如何为ESP32项目选择彩色显示

步骤1：为什么添加显示器？

您可以完美运行各种物联网项目，无需任何显示。但是，某些IoT项目不仅可以单向馈送数据（从IoT到服务器），还可以从服务器或Internet收集实时信息以进行显示。

我以前的教学方法，ESP32 Photo Clock是例如，它从Internet下载当前的分钟照片，将JPEG照片解码并显示。

服务器或Internet中有各种实时信息，例如除了室温，服务器CPU使用率，天气预报，新闻，股票价格，提醒下载文件已完成之外，您的YouTube频道视图：》

步骤2：确定，然后为什么要进行彩色显示？

许多Arduino项目都使用单色显示，原因之一是MCU的资源有限。每个RGB颜色通道的宽度为320像素，高度为240像素，颜色为8位，意味着每个全屏图片为230 KB。但是普通的Arduino（ATmega328）仅具有32 KB的闪存，从SD卡读取数据并将其绘制到彩色显示屏上非常耗时（超过一秒钟）。

ESP32改变了游戏规则。它具有更快的处理能力（16 MHz与240 MHz双核），更多的RAM（2 KB对超过200 KB）和更多的闪存（32 KB对4 MB），因此能够利用更多的色彩和更高的分辨率用于显示的图像。同时，它能够执行一些RAM占用很大的过程，例如JPEG解码，这对于显示Internet收集的信息是非常重要的功能。

步骤3：串行外围接口

彩色显示器具有多种类型的接口：串行外围设备接口（SPI），6位，8位，16位，18位以及NeoPixel！

SPI主导了业余电子市场，这很可能是因为连接所需的电线更少。我的抽屉中的大多数显示器也只有SPI引脚，因此此说明主要针对SPI显示器。

注意：

NeoPixel矩阵是一种非常特殊的彩色显示器。如果您对NeoPixel矩阵显示感兴趣，请参考以下使用它的说明：

https：//www.instructables.com/id/Display-Colorful -。..

HTTPS：//www.instructables.com/id/ATtiny13A-NeoPixe 。..

https://www.instructables.com/id/IoT-LED-Matrix/

HTTPS：//www.instructables.com/id/IoT-LED-Cheering -。..

https://www.instructables.com/id/IoT-LED-Sign/

步骤4：硬件和软件

为ESP32选择彩色显示屏时，要考虑两个部分。

硬件

针对业余电子产品，有各种彩色显示屏：LCD，IPS LCD，具有不同分辨率和不同驱动芯片的OLED。 LCD可以具有更高的图像密度，但是OLED可以具有更好的可视角度，IPS LCD可以同时具有两者。 OLED对于每个点亮的像素都具有更高的功率效率，但可能存在老化问题。彩色OLED的工作电压为14 V，这意味着您需要专用的升压电路，但是如果您仅使用分线板就不会有问题。 LCD在大多数情况下都可以直接在3.3 V电压下工作，并且工作电压与ESP32相同，因此您可以考虑不使用分线板制作更纤薄的产品。

软件

软件支持另一方面也会影响您的选择。您可以使用Arduino IDE开发ESP32程序，也可以直接使用ESP-IDF。但是，由于ESP-IDF没有太多的显示库并且没有太多的显示硬件受支持，所以我将只关注Arduino显示库。

对于初学者来说，我认为购买adafruit（或类似供应商）硬件并且使用其Arduino库可以提供良好的无缝体验（尽管我没有预算尝试所有操作）。 TFT_eSPI库具有更好的性能，但配置需要在库文件夹中进行更改。 Ucglib和UTFT-ESP运行有点慢，但它支持许多硬件，并且是一个流行的库，您可以找到许多Arduino项目使用它。

让我们从抽屉中的彩色显示屏开始进行比较。

步骤5：LCD ST7735

ST7735是非常受欢迎的LCD分辨率为128x128和128x160的驱动程序模型。这可能是由于其受欢迎程度引起的，有许多制造商生产兼容产品，但它们并不完全兼容。初始代码有一些变化，颜色顺序可以是RGB或BGR，y坐标范围也有一些像素变化。一些库通过红色，绿色或黑色标签对其进行区分，但标签颜色并不总是正确的。最坏的情况是一一尝试使用标签选项，直到看到好的结果为止。上面的第三张图片是使用错误标签选项的示例，您可以在顶部找到3个像素的高度噪声条。

步骤6：LCD ST7735奇数大小

ST7735在128x160的分辨率范围内还具有其他奇数大小的彩色显示，例如上面的图片是0.96英寸128x64彩色显示器。

步骤7：IPS LCD ST7735

由于可穿戴设备的普及，今年我可以在市场上找到更多的小尺寸IPS LCD。上图是使用ST7735驱动芯片的0.96英寸80x160 IPS彩色LCD。如您在第三张图片中所见，您可以将其视为代码中的128x160彩色显示器，但实际上仅显示中间部分。第四张图片是没有分线板的显示器，它很薄，很小，非常适合可穿戴项目！

注意：

所有IPS LCD都有一个共同的特征，即显示的颜色被倒置，大多数库都可以通过打开invert选项简单地对其进行修复。

步骤8：OLED SSD1331

我认为这是市场上可以找到的最低分辨率彩色显示器，它是0.96英寸96x64彩色OLED。

OLED有很大的优势是，像素只有在点亮时才会消耗功率；另一方面，即使在显示黑屏的情况下，LCD背光也会始终消耗全部功率，因此OLED可以帮助为电池供电的项目节省一些电量。/p》

我尝试在以前的教学指南中使用它：

https：//www.instructables.com/id/Arduino-MINTIA-Ga 。..

步骤9：OLED SSD1351

这是1.5英寸128 x 128色OLED，外形非常适合智能手表般的佩戴能干的项目。选择此项的最大障碍应该是价格约为普通LCD的4倍。

步骤10：OLED SEPS525

这是我在业余电子市场上可以找到的最高分辨率的彩色OLED，它是1.69“ 160x128彩色OLED。由于大尺寸的分线板，我不知道

第11步：LCD ILI9225

它是2.2英寸176x220彩色液晶显示器。使用该芯片和分辨率的项目相对较少。这可能是由于其芯片家族兄弟ILI9341（尺寸大了0.2英寸，但分辨率接近两倍）的成功所致。

步骤12：LCD ILI9341

我认为ILI9341是业余电子市场上最受欢迎的LCD驱动器芯片，大多数情况下分辨率为240x320，屏幕尺寸从2.0开始“至3.2”。一些突破性板还内置触摸屏功能。

您可以在GitHub上找到许多使用此功能的项目。如果您打算购买第一块LCD，那么ILI9341突破性板是一个不错的选择选择。

在市场上找到没有分线板的纯LCD也很容易。

以下是我正在使用ILI9341的一些项目：

https：//www.instructables.com/id/Connect-LCD-to-Ra.。.

https://www.instructables.com/id/ESP8266-WiFi-Anal.。.

的https：//www.instructables.com/id/Breadboard-RetroP 。..

HTTPS：//www.instructables.com/id/Portable-WiFi-Ana 。..

https://www.instructables.com/id/ESP32-Photo-Clock.。.

HTTPS：//www.instructables.com/id/Battery-Powered-E 。..

HTTPS：//www.instructables.com/id/Kids-Photo-Album -。..

步骤13：IPS LCD ILI9341

这是IPS版本使用ILI9341驱动器芯片的2.4英寸LCD。

显示效果很好，但是供应商没有提供分线板选项，因此您需要自己接线。

步骤14：IPS LCD ST7789

ST7789也是ESP32社区中的通用驱动芯片。原因之一是ESP32官方开发套件正在使用它。与ILI9341一样，ST7789也可以驱动240x320分辨率。

我手头没有240x320 ST7789显示屏，上面的图片是1.3英寸240x240 IPS彩色LCD。

这也是第15步：IPS LCD与普通LCD一样，它可以直接在3.3 V电压下操作，因此非常适合制作纤薄的可穿戴设备。

HX8352C

这是一个3.0英寸240x400 IPS彩色LCD。这是我什至没有看到的业余电子市场中唯一的宽屏LCD。

步骤16：LCD ILI9486

这是3.5英寸320x480彩色LCD。此分辨率是普通MCU的负担，使用Ucglib需要一秒钟以上的时间才能充满全屏。

步骤17：软件比较

有许多显示库可以支持各种硬件。我选择了4个最受欢迎的Arduino库进行比较：

Adafruit GFX家族

TFT_eSPI

UTFT-ESP

Ucglib

上图是每个库的硬件支持列表。

显示速度是我们考虑选择哪个库的最重要的事情之一。为此，我选择了TFT_eSPI PDQ测试，并做出了一些努力来重写可以在4个库中运行的PDQ测试。 。所有测试将使用相同的2.8“ ILI9341 LCD进行。

为简化比较过程，所有显示器均使用相同的连接模式n。

这是我的连接摘要：

ESP32 Display

Pin 5 -》 CS （Some display not breakout this pin， simply skip it）

Pin 16 -》 DC

Pin 17 -》 Reset

Pin 18 （VSPI CLK） -》 CLK

Pin 23 （VSPI MOSI） -》 MOSI （Some display call it Din）

您可以在Github上找到代码：

https://github.com/moononournation/Arduino_graphic 。..

更新

正如我发现TFT_eSPI是此指令中最有潜力的ESP32显示库一样，我付出了一些努力来添加对我所有显示的支持。手。上图中新添加的显示支持用红色标记为字母M，这是我的增强版本：

https://github.com/moononournation/TFT_eSPI

步骤18：Adafruit GFX系列

Adafruit在业余电子市场上出售各种显示模块，并且它们在软件水平上也有很好的支持。他们的显示库全部建立在称为Adafruit_GFX的父类上，因此我将其称为Adafruit GFX系列。该库通常支持大多数Arduino硬件（也包括ESP32）。

在Arduino库管理器中，只需搜索“ adafruit display” ，即可看到所有家族成员。如果要安装，请说ILI9341，只需选择“ Adafruit ILI9341”，然后单击“安装”。记住还要安装其依赖库“ Adafruit GFX库” 。

步骤19：TFT-eSPI

此库方法签名与Adafruit GFX非常相似，但它是为ESP8266或ESP32量身定制的。我认为源代码针对ESP32进行了优化，因此PDQ结果比其他库要快得多。

您可以通过搜索“ TFT-eSPI” 将其安装在Arduino Library Manager中。然后单击安装。

注意：使用此库最困难的部分是必须先配置此库，然后才能使用它。配置文件位于库文件夹中，它应该是您自己的文档文件夹下的“ Arduino/libraries/TFT_eSPI/User_setup.h” 。它有很多注释可帮助您完成此操作，请按照注释逐步进行以完成配置。这是我的ILI9341的User_setup.h：

#define ILI9341_DRIVER

#define TFT_CS 5 // Chip select control pin D8

#define TFT_DC 16 // Data Command control pin

#define TFT_RST 17 // Reset pin （could connect to NodeMCU RST， see next line）

#define LOAD_GLCD // Font 1. Original Adafruit 8 pixel font needs ~1820 bytes in FLASH

#define LOAD_FONT2 // Font 2. Small 16 pixel high font， needs ~3534 bytes in FLASH， 96 characters

#define LOAD_FONT4 // Font 4. Medium 26 pixel high font， needs ~5848 bytes in FLASH， 96 characters

#define LOAD_FONT6 // Font 6. Large 48 pixel font， needs ~2666 bytes in FLASH， only characters 1234567890：-.apm

#define LOAD_FONT7 // Font 7. 7 segment 48 pixel font， needs ~2438 bytes in FLASH， only characters 1234567890：-。

#define LOAD_FONT8 // Font 8. Large 75 pixel font needs ~3256 bytes in FLASH， only characters 1234567890：-。

//#define LOAD_FONT8N // Font 8. Alternative to Font 8 above， slightly narrower， so 3 digits fit a 160 pixel TFT

#define LOAD_GFXFF // FreeFonts. Include access to the 48 Adafruit_GFX free fonts FF1 to FF48 and custom fonts

#define SMOOTH_FONT

#define SPI_FREQUENCY 40000000 // Maximum to use SPIFFS

步骤20：Ucglib

您可以通过搜索“ Ucglib” 然后单击安装在Arduino库管理器中进行安装。

步骤21：UTFT-ESP

UTFT-ESP基于Rinky-Dink Electronics UTFT库，并添加了ESP8266和ESP32支持。

您可以通过在Github上下载它进行安装：

https://github.com/gnulabis/UTFT-ESP

，然后将“ UTFT”文件夹复制到Arduino库文件夹。/p》

参考号：http：//www.rinkydinkelectronics.com/library.php？id 。..

步骤22：微调SPI频率

ESP32 + ILI9341可以SPI速度40 MHz运行，它需要在库文件夹中进行一些代码更改。上面的图片是微调的结果。以下是代码更改摘要：

Adafruit_ILI9341

该库已为ESP32板定义了SPI_DEFAULT_FREQ为40000000。您还可以在初始化时更改频率：

tft.begin（80000000）;

TFT_eSPI

User_Setup.h

// #define SPI_FREQUENCY 27000000

// Actually sets it to 26.67MHz = 80/3

#define SPI_FREQUENCY 40000000 // Maximum to use SPIFFS

Ucglib

的src/CLIB/ucg_dev_ic_ili9341.c

UTFT-ESP

硬件/ESP/HW_ESP.h

步骤23：比较舍入

硬件

ST7735和ILI9341是最受欢迎的显示器，对于初学者来说，这2是更好的选择。您可能会注意到LCD有一个很大的缺点，可视角度大，在可视角度之外失去了一些颜色，屏幕变得不可读。如果您有足够的预算，则OLED或IPS LCD的可视角度要好得多。

软件

速度

TFT_eSPI的性能最好。

受欢迎程度

在大多数情况下，我们通过在网络上搜索示例来研究如何使用代码库。我已经尝试在Github中搜索四个库关键字，Adafruit最受欢迎，而UTFT则排名第二。

难度

只有Adafruit GFX系列可以在用户中完全配置代码级别，其他3个库需要在库文件夹中进行一些配置。而且Adafruit的门户网站也非常好，有很多详细的帖子可以教您如何使用其产品。

Round Up

ILI9341对于初学者来说应该是最有价值的展示。 Adafruit GFX库对于初学者来说应该是最容易使用的，并且由于TFT_eSPI具有非常相似的方法签名，因此稍后切换到更快的库非常容易。

步骤24：可选阅读：连接LCD而无需插线板

OLED需要14 V的电压才能点亮像素，因此不容易断开分支板的耦合。另一方面，LCD（也包括IPS LCD）通常在3.3 V电压下工作，与ESP32相同。在大多数情况下，LCD和ESP32之间仅需要LED控制电路，即晶体管和少量电阻。

在决定不使用分线板之前，首先阅读数据表非常重要。引脚布局，引脚间距大小，示例电路连接和最大额定值都可以在数据手册中找到。最大电压尤为重要，您应遵循额定值，否则将炸毁LCD。该芯片可以在3.3 V的电压下工作，但LED可以在2.8-3.0 V的电压下工作，因此它需要中间的一些电子器件，大多数数据手册都带有采样电路。您可能会要求卖方将数据表的软拷贝发送给您，或者只是通过型号将其发送给Google。

我的特别提示：我喜欢焊接引脚间距与LCD相同的FPC电缆帮助与MCU的连接。我在以下这些指导中使用了此技术：

https：//www.instructables.com/id/Connect-LCD-to-Ra 。..

https：//www .instructables.com/id/Portable-WiFi-Ana 。..

步骤25：可选阅读：颜色深度

如果您通读彩色显示器的数据表，可能会发现大多数彩色显示器都可以支持18位色深（每个RGB通道为6位）。 18位色深可以提供比16位色深更好的图像质量（红色和蓝色通道为5位，绿色通道为6位）。但是，只有Ucglib实际上以18位色深（262，144色）运行，其他3个库都以16位色深（65，536色）运行。这是因为18位色深实际上要求每个像素传输3个字节（24位）的数据，这意味着传输和存储在内存中所需的数据量要多50％。这是Ucglib运行速度较慢，但图像质量更好的原因之一。