Interface do Display GMT020-02 com ESP32

Neste tutorial, vais aprender a interligar e controlar o Display TFT GMT020-02 com um ESP32. O Display GMT020-02 usa o driver IC ST7789, por isso este tutorial também será útil para outros displays TFT com o mesmo driver IC.

O GMT020-02 é um pequeno e agradável display TFT de 2,0″ com resolução de 240×320 pixels e 262K cores, que podes comprar barato no AliExpress. No entanto, a documentação é escassa e por vezes até enganadora, o que torna o uso do display desnecessariamente difícil. Espero que este pequeno tutorial ajude.

Overview

Características do Display GMT020-02

O GMT020-02 Versão 1.1 é um módulo de display com interface SPI integrada. A imagem abaixo mostra a frente e o verso do módulo.

Front and Back of GMT020-02 Vers 1.1 Display — Frente e verso do Display GMT020-02 Versão 1.1

Podes encontrá-lo no AliExpress, onde está identificado como usando um driver IC ST7735 e sendo adequado para Arduino.

Driver IC para o Display GMT020-02

Isto é enganador pois a folha de dados indica que o driver IC é um ST7789 e que o módulo funciona a 3,3V. Segundo os esquemas, não há conversor de nível no módulo, o que torna arriscadoligá-lo a um Arduino UNO com lógica a 5V. As folhas de dados do módulo GMT020-02 e do ST7789 estão ligadas abaixo.

Datasheet of ST7789

Datasheet of GMT020-02

Retroiluminação do Display GMT020-02

Também uma palavra sobre a retroiluminação. O módulo GMT020-02 tem retroiluminação, mas infelizmente parece estar ligada diretamente (ver LED+ e LED- nos esquemas abaixo) e, portanto, não pode ser controlada por software. Vais notar que também não há pino BLK ou LED, que permitisse controlar a retroiluminação externamente.

Schematics for Backlight LED — Esquemas para o LED de retroiluminação (source)

A única forma seria desligar completamente a alimentação do módulo. Mas como o LED da retroiluminação já consome 60mA, não podes fornecer VCC diretamente a partir de uma saída GPIO! Terás de usar um transistor/MOSFET para comutar a alimentação (VCC)!

Interface de comunicação do Display GMT020-02

A propósito, os pinos IM0, IM1 e IM2 nos esquemas acima servem para selecionar a interface de comunicação (SPI ou paralelo de 8 bits). Pela tabela abaixo e pelos esquemas, podes ver que o módulo está fixado para usar SPI:

Interface table for GMT020-02 — Tabela de interface para GMT020-02 (source)

Ligação do Display GMT020-02 ao ESP32

Ligar o GMT020-02 a um ESP32 é fácil, mas a identificação dos pinos no GMT020-02 é um pouco confusa. Mostra pinos SDA e SCL, mas como usa interface SPI, estes não são os pinos SDA e SCL do I2C!

O seguinte diagrama de ligação mostra como conectar o GMT020-02 a um WEMOS Lolin32 lite:

Ligação do GMT020-02 ao WEMOS Lolin ESP32 lite

E aqui, para tua conveniência, as ligações necessárias numa tabela:

Display	ESP32
CS / SS	5
RST	17
DC	16
SDA / MOSI	23
SCL / SCLK	18
GND	GND
VCC	3.3V

Dependendo do ESP32 e da placa de desenvolvimento que estiveres a usar, estes pinos podem variar. Deves usar os pinos para SPI hardware. Podes encontrá-los selecionando a tua placa na Arduino IDE e depois executando o código abaixo.

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial.print("MOSI: ");
  Serial.println(SDA / MOSI);
  Serial.print("MISO: ");
  Serial.println(MISO);
  Serial.print("SCL / SCK: ");
  Serial.println(SCK);
  Serial.print("CS / SS: ");
  Serial.println(SS);  
}

void loop() { }

Ele imprime os pinos que precisas para SPI hardware. Os restantes pinos podes escolher livremente.

Código de teste para o Display GMT020-02

Vamos usar a Adafruit-ST7735 Library para escrever e desenhar no display GMT020-02. Para a instalar, basta abrir o Library Manager, procurar por “Adafruit-ST7735” e clicar no botão verde INSTALL:

Adafruit-ST7735 in Library Manager — Adafruit-ST7735 no Library Manager

O instalador provavelmente vai pedir para instalar as dependências também. Clica em INSTALL ALL:

Install the dependencies for Adafruit-ST7735 Library — Instalar dependências para a biblioteca Adafruit-ST7735

Com a biblioteca instalada, podemos agora testar o display. Basta compilar e carregar o código seguinte. Ele imprime o texto “Makerguides” no display:

#include <Adafruit_GFX.h>      
#include <Adafruit_ST7789.h>   

// WEMOS LOLIN32 lite
#define TFT_CS    5 
#define TFT_RST   17
#define TFT_DC    16
#define TFT_MOSI  23   // SDA, HW MOSI
#define TFT_SCLK  18   // SCL, HW SCLK
// #define TFT_MISO 19  // not used

//Adafruit_ST7789 tft = Adafruit_ST7789(TFT_CS, TFT_DC, TFT_MOSI, TFT_SCLK, TFT_RST);
Adafruit_ST7789 tft = Adafruit_ST7789(TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST); // Hardware SPI

void setup() {
  tft.init(240, 320);
  tft.setRotation(1);          
  tft.fillScreen(ST77XX_BLACK);

  tft.setTextColor(ST77XX_WHITE);
  tft.setTextSize(3);
  tft.setCursor(50, 100);
  tft.println("Makerguides");
}

void loop() {
}

Se ligaste o display aos pinos SPI hardware corretos do teu ESP32, na verdade não precisas de definir TFT_MOSI e TFT_SCLK e podes usar o seguinte construtor (como no código acima):

Adafruit_ST7789(TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST);

O SPI hardware é mais rápido, mas se tiveres problemas, podes tentar o SPI por software definindo os teus pinos TFT_MOSI e TFT_SCLK e usando-os no construtor.

Adafruit_ST7789 tft = Adafruit_ST7789(TFT_CS, TFT_DC, TFT_MOSI, TFT_SCLK, TFT_RST);

Em qualquer caso, a saída no display deverá ser a seguinte:

Output on GMT020-02 display — Saída no display GMT020-02

Se isso funcionar, podes então executar o código graphicstest_st7789 que vem com a Adafruit-ST7735 Library. Só certifica-te de selecionar o display correto no código e alterar os pinos conforme a tua ligação:

// OPTION 1 (recommended) is to use the HARDWARE SPI pins, which are unique
// to each board and not reassignable. 

Adafruit_ST7789 tft = Adafruit_ST7789(TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST);

// OPTION 2 lets you interface the display using ANY TWO or THREE PINS,
// tradeoff being that performance is not as fast as hardware SPI above.

//Adafruit_ST7789 tft = Adafruit_ST7789(TFT_CS, TFT_DC, TFT_MOSI, TFT_SCLK, TFT_RST);

void setup(void) {
  Serial.begin(9600);
  Serial.print(F("Hello! ST77xx TFT Test"));

  // Use this initializer (uncomment) if using a 1.3" or 1.54" 240x240 TFT:
  // tft.init(240, 240);           // Init ST7789 240x240

  // OR use this initializer (uncomment) if using a 1.69" 280x240 TFT:
  //tft.init(240, 280);           // Init ST7789 280x240

  // OR use this initializer (uncomment) if using a 2.0" 320x240 TFT:
  tft.init(240, 320);           // Init ST7789 320x240

  // OR use this initializer (uncomment) if using a 1.14" 240x135 TFT:
  //tft.init(135, 240);           // Init ST7789 240x135
  
  // OR use this initializer (uncomment) if using a 1.47" 172x320 TFT:
  //tft.init(172, 320);           // Init ST7789 172x320

  // OR use this initializer (uncomment) if using a 1.9" 170x320 TFT:
  //tft.init(170, 320);           // Init ST7789 170x320

Display GMT020-02 com a biblioteca TFT_eSPI

Se quiseres usar a TFT_eSPI library em vez da Adafruit-ST7735 Library também é possível. Aqui está o ficheiro tft_setup.h com a configuração necessária (novamente para um WEMOS Lolin32 lite):

#define ST7789_DRIVER
   
#define TFT_WIDTH  240
#define TFT_HEIGHT 320
#define TFT_RGB_ORDER TFT_BGR

// WEMOS Lolin32 lite
#define TFT_CS    5   
#define TFT_RST   17  
#define TFT_DC    16  
#define TFT_MOSI  23  // SDA // HW MOSI
#define TFT_SCLK  18  // SCL // HW SCLK
// #define TFT_MISO 19  // not used

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

#define SPI_FREQUENCY  40000000
#define SPI_READ_FREQUENCY  20000000

e aqui está um exemplo de código que, como antes, imprime o texto “Makerguides” no display:

#include "tft_setup.h"
#include"TFT_eSPI.h"

TFT_eSPI tft = TFT_eSPI();

void setup(void) {
  tft.init();
  tft.fillScreen(TFT_BLACK);  
  tft.setRotation(1);

  tft.setCursor(100, 100, 2);  
  tft.setTextColor(TFT_WHITE, TFT_BLACK);
  tft.setTextSize(2);
  tft.println("Makerguides");
}

void loop() { }

Lembra-te que o ficheiro tft_setup.h deve fazer parte da pasta do projeto. Se precisares de mais detalhes, dá uma vista de olhos no tutorial How to configure TFT_eSPI Library for TFT display.