基于STM32的觸摸屏學(xué)習筆記

　　本文共有三個(gè)內容：一、電阻觸摸屏的原理;二、XPT2046的控制字與數字接口;三、程序源碼講解(參考正點(diǎn)原子的代碼)

　　一、電阻觸摸屏的原理，上圖：

　　圖上的文字介紹了觸摸的原理，下面總結一下觸摸的原理：

　　觸摸屏工作主要是兩個(gè)電阻屏(上下兩層)在工作，如上圖，當某一層電級加上電壓時(shí)，會(huì )在該網(wǎng)絡(luò )上形成電壓梯度。如果有外力使得上下兩層在某一點(diǎn)接觸，則在未加電壓的那一層可以測得接觸點(diǎn)的電壓，從而得出接觸點(diǎn)的坐標(X或Y)。舉個(gè)例子：當我們在上層的電極間(Y+和Y-)加上電壓，則會(huì )在上層形成電壓梯度(這里讀者可以想想AD轉換的原理)，當有外力使得上下兩層在某一點(diǎn)接觸時(shí)，在底層X(jué)層就可以測得接觸點(diǎn)處的電壓(每個(gè)點(diǎn)電壓都不同)，再根據測得電壓和電極電壓的關(guān)系與距離成正比關(guān)系(看上圖的關(guān)系式)就可以得到該點(diǎn)的Y坐標。然后，將電壓切換到下層電極(X+和X-)上，并在頂層Y層上測量接觸點(diǎn)的電壓，從而得到X坐標。

　　原理說(shuō)完了，不知道讀者注沒(méi)注意到上一段中提到 ‘要測得接觸點(diǎn)的電壓’，怎么測得電壓還轉換為數字呢?那就需要一個(gè)AD轉換器，AD轉換器在哪兒?下面就來(lái)介紹一下本文中的觸摸屏控制芯片-XPT2046：4導線(xiàn)控制器;內含12位分辨率，125KHz轉換速率逐步逼近型A/D轉換器;支持從1.5V~5.25V的低電壓IO接口。通過(guò)兩次AD轉換查出被按的屏幕位置。除此之外，該芯片還有內部自帶2.5V參考電壓作為輔助輸入，溫度測量和電池監測模式，電池監測的范圍可以從0V~6V，功耗小等等。XPT2046引腳圖如下：

　　二、XPT2046的控制字與數字接口：

　　再來(lái)看XPT2046的數字接口(傳輸格式)：

　　下面詳細解釋下XPT2046的轉換時(shí)序：

　　1、為完成一次電壓切換和AD轉換，前8個(gè)時(shí)鐘通過(guò)DIN引腳往XPT2046發(fā)8位控制字節(控制字);

　　2、轉換器收到有關(guān)下次轉換的足夠信息之后，接著(zhù)根據獲得的信息設置輸入多路選擇器和參考源輸入，并進(jìn)入采樣模式;

　　3、3個(gè)多時(shí)鐘周期后，控制字節設置完成，轉換器進(jìn)入轉換狀態(tài);

　　4、接著(zhù)12個(gè)時(shí)鐘周期你將完成真正的AD轉換;

　　5、如果是度量比例轉換方式(控制字節的第2位)=0，驅動(dòng)器將一直工作，第13個(gè)時(shí)鐘將輸出轉換結果的最后一位，剩下3個(gè)時(shí)鐘完成轉換器忽略的最后字節。

　　一次完整的轉換需要24個(gè)串行同步時(shí)鐘(DCLK)來(lái)完成。

　　三、程序源碼講解(參考正點(diǎn)原子的代碼)

　　首先我們要知道觸摸屏控制器XPT2046的哪些引腳與STM32的IO相連。在上文的XPT2046引腳圖中，11,12,13,14,15,16引腳，13引腳(轉換狀態(tài)信號)不用;第二，我們這里不用筆中斷(引腳11)，而是將筆中斷引腳接到了STM32的F10上。

　　注意：拿萬(wàn)用表測F10引腳，不觸摸時(shí)輸出3.3幾V，觸摸屏幕時(shí)，此引腳會(huì )輸出低電平(0V)。其實(shí)我之前用的是示波器測的，不觸摸時(shí)輸出3.3幾V，當觸摸時(shí)，F10的輸出電壓會(huì )在幾百mV到2V之間，不知道咋回事，折騰半天?？赡苁俏也粫?huì )使示波器。感興趣的讀者可以去測一測

　　1、通過(guò)模擬SPI時(shí)序往XPT2046中寫(xiě)一個(gè)字節void TP_Write_Byte(u8 num)

　　和通過(guò)模擬SPI時(shí)序從XPT2046中讀取adc值(AD轉換結果)u16 TP_Read_AD(u8 CMD)，

　　這里說(shuō)一下，形參CMD是命令控制字，詳情第二講。。這里我們可以CMD_RDX=0xD0和CMD_RDY=0x90傳入CMD中，就是讀取X方向的AD值時(shí)，把控制字的A2~A0配置為101，讀取Y方向的AD值時(shí)，把控制字的A2~A0配置為001，都是選擇12位模式，差分輸入，低功率模式。

　　注意：這里提一下為什么要用差分輸入模式：手冊說(shuō)，配置為差分輸入模式可有效消除由于驅動(dòng)開(kāi)關(guān)的寄生電阻及外部的干擾帶來(lái)的測量誤差，提高轉換精度。

　　一般來(lái)說(shuō)我們要調用多次u16 TP_Read_AD(u8 CMD)這個(gè)函數，因為一次轉換往往與真實(shí)值存在較大誤差，故我們設定一個(gè)次數：READ_TIMES，多次轉換。然后斬頭去尾留中間，再取平均值，這樣得到的AD轉換結果就相當精確了?？春瘮祏16 TP_Read_XOY(u8 xy)。

　　2、還有u8 TP_Read_XY(u16 *x,u16 *y)就是同時(shí)讀取X、Y的AD轉換值，是上一個(gè)函數u16 TP_Read_XOY(u8 xy)的升級版~

　　而u8 TP_Read_XY2(u16 *x,u16 *y)是連續兩次讀取X和Y的AD轉換值，并將有效的AD值存入*x和*y指向的內存中，這樣得到的AD值就很準確了，再通過(guò)相應的比例計算就可以轉換為實(shí)際坐標了。。

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　　上面一直在講AD值的精確獲取。。。下面就要把獲得的精確AD值轉換為實(shí)際坐標。譬如我們點(diǎn)了一下觸摸屏，返回的AD值為(1600,1200)，即觸點(diǎn)X方向的AD值為1600，Y方向的AD值為1200，下面就是介紹如何把像1600和1200這種AD值轉換為實(shí)際坐標。

　　在轉換為實(shí)際坐標之前要講一下一個(gè)非常重要的知識點(diǎn)------觸摸屏校正，為什么要校正，博主在這里就不給大家列舉了，請讀者自己查閱相關(guān)資料~

　　校正原理(借鑒了一些網(wǎng)絡(luò )上的優(yōu)秀文章)：

　　因為我們再實(shí)際中無(wú)法確定TFT屏的原點(diǎn)，那么我們只能在TFT屏上先確定4個(gè)點(diǎn)，如圖：

　　這4個(gè)點(diǎn)的坐標是我們知道的，然后用筆去觸摸這4個(gè)點(diǎn)，記錄下這4個(gè)點(diǎn)的AD值，分別為：(AD_X1，AD_Y1),(AD_X2，AD_Y2)，(AD_X3，AD_Y3)，(AD_X4，AD_Y4)，根據這四個(gè)點(diǎn)，我們計算出四個(gè)校準參數(下文會(huì )詳細介紹)：xfac，yfac，xoff，yoff，我們把得到的所有物理坐標都按這個(gè)關(guān)系式來(lái)計算：

　　LCDx=xfac*Px+xoff

　　LCDy=yfac*PY+yoff

　　其中(LCDx,LCDy)是在LCD上的實(shí)際坐標(像素坐標)，(Px,Py)是從觸摸屏讀到的物理坐標。剩下4個(gè)參數，下文會(huì )介紹

　　校正代碼：

　　圖上畫(huà)紅圈的，請讀者注意tp_dev.sta狀態(tài)位的變化，下面就進(jìn)入第二個(gè)紅圈：tp_dev.scan(1)觸摸掃描函數中看看，這里scan是函數指針：

　　這里應該從校準函數中說(shuō)，應該能好理解?！鷂→在校準函數中，不斷掃描TP_Scan()函數，如果這時(shí)候你觸摸了一下屏幕，PEN所對應STM32的引腳將會(huì )從高電平跳變?yōu)榈碗娖?，詳情看上文第二講的注意→_→。即Ttp_dev.sta=1100,0000(根據上圖第一個(gè)方框得出)。不滿(mǎn)足校準函數中的if((tp_dev.sta&0xc0)==TP_CATH_PRES)，故不會(huì )進(jìn)行下面的畫(huà)點(diǎn)。如果之前并沒(méi)有按下觸摸屏，這時(shí)同樣是不滿(mǎn)足上面if的。如果之前按下后松下了，這時(shí)Ttp_dev.sta=0111,1111，這時(shí)滿(mǎn)足校準函數中的if((tp_dev.sta&0xc0)==TP_CATH_PRES)，然后在校準函數中標記下觸摸已經(jīng)被處理了(清除tp_dev.sta)，清除第一個(gè)點(diǎn)，畫(huà)第二個(gè)點(diǎn)，清除第二個(gè)點(diǎn)，畫(huà)第三個(gè)點(diǎn)，清除第三個(gè)點(diǎn)，畫(huà)第四個(gè)點(diǎn)，清除第四個(gè)點(diǎn)。也就是，觸摸屏幕有兩個(gè)狀態(tài)：按下和松開(kāi)。當按下時(shí)，程序執行的是將按下的AD值坐標存到兩個(gè)數組中即上圖中的TP_Read_XY2(&tp_dev.x[0],&tp_dev.y[0]);當松開(kāi)時(shí)，清除原來(lái)的點(diǎn)，并畫(huà)一個(gè)新點(diǎn)。這樣觸摸4次。

　　在校準函數中，由于之前重復觸摸了4下屏幕，觸摸的4個(gè)點(diǎn)的AD值被存入到了pos_temp[4][2]數組中，然后算出(x1，y1)，

　　(x2，y2)之間的距離d1和(x3，y3)，(x4，y4)之間的距離d2，把這兩個(gè)水平距離相除得到一個(gè)比值fac1;再計算出(x1，y1)，(x3，y3)之間的距離d3和(x2，y2)，(x4，y4)之間的距離d4，把這兩豎直方向的距離相除，得到一個(gè)比值fac2.如果0.95 

　　xfac、yfac：每個(gè)AD點(diǎn)對應的像素點(diǎn)數目。(液晶理論寬度-40)/(x2-x1) 即液晶理論寬度點(diǎn)陣值/AD測量值

　　xoff、yoff：測量誤差值。[液晶理論寬度點(diǎn)陣值 - 每AD值對應多少點(diǎn)陣*(AD測量值)]/2 = 測量誤差值(理論值為 20 點(diǎn)陣，實(shí)際是有誤差的)

　　啊，個(gè)人覺(jué)得亂七八糟的，不知道以后還能不能看懂了~~~→