概要

以前ILI9341_240_320 2.5" LCD で LCDをESP32で制御する例を紹介しました。今回はRaspberry PIで制御してみたいと思います。 ”LCDへの表示”　”タッチセンサ使用”　の順に説明して行います。目標は "自作製品のちょっとしたユーザインターフェイスとして使用する" です。

回路の作成

Raspberry PIのヘッダーピンとLCDのピンを上図の様に接続します。
LCDとタッチセンサの制御はSPIで行います。チップセレクトは別に、制御線は共通にしています。

OSのインストールと前準備

"Paspberry PI Zero W" に "Legacy 32bit light(Bookworm no Desktop)"をRaspberry PI Imagerでセットアップしています。OSインストール後下記の前準備を行います。

アップデートとアップグレイド
- sudo apt update
- sudo apt full-upgrade -y
SPI通信の有効化
- raspi-config で「Interface Options」で SPI を有効にする。
Pi.GPIO: Raspberry PiのGPIOピン制御。spidev: SPI通信制御。 Pillow (PIL): 画像処理・描画のインストール
- sudo apt install python3-rpi.gpio python3-spidev python3-pil
注：今回使用したRas PI Zero固有の問題と思いますがspi.open(0, 1)が正常に通信出来ませんでした。
- CS2（GPIO8）の不具合が原因でした。そこで、CS2をGPIO8からGPIO22に変更しています。
- "/boot/firmware/config.txt" の一番下（ "[all]"の下）に項目の下記を追加。
  - "dtoverlay=spi0-2cs,cs0_pin=8,cs1_pin=22"

LDCへの表示

確認コード

LCDの画面全体を "赤”　”緑”　”青”　に塗り潰すコードです。

lcd_test.py python

import time
import RPi.GPIO as GPIO
import spidev

# ==========================================
# ピン配置設定 (BCM番号)
# ==========================================
LED_PIN = 23
DC_PIN = 24     # Data/Command 切替ピン
RST_PIN = 25    # リセットピン
CS_PIN = 8      # 液晶用CSピン 

# 画面サイズ
WIDTH = 240
HEIGHT = 320

# RPi.GPIOの設定
GPIO.setwarnings(False)
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(DC_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.setup(RST_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.setup(CS_PIN, GPIO.OUT)

GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.output(LED_PIN, GPIO.HIGH)

# SPIの初期化 (Bus 0, Device 0)
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)
spi.max_speed_hz = 16000000  # 16MHz 
spi.mode = 0


def send_command(cmd):
  GPIO.output(DC_PIN, GPIO.LOW)  # DC=0: コマンド
  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.LOW)
  spi.writebytes([cmd])
  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.HIGH)


def send_data(data):
  GPIO.output(DC_PIN, GPIO.HIGH)  # DC=1: データ
  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.LOW)
  if isinstance(data, list):
    spi.writebytes(data)
  else:
    spi.writebytes([data])
  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.HIGH)


def reset_display():
  GPIO.output(RST_PIN, GPIO.HIGH)
  time.sleep(0.05)
  GPIO.output(RST_PIN, GPIO.LOW)
  time.sleep(0.05)
  GPIO.output(RST_PIN, GPIO.HIGH)
  time.sleep(0.15)


def init_ili9341():
  print("ILI9341を初期化中...")
  reset_display()

  # ILI9341の標準的な初期化シーケンス
  send_command(0xEF)
  send_data([0x03, 0x80, 0x02])
  send_command(0xCF)
  send_data([0x00, 0xC1, 0x30])
  send_command(0xED)
  send_data([0x64, 0x03, 0x12, 0x81])
  send_command(0xE8)
  send_data([0x85, 0x00, 0x78])
  send_command(0xCB)
  send_data([0x39, 0x2C, 0x00, 0x34, 0x02])
  send_command(0xF7)
  send_data([0x20])
  send_command(0xEA)
  send_data([0x00, 0x00])
  send_command(0xC0)  
  send_data([0x23])
  send_command(0xC1)  
  send_data([0x10])
  send_command(0xC5)  
  send_data([0x3E, 0x28])
  send_command(0xC7)  
  send_data([0x86])

  send_command(0x36)  # Memory Access Control (向き設定)
  send_data([0x48])   # 横向き

  send_command(0x3A)  # Pixel Format Set
  send_data([0x55])   # 16bit / pixel (RGB565)

  send_command(0x11)  # Sleep Out
  time.sleep(0.12)

  send_command(0x29)  # Display ON
  time.sleep(0.05)

  print("初期化完了")


def set_window(x0, y0, x1, y1):
  send_command(0x2A)
  send_data([x0 >> 8, x0 & 0xFF, x1 >> 8, x1 & 0xFF])
  send_command(0x2B)
  send_data([y0 >> 8, y0 & 0xFF, y1 >> 8, y1 & 0xFF])
  send_command(0x2C)


def fill_color(color_high, color_low):
  """ 画面全体を指定したRGB565の色で塗りつぶす """
  set_window(0, 0, WIDTH - 1, HEIGHT - 1)

  GPIO.output(DC_PIN, GPIO.HIGH)
  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.LOW)

  # spidevの制限（4096バイト）を回避するためブロックごとに分割送信
  block_pixels = 512
  color_data = [color_high, color_low] * block_pixels

  total_pixels = WIDTH * HEIGHT
  sent_pixels = 0

  while sent_pixels < total_pixels:
    chunk = min(block_pixels, total_pixels - sent_pixels)
    if chunk == block_pixels:
      spi.writebytes(color_data)
    else:
      spi.writebytes([color_high, color_low] * chunk)
    sent_pixels += chunk

  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.HIGH)


def main():
  try:
    init_ili9341()

    print("赤色で塗りつぶします")
    fill_color(0xF8, 0x00)  # 赤 (Red: 0xF800)
    time.sleep(2)

    print("緑色で塗りつぶします")
    fill_color(0x07, 0xE0)  # 緑 (Green: 0x07E0)
    time.sleep(2)

    print("青色で塗りつぶします")
    fill_color(0x00, 0x1F)  # 青 (Blue: 0x001F)
    time.sleep(2)

  except KeyboardInterrupt:
    print("\n終了します")
  finally:
    spi.close()
    GPIO.cleanup()


if __name__ == "__main__":
  main()


                                        

8~11行：制御用ピンの定義
25行：バックライトオン。画面が光ります。
28~31行：SPIの設定。
- MAX速度は24MHz位。余裕を見て16MHzに設定
- LCD用には転送速度の速い "spi.open(0, 0)" を使用します。
- モードは ”０”を使用。
34~38行：LCDにコマンドを送信
41~48行：LCDにデータを送信
60行から：LCDの初期化
- 62行：LCDをリセット
- 65行から：ILI9341の標準的な初期化シーケンス
136行から：これがメインプログラム。画面を　赤　緑　青　に塗り潰していいます。

PIL (Python Imaging Library)

描画用のライブラリーとして "PIL" を使います。このライブラリーを使うと点、線、図形、文字などを簡単に描くことが出来ます。使い方は、以下の通り。

ベースとなるLCDの大きさと同じ画像を用意
ImageDraw.Draw() を使って描画オブジェクトを作成
線、図形、文字などを描画するメソッドを実行

出来上がった画像を丸ごとLCDに転送し表示させます。下記は描画のサンプルプログラム

pil_test.py python

import time
import RPi.GPIO as GPIO
import spidev

# ==========================================
# ピン配置設定 (BCM番号)
# ==========================================
LED_PIN = 23
DC_PIN = 24   # Data/Command 切替ピン
RST_PIN = 25  # リセットピン
CS_PIN = 8    # 液晶用CSピン (GPIO 8 = CE0)

# 画面サイズ 
WIDTH = 320
HEIGHT = 240

# RPi.GPIOの設定
GPIO.setwarnings(False)
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(DC_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.setup(RST_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.setup(CS_PIN, GPIO.OUT)

GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.output(LED_PIN, GPIO.HIGH)

# SPIの初期化 (Bus 0, Device 0)
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)
spi.max_speed_hz = 16000000  # 16MHz 
spi.mode = 0


def send_command(cmd):
  GPIO.output(DC_PIN, GPIO.LOW)  # DC=0: コマンド
  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.LOW)
  spi.writebytes([cmd])
  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.HIGH)


def send_data(data):
  GPIO.output(DC_PIN, GPIO.HIGH)  # DC=1: データ
  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.LOW)
  if isinstance(data, list):
    spi.writebytes(data)
  else:
    spi.writebytes([data])
  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.HIGH)


def reset_display():
  GPIO.output(RST_PIN, GPIO.HIGH)
  time.sleep(0.05)
  GPIO.output(RST_PIN, GPIO.LOW)
  time.sleep(0.05)
  GPIO.output(RST_PIN, GPIO.HIGH)
  time.sleep(0.15)


def init_ili9341():
  print("ILI9341を初期化中...")
  reset_display()

  # ILI9341の標準的な初期化シーケンス
  send_command(0xEF)
  send_data([0x03, 0x80, 0x02])
  send_command(0xCF)
  send_data([0x00, 0xC1, 0x30])
  send_command(0xED)
  send_data([0x64, 0x03, 0x12, 0x81])
  send_command(0xE8)
  send_data([0x85, 0x00, 0x78])
  send_command(0xCB)
  send_data([0x39, 0x2C, 0x00, 0x34, 0x02])
  send_command(0xF7)
  send_data([0x20])
  send_command(0xEA)
  send_data([0x00, 0x00])
  send_command(0xC0)  
  send_data([0x23])
  send_command(0xC1)  
  send_data([0x10])
  send_command(0xC5)  
  send_data([0x3E, 0x28])
  send_command(0xC7)  
  send_data([0x86])

  send_command(0x36)  # Memory Access Control (向き設定)
  send_data([0x28])   # 横向き

  send_command(0x3A)  # Pixel Format Set
  send_data([0x55])   # 16bit / pixel (RGB565)

  send_command(0x11)  # Sleep Out
  time.sleep(0.12)

  send_command(0x29)  # Display ON
  time.sleep(0.05)

  print("初期化完了")

def set_window(x0, y0, x1, y1):
  send_command(0x2A)
  send_data([x0 >> 8, x0 & 0xFF, x1 >> 8, x1 & 0xFF])
  send_command(0x2B)
  send_data([y0 >> 8, y0 & 0xFF, y1 >> 8, y1 & 0xFF])
  send_command(0x2C)


def display_image(image):
  """PillowのImageオブジェクトをRGB565に変換してILI9341に転送する"""
  set_window(0, 0, WIDTH - 1, HEIGHT - 1)
  pixels = image.getdata()

  buf = bytearray()
  for r, g, b in pixels:
    color16 = ((r & 0xF8) << 8) | ((g & 0xFC) << 3) | (b >> 3)
    buf.append(color16 >> 8)
    buf.append(color16 & 0xFF)

  GPIO.output(DC_PIN, GPIO.HIGH)
  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.LOW)

  chunk_size = 4096
  for i in range(0, len(buf), chunk_size):
    spi.writebytes(list(buf[i : i + chunk_size]))

  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.HIGH)


from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont

def main():
  # LCDの初期化
  init_ili9341()

  # 1. ベース（幅320 x 高さ240）を作成
  img = Image.new("RGB", (WIDTH, HEIGHT), color="black")

  # 2. 描画オブジェクトを作成
  draw = ImageDraw.Draw(img)

  # 3. 描画の例
  # ① 四角形を描く (左上x, 左上y, 右下x, 右下y)
  draw.rectangle([40, 40, 120, 120], outline="blue", fill="lightblue", width=3)

  # ② 円（楕円）を描く (左上x, 左上y, 右下x, 右下y)
  draw.ellipse([160, 40, 240, 120], outline="red", fill="pink", width=3)

  # ③ 直線を引く (始点x, 始点y, 終点x, 終点y)
  draw.line([40, 170, 280, 170], fill="green", width=5)

  # ④ 文字を書く (x座標, y座標, テキスト, 文字の色)
  draw.text((40, 190), "Hello, Pillow!", fill="white")

  # LCDに画像を転送し表示
  display_image(img)


if __name__ == "__main__":
  main()
                                        

133行以下が描画部分。

135行：LCDの初期化
138行：ベースを作成
141行：オブジェクトを作成
143~154行：描画
157行：画像データをLCDに転送
- 110行：画像データをLCDに転送する関数
- 112行：表示範囲の設定
- 115~119行：色データをLCDのフォーマットに合わせて変換
- それ以降：データの転送

コードを実行するとLCDに下記の画像が表示されます。

LCD制御基本機能とSPIパラメータの微調整

pil_test_1.py python

import time
import RPi.GPIO as GPIO
import spidev

# ==========================================
# ピン配置設定 (BCM番号)
# ==========================================
LED_PIN = 23
DC_PIN = 24   # Data/Command 切替ピン
RST_PIN = 25  # リセットピン
CS_PIN = 8    # 液晶用CSピン (GPIO 8 = CE0)

# 画面サイズ
WIDTH = 320
HEIGHT = 240

# RPi.GPIOの設定
GPIO.setwarnings(False)
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(DC_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.setup(RST_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.setup(CS_PIN, GPIO.OUT)

GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.output(LED_PIN, GPIO.HIGH)

# SPIの初期化 (Bus 0, Device 0)
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)
spi.max_speed_hz = 24000000  # 24MHz 
spi.mode = 0


def send_command(cmd):
  GPIO.output(DC_PIN, GPIO.LOW)  # DC=0: コマンド
  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.LOW)
  spi.writebytes([cmd])
  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.HIGH)


def send_data(data):
  GPIO.output(DC_PIN, GPIO.HIGH)  # DC=1: データ
  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.LOW)
  
  if not isinstance(data, list):
    data = [data]

  # spidevの制限（4096バイト）を回避するため、4096件ずつ分割して送信する
  chunk_size = 4096
  for i in range(0, len(data), chunk_size):
    chunk = data[i:i + chunk_size]
    spi.writebytes(chunk)

  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.HIGH)


def reset_display():
  GPIO.output(RST_PIN, GPIO.HIGH)
  time.sleep(0.05)
  GPIO.output(RST_PIN, GPIO.LOW)
  time.sleep(0.05)
  GPIO.output(RST_PIN, GPIO.HIGH)
  time.sleep(0.15)


def set_rotation(rotation):
  """画面の向き（回転・反転）を設定する関数
  0: 縦向き (Portrait)
  1: 横向き (Landscape - 今回の向き)
  2: 縦向き・逆さ (Portrait Reverse)
  3: 横向き・逆さ (Landscape Reverse)
  """
  global WIDTH, HEIGHT
  send_command(0x36)  # Memory Access Control

  if rotation == 0:
    send_data([0x48])
    WIDTH, HEIGHT = 240, 320
  elif rotation == 1:
    send_data([0x28])  # 横向き (MX=0, MY=1, MV=1)
    WIDTH, HEIGHT = 320, 240
  elif rotation == 2:
    send_data([0x88])
    WIDTH, HEIGHT = 240, 320
  elif rotation == 3:
    send_data([0xE8])  # 横向き・逆さ
    WIDTH, HEIGHT = 320, 240


def init_ili9341():
  print("ILI9341を初期化中...")
  reset_display()

  # ILI9341の標準的な初期化シーケンス
  send_command(0xEF)
  send_data([0x03, 0x80, 0x02])
  send_command(0xCF)
  send_data([0x00, 0xC1, 0x30])
  send_command(0xED)
  send_data([0x64, 0x03, 0x12, 0x81])
  send_command(0xE8)
  send_data([0x85, 0x00, 0x78])
  send_command(0xCB)
  send_data([0x39, 0x2C, 0x00, 0x34, 0x02])
  send_command(0xF7)
  send_data([0x20])
  send_command(0xEA)
  send_data([0x00, 0x00])
  send_command(0xC0)  
  send_data([0x23])
  send_command(0xC1)  
  send_data([0x10])
  send_command(0xC5)  
  send_data([0x3E, 0x28])
  send_command(0xC7)  
  send_data([0x86])

  send_command(0x36)  # Memory Access Control (向き設定)
  send_data([0x28])   # 横向き

  send_command(0x3A)  # Pixel Format Set
  send_data([0x55])   # 16bit / pixel (RGB565)

  send_command(0x11)  # Sleep Out
  time.sleep(0.12)

  send_command(0x29)  # Display ON
  time.sleep(0.05)

  print("初期化完了")


def back_light(sw):
  GPIO.output(LED_PIN, sw)


def write_data(pixel_data):
  if isinstance(pixel_data, (bytes, bytearray)):
    pixel_data = list(pixel_data)
    
  send_data(pixel_data)


def set_window(x0, y0, x1, y1):
  send_command(0x2A)
  send_data([x0 >> 8, x0 & 0xFF, x1 >> 8, x1 & 0xFF])
  send_command(0x2B)
  send_data([y0 >> 8, y0 & 0xFF, y1 >> 8, y1 & 0xFF])
  send_command(0x2C)


def display_image(image):
  """PillowのImageオブジェクトをRGB565に変換してILI9341に転送する"""
  set_window(0, 0, WIDTH - 1, HEIGHT - 1)
  pixels = image.getdata()

  buf = bytearray()
  for r, g, b in pixels:
    color16 = ((r & 0xF8) << 8) | ((g & 0xFC) << 3) | (b >> 3)
    buf.append(color16 >> 8)
    buf.append(color16 & 0xFF)

  GPIO.output(DC_PIN, GPIO.HIGH)
  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.LOW)

  chunk_size = 4096
  for i in range(0, len(buf), chunk_size):
    spi.writebytes(list(buf[i : i + chunk_size]))

  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.HIGH)


from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont

def main():
  init_ili9341()
  set_rotation(0)
  img = Image.new("RGB", (WIDTH, HEIGHT), color="black")
  draw = ImageDraw.Draw(img)
  draw.rectangle([40, 40, 120, 120], outline="blue", fill="lightblue", width=3)
  draw.ellipse([160, 40, 240, 120], outline="red", fill="pink", width=3)
  draw.line([40, 170, 280, 170], fill="green", width=5)
  draw.text((40, 190), "Hello, Pillow!", fill="white")

  small_box = (250, 60, 290, 100)
  draw.ellipse(small_box, outline="black", fill="red", width=2)

  # LCDに画像を転送し表示
  display_image(img)

  # 1秒ごとに小さい丸の色を赤・青に切り替えて部分更新するループ
  print("小さい丸の色を点滅させます（Ctrl+Cで終了）")
  try:
    while True:
      for color_name in ["red", "blue"]:
        # 小さい丸の部分だけを描画する小さなPillow画像（幅40, 高さ40）を作成
        box_width = small_box[2] - small_box[0]
        box_height = small_box[3] - small_box[1]
        sub_img = Image.new("RGB", (box_width, box_height), color="black")
        sub_draw = ImageDraw.Draw(sub_img)
        sub_draw.ellipse([0, 0, box_width - 1, box_height - 1], outline=color_name, fill=color_name)

        # ピクセルデータをRGB565のバイト列に変換
        buf = bytearray()
        for r, g, b in sub_img.getdata():
          color16 = ((r & 0xF8) << 8) | ((g & 0xFC) << 3) | (b >> 3)
          buf.append(color16 >> 8)
          buf.append(color16 & 0xFF)

        # 書き換える領域のウィンドウを指定 (ILI9341の座標系に合わせる)
        set_window(small_box[0], small_box[1], small_box[2] - 1, small_box[3] - 1)

        # 指定の write_data 関数を使って部分送信
        write_data(buf)

        time.sleep(1.0)

  except KeyboardInterrupt:
    print("終了します")
  finally:
    GPIO.cleanup()


if __name__ == "__main__":
  main()
                                      

LCD制御基本機能リスト

関数	行	説明
WIDTH = 320, HEIGHT = 240	14,15	解像度の設定
send_command(cmd)	34	コマンドの送信
send_data(data)	41	データの送信
reset_display()	57	リセット
set_rotation(rotation)	66	画面の向き（回転・反転）を設定
init_ili9341()	90	初期化
back_light(sw)	133	バックライトのオンオフ
write_data(pixel_data)	137	部分画面更新
set_window(x0, y0, x1, y1)	144	更新範囲指定
display_image(image)	152	全画面更新

SPIの速度も24MHzに上げて見ました。
- 30行：spi.max_speed_hz = 24000000
175行：部分更新のサンプルプログラム。
- 189行以前：初期描画を全画で作成しLCDに転送し表示。
- 193行以降：丸の色を変えています。
  - 199~201行：40x40の領域を確保しそこに直径４０の小丸を描画。
  - 211,214行：更新部分を指定し、その部分のみ更新。
- 小丸の色が一秒間隔で変わります。
- 部分変更なので色が変わる時間はかなり短い。これくらいなら許容範囲内です。

PIL sample result with partial modification

Pillow 描画関数

Pillow 描画関数（一部）を下記にまとめます

240×320サイズ、背景色黒（RGB: 0,0,0）の画像を作成
- image = Image.new("RGB", (240, 320), color=(0, 0, 0))
点（ピクセル）を描画する

draw.point([(100, 100)], fill="green")

直線を描画する
- draw.line([(0, 0), (200, 200)], fill="yellow", width=2)
四角形を描画・塗りつぶす
- draw.rectangle(xy, fill=None, outline=None, width=1)
  - xy: 四角形の範囲を指定。[(左上X, 左上Y), (右下X, 右下Y)] タプルのリスト（またはタプル）
  - fill: 内部の塗りつぶし色を指定します（RGBタプルや色名など）。
  - outline: 枠線の色を指定します。
  - width: 枠線の太さを指定します（デフォルトは1）
指定した外接する長方形の範囲内に、円または楕円を描画
- draw.ellipse([(50, 50), (100, 100)], fill=(255, 0, 0))
複数点を結んだ多角形を描画する
- draw.polygon([(50, 10), (10, 90), (90, 90)], fill="purple")
フォントの指定（システムにあるフォントファイルパスを指定）
- font = ImageFont.truetype("/usr/share/fonts/truetype/fonts-japanese-gothic.ttf", 18)
文字を描画 (X座標, Y座標, 文字列, 色, フォント)
- draw.text((20, 20), "こんにちは", fill=(255, 255, 255), font=font)
画像をファイルとして保存する場合
- image.save("output.png")
ピクセルデータのリストを取得する場合（LCD転送用）
- pixels = image.getdata()
画像ファイルの表示
- 画像ファイルを読み込む
  - image_path = "sample.jpg"
  - image = Image.open(image_path)
- リサイズ（必要に応じて）
  - image = image.resize((WIDTH, HEIGHT))
- 画像に追加描画する場合(四角を追加)
  - draw = ImageDraw.Draw(image)
  - box_coords = [50, 50, 270, 190]
  - draw.rectangle(box_coords, outline="red", width=3)
- LCDに書き込み
  - display_image(image):

タッチセンサ

確認コード

画面にタッチした位置に対応したX,Yの値が表示されればOKです。

touch.py python

import spidev
import RPi.GPIO as GPIO

# タッチ用として SPI0 のデバイス1を開く
spi_touch = spidev.SpiDev()
spi_touch.open(0, 1)
spi_touch.max_speed_hz = 2000000  # タッチパネル用の速度（約2MHz）
spi_touch.mode = 0

INT_PIN = 27  # タッチセンサ割り込みピン

# タッチセンサ割り込みピンを入力に設定
GPIO.setwarnings(False)
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(INT_PIN, GPIO.IN)

def read_touch():
  if GPIO.input(INT_PIN) == GPIO.HIGH:
    return 0, 0
  
  # Y座標の取得
  resp_y = spi_touch.xfer2([0xD0, 0x00, 0x00])
  raw_y = ((resp_y[1] << 8) | resp_y[2]) >> 3

  # X座標の取得
  resp_x = spi_touch.xfer2([0x90, 0x00, 0x00])
  raw_x = ((resp_x[1] << 8) | resp_x[2]) >> 3

  return raw_x, raw_y


# テスト用ループ
if __name__ == "__main__":
  print("タッチセンサー読み取り開始...")
  try:
    while True:
      x, y = read_touch()
      # 値が取れているか確認
      if x > 0 and  y > 0:
        print(f"X: {x}, Y: {y}")
      import time

      time.sleep(0.05)
  except KeyboardInterrupt:
    spi_touch.close()
    print("終了しました")
                                        

5~8行：タッチセンサー用SPIの設定
- タッチセンサー用SPIとして "spi_touch.open(0, 1)" を使用
- 転送速度は "2MHz"。速度を上げると正しく動きません。
- モードは "0"
15行：タッチセンサ割り込みポートを入力に設定
17行：画面にタッチした座標を返すコード
- spi_touch.xfer2()は画面にタッチしていなくても何かしらの値が帰って来ます。
- 割り込みピンの状態を確認して下記の様に対応しています。
  - 有効（Low）：座標の読み込み。
  - 無効（High）：無効（０，０）を返す
34行以降：メインプログラム。
- LCDの画面にタッチするとモニタに座標が表示されます。
- これはRAWデータで実際の使用にはキャリブレーションが必要です。

キャリブレーション

先ずは下記のコードを実行して下さい。

touch_1.py python

import time
import RPi.GPIO as GPIO
import spidev
from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont

# ==========================================
# ピン配置設定 (BCM番号)
# ==========================================
LED_PIN = 23  # バックライト制御ピン
DC_PIN = 24   # Data/Command 切替ピン
RST_PIN = 25  # リセットピン
CS_PIN = 8    # 液晶用CSピン 
INT_PIN = 27  # タッチセンサ割り込みピン

# 画面サイズ
WIDTH = 320
HEIGHT = 240

# ==========================================
# ★ 先ほど取得した4点の実測値
# ==========================================
TL_X, TL_Y = 200, 300     # 左上
TR_X, TR_Y = 3690, 300    # 右上
BR_X, BR_Y = 3690, 3820   # 右下
BL_X, BL_Y = 200, 3820    # 左下

# RPi.GPIOの設定
GPIO.setwarnings(False)
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(DC_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.setup(RST_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.setup(CS_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.setup(INT_PIN, GPIO.IN)

GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.output(LED_PIN, GPIO.HIGH)

# SPI初期化 LCD
spi_lcd = spidev.SpiDev()
spi_lcd.open(0, 0)
spi_lcd.max_speed_hz = 24000000   # 24MHz
spi_lcd.mode = 0

# SPI初期化 Touch panel
spi_touch = spidev.SpiDev()
spi_touch.open(0, 1)
spi_touch.max_speed_hz = 2000000  # 2MHz
spi_touch.mode = 0


def send_command(cmd):
  GPIO.output(DC_PIN, GPIO.LOW)  # DC=0: コマンド
  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.LOW)
  spi_lcd.writebytes([cmd])
  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.HIGH)


def send_data(data):
  GPIO.output(DC_PIN, GPIO.HIGH)  # DC=1: データ
  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.LOW)
  
  if not isinstance(data, list):
    data = [data]

  # spidevの制限（4096バイト）を回避するため、4096件ずつ分割して送信する
  chunk_size = 4096
  for i in range(0, len(data), chunk_size):
    chunk = data[i:i + chunk_size]
    spi_lcd.writebytes(chunk)

  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.HIGH)


def reset_display():
  GPIO.output(RST_PIN, GPIO.HIGH)
  time.sleep(0.05)
  GPIO.output(RST_PIN, GPIO.LOW)
  time.sleep(0.05)
  GPIO.output(RST_PIN, GPIO.HIGH)
  time.sleep(0.15)


def set_rotation(rotation):
  """画面の向き（回転・反転）を設定する関数
  0: 縦向き (Portrait)
  1: 横向き (Landscape - 今回の向き)
  2: 縦向き・逆さ (Portrait Reverse)
  3: 横向き・逆さ (Landscape Reverse)
  """
  global WIDTH, HEIGHT
  send_command(0x36)  # Memory Access Control

  if rotation == 0:
    send_data([0x48])
    WIDTH, HEIGHT = 240, 320
  elif rotation == 1:
    send_data([0x28])  # 横向き (MX=0, MY=1, MV=1)
    WIDTH, HEIGHT = 320, 240
  elif rotation == 2:
    send_data([0x88])
    WIDTH, HEIGHT = 240, 320
  elif rotation == 3:
    send_data([0xE8])  # 横向き・逆さ
    WIDTH, HEIGHT = 320, 240


def init_ili9341():
  print("ILI9341を初期化中...")
  reset_display()

  # ILI9341の標準的な初期化シーケンス
  send_command(0xEF)
  send_data([0x03, 0x80, 0x02])
  send_command(0xCF)
  send_data([0x00, 0xC1, 0x30])
  send_command(0xED)
  send_data([0x64, 0x03, 0x12, 0x81])
  send_command(0xE8)
  send_data([0x85, 0x00, 0x78])
  send_command(0xCB)
  send_data([0x39, 0x2C, 0x00, 0x34, 0x02])
  send_command(0xF7)
  send_data([0x20])
  send_command(0xEA)
  send_data([0x00, 0x00])
  send_command(0xC0)  
  send_data([0x23])
  send_command(0xC1)  
  send_data([0x10])
  send_command(0xC5)  
  send_data([0x3E, 0x28])
  send_command(0xC7)  
  send_data([0x86])

  send_command(0x36)  # Memory Access Control (向き設定)
  send_data([0x28])   # 横向き

  send_command(0x3A)  # Pixel Format Set
  send_data([0x55])   # 16bit / pixel (RGB565)

  send_command(0x11)  # Sleep Out
  time.sleep(0.12)

  send_command(0x29)  # Display ON
  time.sleep(0.05)

  print("初期化完了")


def back_light(sw):
  GPIO.output(LED_PIN, sw)


def write_data(pixel_data):
  if isinstance(pixel_data, (bytes, bytearray)):
    pixel_data = list(pixel_data)
    
  send_data(pixel_data)


def set_window(x0, y0, x1, y1):
  send_command(0x2A)
  send_data([x0 >> 8, x0 & 0xFF, x1 >> 8, x1 & 0xFF])
  send_command(0x2B)
  send_data([y0 >> 8, y0 & 0xFF, y1 >> 8, y1 & 0xFF])
  send_command(0x2C)


def display_image(image):
  """PillowのImageオブジェクトをRGB565に変換してILI9341に転送する"""
  set_window(0, 0, WIDTH - 1, HEIGHT - 1)
  pixels = image.getdata()

  buf = bytearray()
  for r, g, b in pixels:
    color16 = ((r & 0xF8) << 8) | ((g & 0xFC) << 3) | (b >> 3)
    buf.append(color16 >> 8)
    buf.append(color16 & 0xFF)

  GPIO.output(DC_PIN, GPIO.HIGH)
  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.LOW)

  chunk_size = 4096
  for i in range(0, len(buf), chunk_size):
    spi_lcd.writebytes(list(buf[i : i + chunk_size]))

  GPIO.output(CS_PIN, GPIO.HIGH)


def read_touch_raw():
  if GPIO.input(INT_PIN) == GPIO.HIGH:
    return 0, 0
  
  try:
    resp_y = spi_touch.xfer2([0xD0, 0x00, 0x00])
    raw_y = ((resp_y[1] << 8) | resp_y[2]) >> 3
    resp_x = spi_touch.xfer2([0x90, 0x00, 0x00])
    raw_x = ((resp_x[1] << 8) | resp_x[2]) >> 3
    return raw_x, raw_y
  except Exception:
    return 0, 0


def measure_point(target_name, box_coords):
  print(f"\n--- 【 {target_name} 】 の赤い四角をタッチして押し続けてください ---")
  image = Image.new("RGB", (WIDTH, HEIGHT), "black")
  draw = ImageDraw.Draw(image)
  draw.rectangle(box_coords, fill="red")
  draw.text((10, 10), f"Tap: {target_name}", fill="white")
  display_image(image)

  samples_x = []
  samples_y = []

  while True:
    rx, ry = read_touch_raw()
    if rx > 0 and ry > 0:
      samples_x.append(rx)
      samples_y.append(ry)
      print(f"計測中... RAW X:{rx}, Y:{ry}")
      if len(samples_x) >= 20:
        break
    time.sleep(0.05)

  avg_x = sum(samples_x) // len(samples_x)
  avg_y = sum(samples_y) // len(samples_y)
  print(f"-> 【{target_name}】 決定！ X:{avg_x}, Y:{avg_y}")
  time.sleep(1)
  return avg_x, avg_y


def calibration():
  print("4点キャリブレーションを開始します")

  try:
    # 1. 左上
    tl_x, tl_y = measure_point("Top-Left", [10, 10, 50, 50])
    # 2. 右上
    tr_x, tr_y = measure_point("Top-Right", [WIDTH - 50, 10, WIDTH - 10, 50])
    # 3. 右下
    br_x, br_y = measure_point(
        "Bottom-Right", [WIDTH - 50, HEIGHT - 50, WIDTH - 10, HEIGHT - 10]
    )
    # 4. 左下
    bl_x, bl_y = measure_point("Bottom-Left", [10, HEIGHT - 50, 50, HEIGHT - 10])

    print("\n================================")
    print(" 4点キャリブレーション測定結果 ")
    print("================================")
    print(f"TL (左上) -> X:{tl_x}, Y:{tl_y}")
    print(f"TR (右上) -> X:{tr_x}, Y:{tr_y}")
    print(f"BR (右下) -> X:{br_x}, Y:{br_y}")
    print(f"BL (左下) -> X:{bl_x}, Y:{bl_y}")
    print("================================")

    image = Image.new("RGB", (WIDTH, HEIGHT), "black")
    draw = ImageDraw.Draw(image)
    draw.text(
        (30, 140), "Measurement Finished!", fill="green"
    )
    display_image(image)
    time.sleep(5)

  except KeyboardInterrupt:
    print("\n終了します")
  finally:
    spi_lcd.close()
    spi_touch.close()
    GPIO.cleanup()


def map_coordinate(raw_x, raw_y):
  # 4隅の最小・最大値から範囲を割り出す
  min_x = min(TL_X, BL_X)
  max_x = max(TR_X, BR_X)
  min_y = min(TR_Y, BR_Y)
  max_y = max(TL_Y, BL_Y)

  # 0.0 〜 1.0 に正規化
  fx = (raw_x - min_x) / (max_x - min_x) if (max_x - min_x) != 0 else 0
  fy = (raw_y - min_y) / (max_y - min_y) if (max_y - min_y) != 0 else 0

  # 座標変換
  x = int(fx * WIDTH)
  y = int(fy * HEIGHT)

  # 画面内に収める
  x = max(0, min(x, WIDTH - 1))
  y = max(0, min(y, HEIGHT - 1))
  return x, y


def touch_location():
  raw_x, raw_y = read_touch_raw()
  if raw_x > 0 and raw_y > 0:
    px, py = map_coordinate(raw_x, raw_y)
  else:
    px = py = -1

  return px,py


def main():
  init_ili9341()
  set_rotation(1)

  calibration()

  """
  print("\nタッチ座標の読み取りを開始します（終了するには Ctrl+C を押してください）")
  image = Image.new("RGB", (WIDTH, HEIGHT), color=(255, 255, 255))
  draw = ImageDraw.Draw(image)
  display_image(image) 

  try:
    while True:
      px, py = touch_location()
      # 有効な座標（0以上）が取れている場合のみ表示
      if px > -1 and py > -1:
        print(f"画面座標 -> X:{px}, Y:{py}")
      time.sleep(0.05)

  except KeyboardInterrupt:
    print("\n終了します")
  finally:
    spi_lcd.close()
    spi_touch.close()
    GPIO.cleanup()
  """  
  
if __name__ == "__main__":
  main()
                                        

コードを実行すると下記の様になります。
- 先ず、LCDの１の位置にのみ赤い四角が表示されます。
- 四角のコーナ（矢印が指している角）にタッチします。
- 測定が開始されしばらくすると "完了" と表示されます。ここで一度画面からペンを外して下さい
- 次にLCDの２の位置に赤い四角が表示されます。１と同じ操作を行います。
- 2,3,4と操作を行うとモニタに測定結果が表示されます（上記右）。
これら測定結果をコードの22~25行に代入。
307行をコメント。309,329行のコメントを外してコードを実行します。
タッチパネルにタッチするとモニタに補正されたX,Y座標が下記の様に表示されます。
位置が若干ずれる（X,Yの値が正しく無い）場合、22~25行の値を直接いじって調整して下さい。
コードのデフォルト値は今回の調整後の値です。参考にして下さい。
293行の "def touch_location():" がタッチした座標を返す関数です。
- 関数を実行した時にパネルに
  - タッチしている：　その位置の座標を返す。X:0~319 y:0~239
  - タッチしていない：x = y = -1 を返す。

最後に

LCDへの書き込みとタッチセンサの読み取りが出来る様になりました。タッチ座標の取得は割り込み処理を行うのが正しい対応と思いますが、この方法でも十分機能します。自作機器の表示器とユーザインターフェイスとして使用したいと思います。

P.S.: "LCDを使ってStandalone Playerを作る"でこのLCDを使った製品を製作しています。