LCD Touch Display (3.2″) am Raspberry Pi

Früher oder später überlegen sich die meisten Bastler einen Touchscreen anzuschaffen. Kleinere Touchscreens gibt es bereits ab 10-20€, die Vorteile sind (besonders was eine GUI für z.B. die Hausautomation angeht) aber groß und der Aufwand relativ gering, wie ich zeigen werde.

Ich benutze als Beispiel einen 3.2 Touchscreen von Sainsmart, allerdings kann auch jeder andere unterstützte Touchscreen genommen werden.

Zubehör

• SainSmart 3.2 TFT LCD Display
• 2x 74HC4094
• 1x 74HC04 (Hex Inverter)
• 74HC4040
• Jumper Kabel
• Breadboard

Wer, wie ich, das ganze zusammen löten möchte und ein aufsetzbares Shield auf den TFT machen möchte, braucht noch eine 2×20 Buchsenleiste, eine  Lochrasterplatte sowie Lötutensilien.

Aufbau

Hier gibt es zum einen jene Pins, die direkt mit dem Pi verbunden werden. Diese sehen wie folgt aus:

Hierbei kannst du D_Penirq an jeden freien GPIO stecken, du musst dies nur später angeben. Ich habe GPI23 genommen.
Die weiteren Pins des Displays müssen über die Bausteine verbunden werden. Manche Pins des Pi’s (wie MOSI, SLCK, …) werden öfters gebraucht, dies sollte beim Verbinden beachtet werden. Die Verbindungen sind folgendermaßen (Links die Pins vom Pi, rechts jene vom Display).

Die Verbindungen von GND der Bauteile sind der Übersichtlichkeit zuschulde nicht eingezeichnet, müssen aber natürlich trotzdem mit GND des Pi’s verbunden werden.
Außerdem sind die Ausgänge nicht alle, wie eingezeichnet, auf der rechten Seite, sondern verteilt. Daher schauen wir uns die verschiedenen Bauteile im Einzelnen an:

74HC4040 (Datenblatt)

74HC4094 (Datenblatt)

74HC04 (Datenblatt)

Dieses Bauteil hat mehrere Inverter. Wir benötigen nur eines davon. Zum Beispiel kannst du Pin 1 (1A) als Eingang nehmen (Ausgang von 74HC4040) und Pin 2 (1Y) als Ausgang zum Pin 5 (WR) des Displays.

Software

Zu allererst muss das System den Platz der ganzen SD Karte einnehmen, falls du das schon gemacht hast, kannst du es überspringen. Falls nicht, geht es mit

sudo raspi-config

Im Menü wählst du „Expand Filesystem“ (erster Punkt) und bestätigst (auch die Frage nach dem Neustart).

Außerdem muss sichergestellt sein, dass SPI aktiviert ist:

sudo nano /etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf

Kommentiere die entsprechende Zeile aus:

#blacklist spi-bcm2708

Nun laden wir die Treiber (was einige Minuten dauern kann) und starten neu:

sudo REPO_URI=https://github.com/notro/rpi-firmware BRANCH=latest rpi-update
sudo reboot

Anschließend

sudo modprobe fbtft_device name=flexfb rotate=1 speed=16000000 gpios=reset:25,dc:24

und

sudo modprobe flexfb debug=3 width=240 height=320 regwidth=16 setaddrwin=2 init=-1,0x00,0x0001,-1,0x03,0xA8A4,-1,0x0C,0x0000,-1,0x0D,0x080C,-1,0x0E,0x2B00,-1,0x1E,0x00B7,-1,0x01,0x2B3F,-1,0x02,0x0600,-1,0x10,0x0000,-1,0x11,0x6068,-1,0x05,0x0000,-1,0x06,0x0000,-1,0x16,0xEF1C,-1,0x17,0x0003,-1,0x07,0x0233,-1,0x0B,0x0000,-1,0x0F,0x0000,-1,0x41,0x0000,-1,0x42,0x0000,-1,0x48,0x0000,-1,0x49,0x013F,-1,0x4A,0x0000,-1,0x4B,0x0000,-1,0x44,0xEF00,-1,0x45,0x0000,-1,0x46,0x013F,-1,0x30,0x0707,-1,0x31,0x0204,-1,0x32,0x0204,-1,0x33,0x0502,-1,0x34,0x0507,-1,0x35,0x0204,-1,0x36,0x0204,-1,0x37,0x0502,-1,0x3A,0x0302,-1,0x3B,0x0302,-1,0x23,0x0000,-1,0x24,0x0000,-1,0x25,0x8000,-1,0x4f,0x0000,-1,0x4e,0x0000,-1,0x22,-3

Dein Display sollte nun schwarz werden. Um nun das Terminal bzw. den Desktop zu starten musst du folgendes eingeben:

Konsole

con2fbmap 1 1

Desktop

FRAMEBUFFER=/dev/fb1 startx

Soweit so gut. Du wirst sehen, dass der Touchscreen allerdings noch nicht funktioniert. Dazu stoppst du ggf. mit STRG+C die Anwendung und gibst ein:

sudo modprobe ads7846_device debug=1 cs=1 speed=2000000 model=7846 swap_xy=1 x_min=300 x_max=3800 y_min=700 y_max=3400 x_plate_ohms=60 pressure_max=255 gpio_pendown=23 keep_vref_on=1

Wobei gpio_pendown=23 die Nummer des GPIOs angibt (oben als GPIOxx bezeichnet).

Wenn du das Display im Querformat benutzt, wird der Touch noch spiegelverkehrt sein, daher müssen wir xinput installieren:

sudo apt-get install xinput

Nun können wir den Desktop erneut starten:

FRAMEBUFFER=/dev/fb1 startx &
DISPLAY=:0 xinput --set-prop 'ADS7846 Touchscreen' 'Evdev Axis Inversion' 1 1

Die zweite Zeile „spiegelt“ die Touch Achsen erneut.

Dauerhaftes starten

Um das Display (mit Touch) automatisch beim Start zu initialisieren, müssen 3 Dateien bearbeitet werden.

1. Die Module beim starten laden lassen.

sudo nano /etc/modules

Ans Ende der Datei kommen folgende Zeilen:

fbtft_device name=flexfb rotate=1 speed=16000000 gpios=reset:25,dc:24
flexfb debug=3 width=240 height=320 regwidth=16 setaddrwin=2 init=-1,0x00,0x0001,-1,0x03,0xA8A4,-1,0x0C,0x0000,-1,0x0D,0x080C,-1,0x0E,0x2B00,-1,0x1E,0x00B7,-1,0x01,0x2B3F,-1,0x02,0x0600,-1,0x10,0x0000,-1,0x11,0x6068,-1,0x05,0x0000,-1,0x06,0x0000,-1,0x16,0xEF1C,-1,0x17,0x0003,-1,0x07,0x0233,-1,0x0B,0x0000,-1,0x0F,0x0000,-1,0x41,0x0000,-1,0x42,0x0000,-1,0x48,0x0000,-1,0x49,0x013F,-1,0x4A,0x0000,-1,0x4B,0x0000,-1,0x44,0xEF00,-1,0x45,0x0000,-1,0x46,0x013F,-1,0x30,0x0707,-1,0x31,0x0204,-1,0x32,0x0204,-1,0x33,0x0502,-1,0x34,0x0507,-1,0x35,0x0204,-1,0x36,0x0204,-1,0x37,0x0502,-1,0x3A,0x0302,-1,0x3B,0x0302,-1,0x23,0x0000,-1,0x24,0x0000,-1,0x25,0x8000,-1,0x4f,0x0000,-1,0x4e,0x0000,-1,0x22,-3
ads7846_device swap_xy=1 debug=1 cs=1 speed=2000000 model=7846 x_min=230 x_max=3900 y_min=200 y_max=3700 x_plate_ohms=80 pressure_max=255 gpio_pendown=23 keep_vref_on=1

Dies sind die selben Befehle wie zuvor verwendet. Hast du also andere GPIOs und/oder Einstellungen, solltest du diese anpassen. Mit STRG+O und STRG+X speichern und beenden.

2. Autologin

sudo nano /etc/inittab

Du musst die obere Zeile suchen (z.B. mit STRG+W) und auskommentieren (mit #). In der nächsten Zeile fügst du die beschriebene Zeile ein.

#1:2345:respawn:/sbin/getty --noclear 38400 tty1
1:2345:respawn:/bin/login -f pi tty1 /dev/tty1 2>&1

3. X starten

sudo nano /etc/rc.local

Nach den Kommentaren fügst du die folgenden Zeilen ein (wieder Befehle von oben; falls geändert auch hier ändern). Das sleep 3 sorgt dafür, dass vor dem kalibrieren X vollständig laden kann.

su -l pi -c "env FRAMEBUFFER=/dev/fb1 startx &"
sleep 3
su -l pi -c "DISPLAY=:0 xinput --set-prop 'ADS7846 Touchscreen' 'Evdev Axis Inversion' 1 1"

Du kannst nun neustarten und wirst merken, dass das Display gleich starten sollte:

sudo reboot

Im zweiten Teil gehe ich noch auf Anpassungen (wie Kalibrierung) ein.

Bei Fragen solltest du einen Blick in das fbtft Wiki werfen oder sie in den Kommentaren stellen.