Conectar una pantalla TFT pequeña a un ESP32 parece, sobre el papel, una tarea sencilla: cuatro cables SPI, una librería y listo. La realidad, como suele pasar en electrónica, es bastante distinta. En este artículo quiero contar el proceso completo, incluyendo los errores, las dudas y la solución final estable, porque estoy seguro de que le ahorrará tiempo a más de uno.
La pantalla en cuestión es una TFT IPS de 0,96 pulgadas, resolución 80×160, (exactamente este modelo https://amzn.to/4p0DjKF ) basada en el controlador ST7735S, muy similar (y compatible) con la conocida Adafruit Mini TFT 0.96″ 160×80. El microcontrolador es un ESP32 DevKit con módulo ESP-WROOM-32.
1. El hardware de partida
El montaje inicial estaba compuesto por:
ESP32 DevKit (ESP-WROOM-32)–> comprado en Amazon por unos 11.99€
Pantalla TFT IPS 0,96” 80×160 SPI (ST7735S)–>comprada en Amazon por unos 6.99€
Comunicación SPI
Alimentación desde el propio ESP32
Un punto importante: aunque el módulo TFT permite alimentación a 5 V porque incorpora un regulador en la propia placa, finalmente decidí alimentarlo a 3,3 V directamente desde el ESP32. Es más limpio, más seguro y suficiente para un funcionamiento correcto.
2. Primer obstáculo: el ESP32 no programaba
Antes incluso de ver algo en pantalla, apareció el primer problema serio:el ESP32 no se dejaba programar. El Arduino IDE devolvía errores del tipo:
Failed to connect / no serial data received / exit status 2
En Windows, el chip CP2102 aparecía con el clásico triángulo amarillo en el Administrador de dispositivos. La solución fue sencilla, pero nada obvia para quien empieza con un PC sin todo bien configurado:
Instalar el driver oficial CP210x USB-to-UART de Silicon Labs
Seleccionar el puerto COM correcto en el Arduino IDE
Bajar la velocidad de carga a 115200 baudios
Desconectar cualquier periférico hasta conseguir un programa mínimo estable (un Blink)
Una vez superado esto, el ESP32 empezó a comportarse como debía.
3. Pantalla encendida… pero en negro
El siguiente síntoma fue frustrante: la pantalla encendía la retroiluminación, pero no mostraba absolutamente nada.
El primer intento fue con la popular librería TFT_eSPI, que suele funcionar muy bien con ESP32. Sin embargo, aquí empezaron los problemas:
El archivo User_Setup_Select.h estaba prácticamente todo comentado
No había un controlador ST7735 correctamente definido
Los pines SPI no coincidían con los que estaba usando
Incluso después de configurar explícitamente ST7735 y definir pines personalizados (MOSI, SCLK, CS, DC, RST), ningún ejemplo funcionaba, ni siquiera los más básicos.
4. ¿La habré dañado alimentándola a 5 V?
En ese punto surgió la duda clásica:“¿Habré quemado la pantalla?”
Investigando el modelo exacto, encontré que este tipo de módulos incluye un regulador de tensión, exactamente igual que los de Adafruit, diseñados para:
VCC = 5 V
Lógica SPI a 3,3 V
Conclusión: la probabilidad de daño era baja. El problema no era eléctrico, sino de driver y configuración.
5. El verdadero lío: los buses SPI del ESP32
Aquí estaba una de las claves del problema.
El ESP32 dispone de dos buses SPI por hardware:
VSPI (por defecto):
SCK = GPIO18
MOSI = GPIO23
MISO = GPIO19
HSPI (alternativo):
SCK = GPIO14
MOSI = GPIO13
MISO = GPIO12 / 19 (configurable)
Yo ya tenía un lector de tarjeta SD funcionando en VSPI, y no quería tocarlo. Intentar colgar la TFT del mismo bus solo complicaba la configuración.
La solución fue clara: 👉 dedicar HSPI exclusivamente a la pantalla TFT.
6. Cambio de estrategia: librerías de Adafruit
La pista definitiva llegó revisando una reseña del propio módulo TFT, donde alguien lo hacía funcionar como si fuera una Adafruit Mini TFT 0.96″ 160×80.
Eso implicaba dos cosas importantes:
Usar las librerías:
Adafruit_GFX
Adafruit_ST7735
Inicializar la pantalla con: tft.initR(INITR_MINI160x80);
Este detalle es crítico: no todas las pantallas ST7735 se inicializan igual.
Tras instalar ambas librerías desde el gestor del Arduino IDE, todo empezó a encajar.
7. Conexión definitiva de la pantalla al ESP32
Separando claramente los buses SPI, el esquema final quedó así:
SPI
VSPI → Tarjeta SD
HSPI → Pantalla TFT
Conexiones TFT → ESP32
GND → GND
VCC → 3V3
SCL (SCK) → GPIO14
SDA (MOSI) → GPIO13
CS → GPIO26
DC → GPIO27
RES → GPIO12
BLK → 3V3 (retroiluminación permanente)
De este modo, una TFT y un futuro lector/grabador de SD pueden funcionar simultáneamente sin interferencias.
8. Código final que funciona (por fin)
Una prueba basica una vez instaladas desde el propio IDE de Arduino las librerías de Adafruit (Adafruit_GFX.h y Adafruit_ST7735) es el siguiente código funcional:
!Funciona !, ya se ven colores al prinicpio a pantalla completa y al final de la secuencia un texto, pero como inconveniente del código anterior es que el texto que se muestra es demasiado pequeño para poderse leer.
Esta claro que el codigo anterior se puede mejorar. Este es el sketch de prueba definitivo, limpio y funcional:
La familia STM32 de microcontroladores de 32 bits basada en el procesador Arm ® Cortex ® -M está diseñada para ofrecer nuevos grados de libertad a los usuarios de MCU. Ofrece productos que combinan un rendimiento muy alto, en tiempo real, procesamiento de señales digitales, operación de baja potencia/bajo voltaje y conectividad, al mismo tiempo que mantiene una integración total y facilidad de desarrollo.
La gama incomparable de microcontroladores STM32, basada en un núcleo estándar de la industria, viene con una amplia variedad de herramientas y software para respaldar el desarrollo de proyectos, lo que hace que esta familia de productos sea ideal tanto para proyectos pequeños como para plataformas de extremo un extremo.
En este cuadro podemos ver un resumen de todas sus varaintes:
Arm® Cortex®-M en pocas palabras
El grupo de núcleos de procesador Arm® Cortex®-M es una serie de núcleos optimizados para la eficiencia energética y el funcionamiento determinista. Se usa ampliamente en microcontroladores (MCU) y también se puede encontrar integrado en microprocesadores multinúcleo (MPU).
Desde el núcleo del microcontrolador Cortex®-M3 inicial y la introducción de variantes de núcleo optimizadas para bajo consumo , como Cortex®-M0 y luego Cortex®-M0+ , rendimiento , con Cortex®-M7 , tiempo real , con Cortex®- M4 o seguridad con el último Cortex®-M33 , la arquitectura Arm® Cortex®-M es la arquitectura estándar de facto para MCU de uso general de 32 bits. También ofrece una alternativa convincente a las arquitecturas MCU de 8 y 16 bits de propósito general.
Las principales ventajas de tener la arquitectura de perfil Arm® Cortex®-M estandarizada en esta familia de núcleos son:
para que los ingenieros transfieran fácilmente su código de una serie de MCU a la otra. Pueden elegir el equilibrio adecuado entre eficiencia energética, rendimiento informático, seguridad y variedad de periféricos para su sistema.
aprovechar un rico ecosistema de proveedores de silicio y de proveedores de herramientas de software y hardware
para acelerar la innovación en aplicaciones integradas
STMicroelectronics es uno de los primeros en adoptar los núcleos Arm® Cortex®-M y lidera el mercado con la cartera más grande de MCU Cortex®-M de 32 bits.
Ofrece a los ingenieros:
la opción de microcontroladores más flexible y escalable del mercado con más de 1000 números de pieza
la experiencia de diseño más integrada con un amplio ecosistema de herramientas y software MCU creado por ST y socios autorizados
10 años de compromiso de longevidad de suministro
Desde su lanzamiento en 2007, STM han vendido más de 6 mil millones de microcontroladores basados en Arm® Cortex®-M STM32 de 32 bits en todo el mundo.
El procesador central Arm® Cortex®-M3 de 32 bits está diseñado para un procesamiento en tiempo real de alto rendimiento en aplicaciones con costos limitados y puede manejar tareas complejas. Cualquier microcontrolador Arm® Cortex®-M3 ofrece alta escalabilidad combinada con un compromiso óptimo entre rendimiento y costo.
Características clave del núcleo Arm® Cortex®-M3
Arquitectura Armv7-M
Interfaz de bus 3x interfaz AMBA AHB-lite (arquitectura de bus de Harvard) Interfaz AMBA ATB para componentes de depuración de CoreSight
Compatibilidad con instrucciones de subconjunto Thumb/Thumb-2
tubería de 3 etapas
Controlador de interrupción vectorial anidado (NVIC)
8 regiones MPU opcionales con subregiones y región de fondo
Instrucciones de procesamiento de campo de bits integradas y bandas de bits a nivel de bus
Interrupción no enmascarable + 1 a 240 interrupciones físicas con 8 a 256 niveles de prioridad
Controlador de interrupción de reactivación
Multiplicación de ciclo único de hardware (32×32), división de hardware (2-12 ciclos), soporte de ajuste saturado
Instrucciones WFI y WFE integradas y capacidad Sleep On Exit. Señal de sueño y sueño profundo, modo de retención opcional con kit de administración de energía del brazo
Puertos opcionales JTAG y Serial Wire Debug. Hasta 8 puntos de interrupción y 4 puntos de vigilancia
Instrucción opcional (ETM), seguimiento de datos (DWT) y seguimiento de instrumentación (ITM)
Diagrama de bloques de Arm Cortex-M3
Serie MCU Arm® Cortex®-M3 de última generación
Pequeña huella de pie
El tamaño reducido del núcleo permite que se use como un núcleo único en dispositivos pequeños o como un núcleo complementario incorporado adicional cuando se requiere un aislamiento de hardware específico o una partición de tareas. Gracias a los avances en las tecnologías de fabricación de silicio, el proceso de litografía pasó de 180 a 90 nm y menos, y el núcleo de silicio ahora alcanza los 0,03 mm² en litografía de 90 nm.
De manera similar a Cortex®-M0 y Cortex®-M0+ , el núcleo Cortex®-M3 tiene un bajo impacto en el equilibrio que se debe realizar entre los elementos típicos de una arquitectura MCU, basada en E/S, analógica y memorias no volátiles. Por lo tanto, el tamaño del bus (8, 16 o 32 bits) ya no es relevante al particionar carteras de MCU.
Los microcontroladores Cortex®-M3 se utilizan ampliamente y ofrecen varios beneficios :
Cumplen con los requisitos de rendimiento en aplicaciones de nivel de entrada.
También son adecuados para aplicaciones de propósito general.
La arquitectura de los procesadores Arm® Cortex®-M3 ofrece una alta escalabilidad y permite reutilizar los diseños existentes en diferentes proyectos.
Y, por lo tanto, le permite reducir los costos generales de propiedad y facilitar los pasos de desarrollo .
Consumo de energía dinámico de 10 a 150 µW/MHz
La potencia dinámica del núcleo oscila entre 10 y 150 µW/MHz según la tecnología utilizada. Sin embargo, el núcleo en sí no es representativo del consumo total de energía de un dispositivo y no es el único factor a tener en cuenta. Por lo tanto, es importante leer atentamente las fichas técnicas de los productos.
El conjunto de instrucciones Thumb es un subconjunto de la familia Cortex-M. Facilita la escalabilidad de la cartera mediante la reutilización de bloques de software validados para cualquier producto Cortex-M.
Unidad de protección de memoria (MPU)
La Unidad de Protección de Memoria (MPU) administra el acceso de la CPU a la memoria . Garantiza que una tarea no corrompa accidentalmente la memoria o los recursos utilizados por otras tareas activas. La MPU generalmente está controlada por un sistema operativo en tiempo real (RTOS).
Si un programa accede a una ubicación de memoria que está prohibida por la MPU, el RTOS puede detectarlo y tomar medidas. En un entorno RTOS, el kernel puede actualizar dinámicamente la configuración del área MPU, según el proceso que se ejecutará. La MPU es opcional y se puede omitir para aplicaciones que no la necesitan.
El núcleo del procesador Arm® Cortex®-M4 de 32 bits es el primer núcleo de la línea Cortex-M que cuenta con bloques de IP de procesamiento de señal digital (DSP) dedicados , incluida una unidad de punto flotante (FPU) opcional. Aborda aplicaciones de control de señales digitales que requieren capacidades de procesamiento de señales y control eficientes y fáciles de usar, como IoT, control de motores, administración de energía, audio integrado, automatización industrial y del hogar, aplicaciones de salud y bienestar.
Al igual que el núcleo Cortex-M3, el núcleo Cortex-M4 alcanza un rendimiento de subprocesos de 1,25 DMIPS/MHz y 3,42 CoreMark/MHz .
Características clave del núcleo Arm® Cortex®-M4
Arquitectura Armv7E-M
Interfaz de bus 3x interfaz AMBA AHB-lite (arquitectura de bus de Harvard) Interfaz AMBA ATB para componentes de depuración de CoreSight
Compatibilidad con instrucciones de subconjunto Thumb/Thumb-2
tubería de 3 etapas
Extensiones DSP: MAC de 16/32 bits de ciclo único, MAC dual de 16 bits de ciclo único, aritmética SIMD de 8/16 bits, División de hardware (2-12 ciclos)
Unidad de punto flotante (FPU) de precisión simple opcional, compatible con IEEE 754
8 regiones MPU opcionales con subregiones y región de fondo
Instrucciones de procesamiento de campo de bits integradas y bandas de bits a nivel de bus
Interrupción no enmascarable y de 1 a 240 interrupciones físicas con 8 a 256 niveles de prioridad
Controlador de interrupción de reactivación
Instrucciones WFI y WFE integradas y capacidad Sleep-On-Exit, señales Sleep & Deep Sleep, modo de retención opcional con Arm Power Management Kit
Puertos opcionales JTAG y Serial Wire Debug. Hasta 8 puntos de interrupción y 4 puntos de vigilancia
Rastreo de instrucciones (ETM), rastreo de datos (DWT) y rastreo de instrumentación (ITM) opcionales
Diagrama de bloques de Arm Cortex-M4
Ventajas clave de los microcontroladores Arm® Cortex®-M4
Arquitectura Armv7E-M
Los microcontroladores basados en el núcleo Cortex-M4 se benefician de la arquitectura Armv7E-M. La arquitectura Armv7E-M se basa en la arquitectura Armv7-M del núcleo Cortex-M3 y ofrece extensiones DSP adicionales , como:
Procesamiento de datos múltiples de instrucción única (SIMD)
instrucciones aritméticas de saturación
una amplia gama de instrucciones MAC que pueden ejecutarse en ciclos individuales
y una FPU opcional, que admite operaciones de punto flotante de precisión simple.
Esta arquitectura se adapta perfectamente a las aplicaciones de control en tiempo real que requieren operaciones altamente deterministas con ejecución de conteo de ciclos bajo, latencia de interrupción mínima, una canalización corta y la posibilidad de realizar operaciones sin caché.
Procesamiento de señales digitales
Los microcontroladores basados en Cortex-M4 se basan en sus aceleradores de hardware DSP avanzados integrados para procesar señales mediante cálculos matemáticos . El acelerador de hardware DSP puede procesar cualquier señal analógica, como la señal de salida de un micrófono, la retroalimentación de un sensor integrado en un sistema de control de motores o las salidas de aplicaciones de fusión de sensores.
Gracias al procesamiento de señales digitales, se requieren menos ciclos para ejecutar algoritmos de bucle de control , lo que contribuye al rendimiento y la eficiencia energética de la aplicación. De hecho, cuando los algoritmos se procesan con formatos de datos Q1.15 o Float32, las MCU que se ejecutan en un Cortex-M4 ofrecen un rendimiento mucho mayor que las MCU basadas en Cortex-M3. Para el formato Q1.15, la mejora se debe principalmente a la disponibilidad de instrucciones SIMD , lo que permite que Cortex-M4 divida la cantidad de ciclos requeridos por aproximadamente dos. Para el formato de datos Float32, el acelerador de unidades de coma flotante aumenta el rendimiento de los MCU Cortex-M4 en un orden de magnitud, en comparación con el de los MCU Cortex-M3 .
Los MCU Cortex-M4 con DSP a veces son comercializados por fabricantes de MCU alternativos como MCU Cortex-M4F . Todos los MCU STM32 Cortex-M4 incorporan la opción DSP del núcleo Cortex-M4, y todos se denominan MCU Cortex-M4 .
Escalabilidad y eficiencia energética
Los microcontroladores Arm Cortex-M4 son compatibles con el estándar de interfaz de software de microcontrolador Cortex (CMSIS), lo que permite a los desarrolladores transferir su código hacia o desde diferentes microcontroladores para proyectos futuros. Esta interfaz también facilita la integración de software de terceros, lo que ayuda a reducir el tiempo de comercialización .
La flexibilidad y la escalabilidad de la arquitectura de Cortex-M4 permiten a los diseñadores ejecutar la mayoría de los algoritmos de aprendizaje automático recientes .
También es extremadamente eficiente desde el punto de vista energético . Por lo tanto, los microcontroladores Cortex-M4 son excelentes opciones para los controladores perimetrales de IoT o los nodos de sensores que funcionan con baterías, así como para los dispositivos portátiles de consumo.
El núcleo Cortex-M4 está integrado principalmente en MCU de un solo núcleo. Sin embargo, una nueva generación de microcontroladores y microprocesadores multinúcleo empuja los límites de la integración del sistema y la optimización del rendimiento, implementando casos de uso de partición de dos tareas :
El Cortex-M4 se puede utilizar como el núcleo de control principal , asociado con el núcleo Cortex-M0+ de mayor eficiencia energética, que puede ejecutar protocolos de radio de manera más eficiente.
El núcleo Cortex-M4 se puede utilizar como núcleo complementario de uso general y en tiempo real para la potencia informática de los núcleos Cortex-M7 o -A7 que procesan gráficos avanzados, algoritmos complejos de procesamiento de señales digitales o ejecutan el código abierto. Sistema operativo Linux y bibliotecas.
Microcontroladores basados en Arm Cortex-M4
STMicroelectronics combina el núcleo Arm Cortex-M4 con su exclusiva propiedad intelectual de silicio de bajo consumo, tecnología de memoria integrada no volátil, aceleradores de hardware ( Cordic para cálculo trigonométrico e hiperbólico y FMAC para filtrado), arquitecturas de alto rendimiento y conectividad inalámbrica experiencia para ofrecer los MCU STM32 Arm Cortex-M4 como una solución a los muchos desafíos técnicos y comerciales que los ingenieros deben resolver.
Los microcontroladores STM32 Cortex-M4 están completamente integrados en el entorno de desarrollo STM32Cube y aprovechan las herramientas y soluciones que ofrece la extensa red de socios de ST.
Serie de microcontroladores Arm M4 de un solo núcleo
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