概要

ESP32とSDカードスロット内蔵の液晶ボード（Amazonで1500円くらいで購入）を使用して、簡単なアプリケーションを作成しました。

SDカードから読み出したテキストファイルの内容を液晶ボードのLCDに表示させました。

※開発環境はArduino-ESP32を使用しました

写真：今回使用した液晶ボード

使用したもの

ESPr® Developer 32　 ※これ以降は「ESP32］と呼称
HiLetgo® 2.8 "TFT LCDディスプレイタッチパネル
Arduino IDE（バージョン1.8.5を使用）
SDカード
抵抗(10kΩ x 4）

結線

以下の通りにESP32と液晶ボードを結線します

LCD

ESP32	LCD
VOUT	VCC
GND	GND
IO5	CS
IO16	RES
IO17	DC
IO23	MOSI
IO18	SCK
3V3	LED
IO19	MISO

SD

ESP32	SD	備考
IO14	SD_SCK	10kの抵抗を使用して3.3Vでプルアップする（参考記事）
IO2	SD_MISO	10kの抵抗を使用して3.3Vでプルアップする（参考記事）
IO15	SD_MOSI	10kの抵抗を使用して3.3Vでプルアップする（参考記事）
IO13	SD_CS	10kの抵抗を使用して3.3Vでプルアップする（参考記事）

スケッチの書き込み＋動作確認

スケッチのLCD表示にはTFT_eSPI(ライブラリ)、SDカードにはarduino-esp32のSDカードライブラリを使用しました。また、ESP32のSPIは「VSPI：LCD表示 HSPI：SDカード」のように使用しました。

スケッチ書き込みのポイントは、スケッチを書き込む前後でIO2を(上記の「結線」の10kΩプルアップ抵抗と)抜き差しする点です。
これは、スケッチ書込みのブートモードとするためにはブート時にIO2をLowにする必要があるためです。

図：IO2を切り離す

それでは実際の手順は以下の通りです。

TFT_eSPI(ライブラリ)の使用準備を行う
　→下記の「TFT_eSPIの使用準備」参照
テキストファイル（実際に使用したファイル）を入れたSDカードを液晶ボードに挿入する
PCとESP32を接続しているUSBケーブルを抜いてIO2を(プルアップ抵抗から)切り離す
USBを繋いでスケッチをESP32に書き込む(スケッチはgithubに置きました)
※Arduinoの設定は以下の通りにしました
USBケーブルを抜いてIO2を(プルアップ抵抗と)接続する
USBケーブルを接続する
ESP32のアプリが立ち上がり、ファイル名とその中身が5秒ごとに交代でLCDに表示される

TFT_eSPIの使用準備

デフォルトの状態ではこの接続方法でTFT_eSPI(ライブラリ)を使用できません。以下の通りにTFT_eSPI/User_Setup.hを編集します。（参考元の記事)

※TFT_eSPIを使用する他のボードへ影響があるかもしれません。ファイルのバックアップ等を行い、実施は自己責任でお願いします。

図：編集対象のファイル

１．使用しない定義をコメントアウトする

以下の3行をコメントアウトする

#define TFT_CS PIN_D8
#define TFT_DC PIN_D3
#define TFT_RST PIN_D4

※「// ###### EDIT THE PIN NUMBERS IN THE LINES FOLLOWING TO SUIT YOUR ESP8266 SETUP ######」のすぐ下の辺りにある

２. ポートの割り当てを有効にする

以下の「#define～」の各行をコメント化解除。また、TFT_CSを5、TFT_DCを17、TFT_RSTを16に変更

// For ESP32 Dev board (only tested with ILI9341 display)
// The hardware SPI can be mapped to any pins

//#define TFT_MISO 19
//#define TFT_MOSI 23
//#define TFT_SCLK 18
//#define TFT_CS 15 // Chip select control pin
//#define TFT_DC 2 // Data Command control pin
//#define TFT_RST 4 // Reset pin (could connect to RST pin)

※「// ###### EDIT THE PIN NUMBERS IN THE LINES FOLLOWING TO SUIT YOUR ESP32 SETUP ######」のすぐ下の辺りにある

３. SPIの周波数を変更する

以下のコードをコメントアウトする

#define SPI_FREQUENCY 27000000 // Actually sets it to 26.67MHz = 80/3

以下のコードのコメントアウトを解除する

// #define SPI_FREQUENCY 40000000 // Maximum to use SPIFFS

※「// Section 4. Other options」のすぐ下あたりにある

スケッチの説明

ポイント１

1つ目のポイントは、SDカードとの接続(SD.begin)を繰り返している点です。

simple_display_sd_data.ino　(再接続を行う部分)

  //retry establishing SD connection
  if (sdHasError) {
    //retry establishing SD connection
    spiSD.begin(SD_CLK, SD_MISO, SD_MOSI, SD_SS);
    if(!SD.begin( SD_SS, spiSD, SDSPEED)){
     Serial.println("Card Mount Failed");
    }
    Serial.println("Card Mount Succeeded");
    sdHasError = false;
  }

実はこのスケッチでは、電源ON直後の初回のSDカードとの接続が失敗します。しかし、リセット後や2回目のSDアクセスには成功します。

おそらくそれは、IO2がデフォルトでは内蔵プルダウンになっていること、そしてESPr® Developer 32のボード上でIO2が10kΩでプルダウンされていることによって、MISO(IO2)の信号レベルが上がり切らず、ピンをSPIのMISO設定（入力＝内蔵プルアップ）にした後では上がり切るのでデータの判別ができるようになると予想しています。

必要であれば回路に手を加えたりコードで対応したりしますが、いまのところ困っていないので、現状では失敗時に再びSDとの接続を行うことにしています。

ポイント２

2つ目のポイントはSDカードのアクセスにESP32のHSPIを使用している事です。

arduino-esp32のSDカードライブラリではVSPIを使用していますが、上記の結線のようにVSPIはLCDに使用しています。

そこで、ESP32が持つ別のSPIであるHSPIを使用することにしました。

しかし、arduino-esp32のSDカードライブラリでHSPIをそのまま使用できず、最終的にgithubのissuesを参考にコードを作成することで実現できました。

ポイント３

最後のポイントは、CPUの周波数（CPU Frequency）です。当初は160MHzにしていたところ、アプリケーションが時々立ち上がらないことがありました。そこでArduino IDEの設定値をいろいろ変えてみたところ、周波数を240MHzにすることで解消できました。

終わりに

やってみたらスムーズに行かないところが結構ありましたが、1つのボードにLCDとSDカードが載っているのは、やはり便利です。（実はタッチ検出もできますが、まだやっていません・・・）

今回スムーズに行かない要因の1つに、ESP32のIO2が扱いづらい事がありました。SDカードとの通信にIO2を使用する場合、上記の方法のようにスケッチの書き込みの前後でIO2をプルアップ抵抗から抜き差しする必要があります。

そこで、HSPIをリマッピングしたり（※１）、VSPIのみを使用してLCDとSDカードを制御する（※２）をすると、もっと使い勝手が良くなるかもしれません。（本当にできるかは確認していませんが）

※１：スイッチサイエンスの記事の「SPI通信」の項目が参考になります
※２：SPIの仕様上、CSを分けていればデータ線を共有できるはず

見ていただいてありがとうございました。
тнайк чoμ_〆(・ω・｡)

参考記事

espressif公式のデータシート
- https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32_datasheet_en.pdf
Amazonのカスタマーレビュー　(TFT_eSPI使用の参考情報)
- https://www.amazon.co.jp/gp/customer-reviews/R19MQH3M73XD0O?ref=pf_vv_at_pdctrvw_srp
espressifのSDカードライブラリREADME（SDカードとの結線の参考情報）　※esp-idf用
- https://github.com/espressif/esp-idf/blob/master/examples/storage/sd_card/README.md
ESP-WROOM-32に関するTIPS（SPIの参考情報）
- https://trac.switch-science.com/wiki/esp32_tips

更新履歴

2019-09-26：新規作成

Arduino-ESP32で2.8インチTFT液晶ボードとその内蔵SDスロットを使用する

概要