20180707 NT金沢 「研究してみたマッドネス」

1. M5Stasckの互換機をつくってみた
2018/07/07
@tomorrow56
Masawo
Yamazaki
研究してみたマッドネス in NT金沢2018

2. 自己紹介

3. Masawo Yamazaki (tomorrow56)
本業はハードウエアエンジニア (電子回路設計)
某電器メーカーでPCモニターやテレビ設計を経験
現在は半導体メーカーで映像系インターフェースの
機能・特性評価を担当
こんなやつらです
↓

4. ↑
この名前で開発ボードの設計をしています
↑
UnoっぽいESP32ブレークアウト基板
https://www.switch-
science.com/catalog/3456/
↑
Pro Mini用IR&サーボシールド
(通称：虫ボード) タミヤのユニバーサルプレートサイズの
ESP32+モータドライバボード
Webサイト： https://thousandiy.wordpress.com/
Facebookページ： https://www.facebook.com/thousandiy/

5. 唐突ですが
M5Stackっていいです
ね！！

6. M5Stackとは
• Wi-FiとBLEが使えるSoC「ESP32」を搭載したコンパクトな開発モジュール
• 5.4cmx5.4cmの筐体にカラーLCDディスプレイ、microSDカードスロット、スピーカーを
搭載
 スクリーン: 320x240 カラーTFT LCD
 内蔵スピーカー: 1W
 電源入力: 5V-5.5V/500mA(USB Type-C)
 内蔵電池: 3.7V/150 mAh
 インターフェイス:
I2C(GROVE) x 1
microSDスロット x 1
M-BUS(SPI,UART,I2S,ADC,DAC)

7. M5Stackとは
• Wi-FiとBLEが使えるSoC「ESP32」を搭載したコンパクトな開発モジュール
• 5.4cmx5.4cmの筐体にカラーLCDディスプレイ、microSDカードスロット、スピーカーを
搭載
 スクリーン: 320x240 カラーTFT LCD
 内蔵スピーカー: 1W
 電源入力: 5V-5.5V/500mA(USB Type-C)
 内蔵電池: 3.7V/150 mAh
 インターフェイス:
I2C(GROVE) x 1
microSDスロット x 1
M-BUS(SPI,UART,I2S,ADC,DAC)
ざっくりいうと
ArduinoIDEで開発できて、WifiとBLEが使える
「カスタムできるガジェット」

8. しかも新製品がなんかすごい勢いで増殖中
CEOのJimmyさ
ん

9. 沼です

10. ということで
M5Stackの互換機
を作ってみました
そして、ちょっとだけはまった話です…

11. やさしいM5Stack互換機の作り方

12. M5Stack互換機のターゲット
• 日本の技適取得済の「ESP-WROOM-32」ベース
• 一般ルートで購入できる部品を使用
• M5Stackのライブラリがそのまま使える
• ArduinoIDEのスケッチ互換
• とりあえず機能を「スタック」する構成

13. M5Stackのサイトでは回路図公開中
http://www.m5stack.com/

14. まずは回路図と内部デバイスの結線を調査

15. 必要なデバイスを調達
ESP-WROOM-32 Break Out
ボード
(スイッチサイエンス)
PAM8403 D級アンプモジュー
ル
(aitendo) + ユニバーサル基板
薄型スピーカー
(ダイソーのBTスピーカを分解)
ILI9341搭載2.4inch SPI液
晶
(Aliexpress)
SPI液晶変換基板
(ユニバーサル基板)
マイクロSD->SD変換アダプタ
(千石電商)

16. 使用しているピンを整理して割り当て
ESP32 IO No. Strapping(default) M5Stack_Internal M5Stack_IO ESP-WROOM-32 USB_Host_Shield ILI9341_shield L293D_shield direction Note
0 〇(PU) Mode IIS_MCLK 〇 12EN I/O GPIO0, ADC2_CH1, TOUCH1, RTC_GPIO11, CLK_OUT1, EMAC_TX_CLK M5Stack M-BUS
1 TXD0 TXD1 TXD0 I/O GPIO1, U0TXD, CLK_OUT3, EMAC_RXD2
2 〇(PD) G2 〇 34EN I/O GPIO2, ADC2_CH2, TOUCH2, RTC_GPIO12, HSPIWP, HS2_DATA0, SD_DATA0
3 RXD0 RXD1 RXD0 I/O GPIO3, U0RXD, CLK_OUT2
4 SD_SPI_CS 〇 SD_CS I/O GPIO4, ADC2_CH0, TOUCH0, RTC_GPIO10, HSPIHD, HS2_DATA1, SD_DATA1, EMAC_TX_ER
5 〇(PU) G5 〇 SS I/O GPIO5, VSPICS0, HS1_DATA6, EMAC_RX_CLK
6 SPIROM I/O GPIO6, SD_CLK, SPICLK, HS1_CLK, U1CTS
7 SPIROM I/O GPIO7, SD_DATA0, SPIQ, HS1_DATA0, U2RTS
8 SPIROM I/O GPIO8, SD_DATA1, SPID, HS1_DATA1, U2CTS
9 SPIROM I/O GPIO9, SD_DATA2, SPIHD, HS1_DATA2, U1RXD
10 SPIROM I/O GPIO10, SD_DATA3, SPIWP, HS1_DATA3, U1TXD
11 SPIROM I/O GPIO11, SD_CMD, SPICS0, HS1_CMD, U1RTS
12 〇(PD) IIS_SCK 〇 1A I/O GPIO12, ADC2_CH5, TOUCH5, RTC_GPIO15, MTDI, HSPIQ, HS2_DATA2, SD_DATA2, EMAC_TXD3
13 IIS_WS 〇 BUTTON_A 2A I/O GPIO13, ADC2_CH4, TOUCH4, RTC_GPIO14, MTCK, HSPID, HS2_DATA3, SD_DATA3, EMAC_RX_ER
14 LCD_CS 〇 CS I/O GPIO14, ADC2_CH6, TOUCH6, RTC_GPIO16, MTMS, HSPICLK, HS2_CLK, SD_CLK, EMAC_TXD2
15 〇(PU) IIS_OUT 〇 BUTTON_C 3A I/O GPIO15, ADC2_CH3, TOUCH3, MTDO, HSPICS0, RTC_GPIO13, HS2_CMD, SD_CMD, EMAC_RXD3
16 RXD2 〇 4A I/O GPIO16, HS1_DATA4, U2RXD, EMAC_CLK_OUT
17 TXD2 〇 INT I/O GPIO17, HS1_DATA5, U2TXD, EMAC_CLK_OUT_180
18 LCD_SCK/SD_SPI_CLK SCK 〇 SCK CLK I/O GPIO18, VSPICLK, HS1_DATA7
19 SD_SPI_SDDO MISO 〇 MISO SD_MISO I/O GPIO19, VSPIQ, U0CTS, EMAC_TXD0 Pin Default 3.3V 1.8V
20 MTDI/GPIO12 Pull-down 0 1
21 MPU9250_SDA/GROVE_SDASDA 〇 I/O GPIO21, VSPIHD, EMAC_TX_EN
22 MPU9250_SCL/GROVE_SCL SCL 〇 I/O GPIO22, VSPIWP, U0RTS, EMAC_TXD1 Pin Default SPI Flash Boot Download Boot
23 LCD_MOSI/SD_SPI_SDDI MOSI 〇 MOSI MOSI I/O GPIO23, VSPID, HS1_STROBE GPIO0 Pull-up 1 0
24 GPIO2 Pull-down Don't-care 0
25 SPEAKER DAC0 〇 I/O GPIO25, DAC_1, ADC2_CH8, RTC_GPIO6, _RXD0
26 DAC1 〇 I/O GPIO26, DAC_2, ADC2_CH9, RTC_GPIO7, EMAC_RXD1 Pin Default U0TXD Toggling U0TXD Silent
27 LCD_R/S 〇 DC I/O GPIO27, ADC2_CH7, TOUCH7, RTC_GPIO17, EMAC_RX_DV MTDO/GPIO15 Pull-up 1 0
28
29 Falling-edge Input Falling-edge Input Rising-edge Input Rising-edge Input
30 Falling-edge Output Rising-edge Output Falling-edge Output Rising-edge Output
31 MTDO/GPIO15 Pull-up 0 0 1 1
32 LCD_BL 〇 LCD_BL I/O GPIO32, XTAL_32K_P (32.768 kHz crystal oscillator input), ADC1_CH4, TOUCH9, RTC_GPIO9 GPIO5 Pull-up 0 1 0 1
33 LCD_RST 〇 RST I/O GPIO33, XTAL_32K_N (32.768 kHz crystal oscillator output), ADC1_CH5, TOUCH8, RTC_GPIO8
34 IIS_IN 〇 BUTTON_B I GPIO34, ADC1_CH6, RTC_GPIO4
35 AD 〇 I GPIO35, ADC1_CH7, RTC_GPIO5
36 AD SensorVP I GPIO36, SENSOR_VP, ADC_H, ADC1_CH0, RTC_GPIO0
37 BUTTON_C SENSOR_CAPP I GPIO37, SENSOR_CAPP (270pF)
38 BUTTON_B SENSOR_CAPN I GPIO38, SENSOR_CAPN (270pF)
39 BUTTON_A SensorVN I GPIO39, SENSOR_VN, ADC1_CH3, ADC_H, RTC_GPIO3
and "Timing of SDIO Slave" after booting.
Note:
Voltage of Internal LDO (VDD_SDIO)
Booting Mode
Debugging Log on U0TXD During Booting
Strapping Pins
Timing of SDIO Slave
Pin Default
Firmware can configure register bits to change the setting of "Voltage of Internal LDO (VDD_SDIO)"

17. <トラップ その1>
ボタンBとCのピンがESP-WROOM-32に無い・・・

18. <トラップ その2>
LCD表示がおかしい (アングル設定が特殊)

19. M5Stack互換機のターゲット
• 日本の技適取得済の「ESP-WROOM-32」ベース
• 一般ルートで購入できる部品を使用
• M5Stackのライブラリがそのまま使える
• ArduinoIDEのスケッチ互換
• とりあえず機能を「スタック」する構成
← 断念…

20. ということで、出来上がったのがこれ
USB Hostも入れて5段積みにしまし
た
(M5Stackだけに)
不評なM5Stackの爆音対策で
ボリューム付
①
②
③
④
⑤

21. 変更したM5Stackのライブラリの内容
Config.
h
場所：
( Arduino)librariesM5Stacksrcutility
← ボタン割り当て変更
ILI9341_Rotation.h
← Memory Access Control変更

22. M5Stack互換機を作ってわかった事
1. コピーできないようなハードウエアでの仕込み
• ボタンの割り当て、LCDの表示設定
• このほかにも
• M-BUSコネクタ(オリジナル低背SMTピンヘッダ)
• LiPoコネクタ極性が汎用品と逆
等々(他にもあるかも)
2. M5Stackライブラリのバランスのよさ
• オープンになっているライブラリをうまく組み合わせて、使いやすくWrapperにくるんでいる
3. M5Stackの音声ノイズ: ピーピーうるさい10KHz成分
• BeepをPWM(LEDC)で出している影響かと思っていたが違った。(互換機では聞こえないレベル)
4. M5Stackの音声ノイズ: DAC使用時のSPI通信ノイズ
• オーディオアンプの入力ではなく、出力にのっている。(互換機で悪化)
• 3のノイズと合わせて電源・GND周りの設計見直しが必要

23. M5Stack互換機を作ってわかった事
1. コピーできないようなハードウエアでの仕込み
• ボタンの割り当て、LCDの表示設定
• このほかにも
• M-BUSコネクタ(オリジナル低背SMTピンヘッダ)
• LiPoコネクタ極性が汎用品と逆
等々(他にもあるかも)
2. M5Stackライブラリのバランスのよさ
• オープンになっているライブラリをうまく組み合わせて、使いやすくWrapperにくるんでいる
3. M5Stackの音声ノイズ: ピーピーうるさい10KHz成分
• BeepをPWM(LEDC)で出している影響かと思っていたが違った。(互換機では聞こえないレベル)
4. M5Stackの音声ノイズ: DAC使用時のSPI通信ノイズ
• オーディオアンプの入力ではなく、出力にのっている。(互換機で悪化)
• 3のノイズと合わせて電源・GND周りの設計見直しが必要
本物を買った方が安い

24. 最後に宣伝

25. こちらで出展してます！ ここ
↓

26. M5Stack用USB Hostシールド頒布してます
(限定10個)
M5Stack_USBHost_PS3BT
https://github.com/tomorrow56/M5Stack_USBHost_PS3BT
M5Stack_USBHost_Wii
https://github.com/tomorrow56/M5Stack_USBHost_

27. 現在設計中 (MFTにはまにあわせたい…)

28. 引き続きよろしくお願いします！！