку я бы посоветовал не покупать. Если задача укладывается в текст и пару цифр, OLED SSD1306 у дешёвого TFT выигрывает по всем осям: два провода, килобайт памяти, в три раза дешевле.

TFT стоит брать, когда проект упирается в монохромный экран: интерфейс с иконками, карта, графики. И берите ESP32, если проект серьёзный: разница в цене с Uno меньше, чем разница в нервах, когда скетч не собирается.

Не берите самый дешёвый модуль, не прочитав маркировку. Разница между двумя одинаковыми по виду платами ILI9341 в наличии преобразователя уровней, флеша и токе подсветки. Десять минут чтения надписи экономят вечер.

Частые вопросы