基于STM32的觸摸屏學(xué)習(xí)筆記

本文共有三個內(nèi)容：一、電阻觸摸屏的原理；二、XPT2046的控制字與數(shù)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(jié)一下觸摸的原理：

觸摸屏工作主要是兩個電阻屏（上下兩層）在工作，如上圖，當(dāng)某一層電級加上電壓時，會在該網(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(biāo)（X或Y）。舉個例子：當(dāng)我們在上層的電極間（Y+和Y-）加上電壓，則會在上層形成電壓梯度（這里讀者可以想想AD轉(zhuǎn)換的原理），當(dāng)有外力使得上下兩層在某一點(diǎn)接觸時，在底層X層就可以測得接觸點(diǎn)處的電壓（每個點(diǎn)電壓都不同），再根據(jù)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(biāo)。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(biāo)。

原理說完了，不知道讀者注沒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(zhuǎn)換為數(shù)字呢？那就需要一個AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器在哪兒？下面就來介紹一下本文中的觸摸屏控制芯片-XPT2046：4導(dǎo)線控制器；內(nèi)含12位分辨率，125KHz轉(zhuǎn)換速率逐步逼近型A/D轉(zhuǎn)換器；支持從1.5V~5.25V的低電壓IO接口。通過兩次AD轉(zhuǎn)換查出被按的屏幕位置。除此之外，該芯片還有內(nèi)部自帶2.5V參考電壓作為輔助輸入，溫度測量和電池監(jiān)測模式，電池監(jiān)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(shù)字接口：

再來看XPT2046的數(shù)字接口（傳輸格式）：

下面詳細(xì)解釋下XPT2046的轉(zhuǎn)換時序：

1、為完成一次電壓切換和AD轉(zhuǎn)換，前8個時鐘通過DIN引腳往XPT2046發(fā)8位控制字節(jié)（控制字）；

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

3、3個多時鐘周期后，控制字節(jié)設(shè)置完成，轉(zhuǎn)換器進(jìn)入轉(zhuǎn)換狀態(tài)；

4、接著12個時鐘周期你將完成真正的AD轉(zhuǎn)換；

5、如果是度量比例轉(zhuǎn)換方式（控制字節(jié)的第2位）=0，驅(qū)動器將一直工作，第13個時鐘將輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果的最后一位，剩下3個時鐘完成轉(zhuǎn)換器忽略的最后字節(jié)。

一次完整的轉(zhuǎn)換需要24個串行同步時鐘（DCLK）來完成。

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(zhuǎn)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：拿萬用表測F10引腳，不觸摸時輸出3.3幾V，觸摸屏幕時，此引腳會輸出低電平（0V）。其實(shí)我之前用的是示波器測的，不觸摸時輸出3.3幾V，當(dāng)觸摸時，F(xiàn)10的輸出電壓會在幾百mV到2V之間，不知道咋回事，折騰半天。可能是我不會使示波器。感興趣的讀者可以去測一測

1、通過模擬SPI時序往XPT2046中寫一個字節(jié)void TP_Write_Byte(u8 num)

和通過模擬SPI時序從XPT2046中讀取adc值（AD轉(zhuǎn)換結(jié)果）u16 TP_Read_AD(u8 CMD)，

這里說一下，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，把控制字的A2~A0配置為101，讀取Y方向的AD值時，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，配置為差分輸入模式可有效消除由于驅(qū)動開關(guān)的寄生電阻及外部的干擾帶來的測量誤差，提高轉(zhuǎn)換精度。

一般來說我們要調(diào)用多次u16 TP_Read_AD(u8 CMD)這個函數(shù)，因為一次轉(zhuǎn)換往往與真實(shí)值存在較大誤差，故我們設(shè)定一個次數(shù)：READ_TIMES，多次轉(zhuǎn)換。然后斬頭去尾留中間，再取平均值，這樣得到的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果就相當(dāng)精確了?？春瘮?shù)u16 TP_Read_XOY(u8 xy)。

2、還有u8 TP_Read_XY(u16 *x,u16 *y)就是同時讀取X、Y的AD轉(zhuǎn)換值，是上一個函數(shù)u16 TP_Read_XOY(u8 xy)的升級版~

而u8TP_Read_XY2(u16 *x,u16 *y)是連續(xù)兩次讀取X和Y的AD轉(zhuǎn)換值，并將有效的AD值存入*x和*y指向的內(nèi)存中，這樣得到的AD值就很準(zhǔn)確了，再通過相應(yīng)的比例計算就可以轉(zhuǎn)換為實(shí)際坐標(biāo)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(zhuǎn)換為實(shí)際坐標(biāo)。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(zhuǎn)換為實(shí)際坐標(biāo)。

在轉(zhuǎn)換為實(shí)際坐標(biāo)之前要講一下一個非常重要的知識點(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)際中無法確定TFT屏的原點(diǎn)，那么我們只能在TFT屏上先確定4個點(diǎn)，如圖：

這4個點(diǎn)的坐標(biāo)是我們知道的，然后用筆去觸摸這4個點(diǎn)，記錄下這4個點(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(jù)這四個點(diǎn)，我們計算出四個校準(zhǔn)參數(shù)（下文會詳細(xì)介紹）：xfac，yfac，xoff，yoff，我們把得到的所有物理坐標(biāo)都按這個關(guān)系式來計算：

LCDx=xfac*Px+xoff
LCDy=yfac*PY+yoff

其中（LCDx,LCDy）是在LCD上的實(shí)際坐標(biāo)（像素坐標(biāo)），（Px,Py）是從觸摸屏讀到的物理坐標(biāo)。剩下4個參數(shù)，下文會介紹
校正代碼：

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

這里應(yīng)該從校準(zhǔn)函數(shù)中說，應(yīng)該能好理解?！鷂→在校準(zhǔn)函數(shù)中，不斷掃描TP_Scan()函數(shù)，如果這時候你觸摸了一下屏幕，PEN所對應(yīng)STM32的引腳將會從高電平跳變?yōu)榈碗娖?，詳情看上文第二講的注意→_→。即Ttp_dev.sta=1100,0000（根據(jù)上圖第一個方框得出）。不滿足校準(zhǔn)函數(shù)中的if((tp_dev.sta&0xc0)==TP_CATH_PRES)，故不會進(jìn)行下面的畫點(diǎn)。如果之前并沒有按下觸摸屏，這時同樣是不滿足上面if的。如果之前按下后松下了，這時Ttp_dev.sta=0111,1111，這時滿足校準(zhǔn)函數(shù)中的if((tp_dev.sta&0xc0)==TP_CATH_PRES)，然后在校準(zhǔn)函數(shù)中標(biāo)記下觸摸已經(jīng)被處理了（清除tp_dev.sta），清除第一個點(diǎn)，畫第二個點(diǎn)，清除第二個點(diǎn)，畫第三個點(diǎn)，清除第三個點(diǎn)，畫第四個點(diǎn)，清除第四個點(diǎn)。也就是，觸摸屏幕有兩個狀態(tài)：按下和松開。當(dāng)按下時，程序執(zhí)行的是將按下的AD值坐標(biāo)存到兩個數(shù)組中即上圖中的TP_Read_XY2(&tp_dev.x[0],&tp_dev.y[0])；當(dāng)松開時，清除原來的點(diǎn)，并畫一個新點(diǎn)。這樣觸摸4次。

在校準(zhǔn)函數(shù)中，由于之前重復(fù)觸摸了4下屏幕，觸摸的4個點(diǎn)的AD值被存入到了pos_temp[4][2]數(shù)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，把這兩個水平距離相除得到一個比值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，得到一個比值fac2.如果0.95

xfac、yfac：每個AD點(diǎn)對應(yīng)的像素點(diǎn)數(shù)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(yīng)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)