В прошлом году, после выхода видео про дисплей GC9A01 на канале "Электроника в объективе", я решил, что обязательно должен что-то на нем собрать, да еще и с использованием графической библиотеки LVGL. Заказал 2 таких дисплея, один на отладочной плате, второй отдельно только дисплей со шлейфом.

Так как я не очень люблю когда все соединено на проводах или макетных платах, (постоянно что-то отваливается), и хотелось какое-то законченное устройство в корпусе, решил поискать подходящий вариант и уже под него делать плату, ничего из стандартных корпусов для РЭА найти не удалось. Думал уже делать в виде съемной конструкции для своей отладочной платы на ESP32, но потом нашел подходящий вариант, (из под консилера :) ), он идеально подходил под мою задумку, был круглый открывающийся и имел прозрачное окно в размер дисплея. решено было делать плату под него.

Основные требования по устройству были: чип ESP32 так же для перспективы заложил драйвер RS-485 и слот для microSD карточки, так же хотелось иметь возможность питать все от usb и в перспективе иметь возможность подать внешнее питание. Так как разъем все равно ставить, хотелось сразу иметь возможность и программировать esp32 без дополнительных подключений. Но количество свободного места оказалось крайне мало, ставить CP2102 было дороговато, а CH340 с ее габаритами и кварцем не хотелось. Случайно увидел что есть компактная микросхема CH340N SOIC-8, преобразователь USB-UART с минимальной обвязкой в корпусе SOP-8. Ее и решено было использовать.

Так как на одной плате все не помещалось, разделил на две, верхняя ESP32 и дисплей, снизу питание, microSD слот, драйвер RS485 и USB-UART преобразователь. Для связи между нижней и верхней платой решил использовать гибкий плоский шлейф FFC и коннекторы FPC с шагом 0.5. Готовых шлейфов под размер и количество линий в наличии не было, решил делать из широкого и длинного шлейфа, думал что не получится разделить, но оказалось что это возможно. Для удешевления заказа объединил две платы в одну, с последующим удалением перемычки между ними, такая компоновка позволяет использовать верхнюю плату и под другие проекты с выводом информации на дисплей.

Общий вид печатной платы

Прикинув все размеры компонентов, решил уменьшить толщину платы до минимально возможного размера без увеличения стоимости, заказал с толщиной 0,6мм с зеленой маской. При такой толщине их можно резать чуть ли не ножницами, разделение на 2 платы заняло пару минут. Как оказалось не обошлось и без "косяков", перепутал выводы micro-USB разъема, разместил зеркально, пришлось резать дорожки и переделывать, после залил лаком. Так же вывод Reset дисплея соединил не с портом общего назначения, а с сигналом разрешения работы EN, в принципе на работе это не отразилось, но нет возможности сброса экрана из программы. Вся остальная схема запустилась без проблем, прошивается через micro-USB, через этот же разъем можно подключаться по Modbus например используя Modbus poll/mbslave, задействовал линии rx и tx которые идут на драйвер ADM3485 и они же используются при программировании.

Для создания проекта использовал ESP-IDF и порт LVGL. Данный пример содержит множество готовых драйверов дисплеев и примеры большинства виджетов библиотеки LVGL. Так как дисплей не имеет тачскрина, то мне были интересны примеры вывода графики в виде различных манометров и других, заточенных под круглые дисплеи, виджетов. Пример из библиотеки мне не очень понравился, хотелось использовать что-то более реалистичное, так как сам дисплей позволяет выводить довольно качественную картинку, решил использовать готовые подложки, их необходимо подготовить под разрешение 240x240, в принципе можно использовать любые подходящие, единственное перед конвертацией в графическом редакторе необходимо убрать стрелки, так как стрелка будет управляться отдельно из программы. Варианты стрелок так же можно подготовить в разном стиле и цвете, для разных подложек. Стрелка должна быть симметрична, так как из программы она будет вращаться относительно центра дисплея. Вся подготовленная под размер экрана графика конвертируется через сервис imageconverter в .с файл, который затем подключается в программе. Самый простой пример для манометра содержит два объекта, сама подложка она статическая и стрелка- изменяющийся объект.

img0 = lv_img_create(lv_scr_act(), NULL);
//фон манометра
lv_img_set_src(img0, &man5);
lv_obj_align(img0, NULL, LV_ALIGN_CENTER, 0, 0);
//стрелка, угол 60°
lv_img_set_angle(s6, 600);

Задание для стрелки выдается в отдельной задаче вызываемой с требуемым периодом:

static void update_time(void *arg)
{
//    get_time(); //получить значение часов, минут, секунд
	cur_time_s++;
//    lv_img_set_angle(  lvHour, cur_time_h*30*10);
//    lv_img_set_angle(  lvMinute, cur_time_m*6*10);
    lv_img_set_angle(  lvSecond, cur_time_s*6*10);	//задание угла для секундной стрелки
}

Минимальный шаг задания 0,1°, окружность разделена на 3600 частей. В зависимости от выбранной подложки можно рассчитать min и max задание в пределах шкалы. Остается преобразовать полученное значение от датчика в угол задания. Для демонстрации часов происходит управление тремя стрелками, достаточно поднять на ESP32 NTP сервер и получить текущее значение часов. минут, секунд (в моем примере NTP сервис не запущен) Для того, чтобы каждый раз не корректировать файлы стрелок под выбранный циферблат их можно масштабировать:

//удлинить минутную стрелку
lv_img_set_zoom(lvMinute, 340);

В примере продемонстрирован минимальный набор для запуска на дисплее, в самой библиотеке представлены примеры всех виджетов, большинство из которых имеет смысл на дисплеях с тачскрином. Ранее я проверил данную библиотеку на 7" дисплее с сенсорным тач контроллером.

Из недостатков можно отметить "тормознутость" на больших диагоналях из-за невозможности выделить полноценный буфер под полное разрешение экрана, особенно это проявляется при обновлении всего экрана, когда происходит скроллинг или открытие другого таба. Для простых кнопочных интерфейсов эта проблема не так актуальна, так как обновляется только область кнопки. Для представленного дисплея с разрешением 240x240 проблема не так заметна, но при использовании нескольких подложек сильно увеличивается размер прошивки. Пока вижу вариант загрузки графики с SD карты или использования ESP32 с памятью psram и размещением в ней графики или буфера. На моих платах интерфейс spi дисплея и sd карты разведены на одних и тех же пинах и, насколько я знаю, пока не удалось заставить их работать в тандеме, есть отдельные упоминания о работе но я пока не проверял. Если у кого-то есть работающий пример напишите в комментариях. Так же я пока не пробовал использовать память psram для размещения буфера дисплея, без этого памяти остается не так много. В чипе который используется ее нет, но она есть в чипе ESP32-WROVER на второй плате к которой можно подключить дисплей от Adafruit 4,3" , Waveshare 7" и данный круглый через переходник со шлейфом.

Общий вид отладочной платы

Дальше планирую проверить подключение по Modbus и можно использовать как небольшую панель для чтения параметров из внешних устройств. Так же на самой плате возле выводов модуля сделаны полигоны для возможности подключения датчиков, например ds18b20 или влажности/давления, внутри их размещать смысла нет, так как при закрытом корпусе там довольно жарко, но можно вывести наружу через отверстие. Так же можно организовать mqtt и получать данные с удаленного датчика. Наконец, есть еще bluetooth который я даже не включал, но думаю и там есть множество применений. Далее видео получившегося устройства с демонстрацией разных вариантов экранов.

Уже перед подготовкой статьи, решил проверить как будут выводиться картинки с сайтов где продаются эти дисплеи, на первом фото как раз одна из часто используемых фотографий, камера плохо передает изображение с экрана, в живую смотрится очень натурально.

Схему не привожу, так как ее у меня нет, плата разводилась "на лету" за чашкой чая вечером, обвязку для микросхем можно взять в pdf, esp32 так же позволяет переназначать все пины используемые в проекте. Для запуска примеров достаточно взять ESP32-DevKitC и плату с экраном GC9A01. Пины используемые в моем проекте: MOSI-12 CLK-14 CS-23 DC-22. SPI лучше использовать на пинах по умолчанию, тогда его можно будет запускать на "максималках", у меня первая плата была разведена не так и эту я оставил для совместимости проектов.

Перечень основных элементов:

• ESP-WROOM-32

• ADM3485EARZ-REEL7

• CH340N

• AMS1117

• FPC SC 0.5MM 14P CB

• 12PIN SPI TFT LCD GC9A01

Мой демо проект на github в папке components/image конвертированные файлы подложек для экранов.

Тут более свежие версии библиотеки с примерами.