TFT-дисплей на ILI9341: подключение по SPI и команды

Питание и интерфейсы

Логические входы рассчитаны на уровни VDDI, то есть на 3,3 В и ниже. Рабочая температура — от −40 до 85 °C. Подсветка панели питается отдельно: это светодиоды модуля, а не часть контроллера.

Интерфейс выбирают выводы IM[3:0]; на готовом модуле это сделано при сборке, и чаще всего выбран 4-проводной SPI:

SPI и вывод D/CX

В 4-проводном режиме контроллер принимает обычные 8-битные байты старшим битом вперёд, а что это за байт, говорит вывод D/CX: низкий уровень — команда, высокий — параметр команды или данные изображения. Данные читаются по нарастающему фронту SCL, а ведущий выставляет следующий бит по спаду — это режим SPI 0.

Минимальный период такта по даташиту — 100 нс при записи и 150 нс при чтении, то есть до 10 МГц на запись и примерно 6,7 МГц на чтение. Передача начинается с низкого уровня на CSX; несколько байтов можно передать в одной посылке, не поднимая CSX. Как выглядит такой обмен по тактам, показывает калькулятор кадра SPI.

Цвет: 16 или 18 бит на точку

Формат точки задаёт команда 3Ah (COLMOD). Младшие три бита параметра выбирают формат для MCU-интерфейса и SPI:

Почти всегда выбирают 16 бит: точка занимает два байта, а кадр — 240 · 320 · 2 = 153 600 байт вместо 230 400. Цвет в формате RGB565 упаковывается в 16-битное число (R >> 3) << 11 | (G >> 2) << 5 | (B >> 3) и передаётся старшим байтом вперёд.

Окно записи

Изображение пишется в прямоугольное окно видеопамяти тремя командами:

1. 2Ah (Column Address Set) — начальный и конечный столбец, по два байта каждый: SC[15:8] SC[7:0] EC[15:8] EC[7:0]. После сброса окно на всю ширину: 0–239 (00EFh).
2. 2Bh (Page Address Set) — начальная и конечная строка, тоже по два байта. После сброса — 0–319 (013Fh).
3. 2Ch (Memory Write) — после неё идут данные точек подряд; контроллер сам переходит на следующую точку окна и следующую строку.

Залить прямоугольник одним цветом — значит задать окно и передать нужное число одинаковых точек. Перерисовывать только изменившиеся области намного быстрее, чем весь экран: полный кадр на 10 МГц идёт около 0,12 с.

Поворот и порядок цветов: команда 36h

Параметр команды 36h (MADCTL) задаёт, в каком порядке точки из интерфейса ложатся в видеопамять:

Сочетания MV, MX и MY дают четыре поворота экрана; при MV = 1 границы окна в 2Ah и 2Bh меняются местами — по столбцам до 319, по строкам до 239. Если красный и синий на экране перепутаны, нужен противоположный бит BGR.

Инициализация

Минимальная последовательность по ограничениям из описаний команд:

1. Аппаратный сброс: низкий уровень на RESX не короче 10 мкс, затем подождать 5 мс.
2. 01h — программный сброс, подождать 5 мс.
3. 11h — выход из спящего режима: следующую команду можно посылать через 5 мс, а полностью контроллер выходит из сна за 120 мс.
4. 3Ah, 55h — 16 бит на точку.
5. 36h, параметр — ориентация и порядок RGB/BGR.
6. 29h — включить изображение.

Производители модулей добавляют к этому настройки питания, гаммы и частоты кадров (команды C0h–C7h, E0h, E1h и другие) под свою панель; их значения берут из документации модуля или из готовой библиотеки.

Пример для Arduino по SPI

Без библиотек: инициализация и заливка экрана красным. D/CX, CS и RESET — на свободных выводах, SCL и SDA — на выводах аппаратного SPI. Модуль должен работать с уровнями платы: у Arduino Uno это 5 В, поэтому нужен модуль с согласованием уровней или преобразователь. Библиотека SPI ядра Arduino AVR выбирает самую быструю частоту не выше заданной, и на Uno с 16 МГц вместо 10 МГц получится 8 МГц — половина тактовой частоты.

#include <SPI.h>

const uint8_t PIN_CS = 10, PIN_DC = 9, PIN_RST = 8;
const SPISettings TFT(10000000, MSBFIRST, SPI_MODE0);  // до 10 МГц по даташиту

void command(uint8_t c) {
  digitalWrite(PIN_DC, LOW);
  SPI.transfer(c);
  digitalWrite(PIN_DC, HIGH);  // дальше параметры и данные
}

void setup() {
  pinMode(PIN_CS, OUTPUT);
  pinMode(PIN_DC, OUTPUT);
  pinMode(PIN_RST, OUTPUT);
  SPI.begin();

  digitalWrite(PIN_RST, LOW);  delayMicroseconds(20);   // сброс не короче 10 мкс
  digitalWrite(PIN_RST, HIGH); delay(5);

  SPI.beginTransaction(TFT);
  digitalWrite(PIN_CS, LOW);
  command(0x01); delay(5);     // программный сброс
  command(0x11); delay(120);   // выход из сна
  command(0x3A); SPI.transfer(0x55);  // 16 бит на точку
  command(0x36); SPI.transfer(0x08);  // BGR; ориентация по умолчанию
  command(0x29);               // включить изображение

  command(0x2A); SPI.transfer16(0); SPI.transfer16(239);  // столбцы 0–239
  command(0x2B); SPI.transfer16(0); SPI.transfer16(319);  // строки 0–319
  command(0x2C);
  for (uint32_t i = 0; i < 240UL * 320; i++) SPI.transfer16(0xF800);  // красный в RGB565
  digitalWrite(PIN_CS, HIGH);
  SPI.endTransaction();
}

void loop() {}

Для текста, шрифтов и графики используют библиотеки — например, Adafruit ILI9341 или TFT_eSPI для ESP32 и STM32: они берут на себя инициализацию модуля и рисуют через окно записи.