学习目标: 1.复习 STM32 的硬件 SPI 2.学习触摸屏的原理 触摸屏实验
16.1 触摸屏的简介 现在的液晶屏大部分都带触摸了,一般我们使用比较多的是电阻式触摸屏(多点触摸属 于电容式触摸屏,比如几乎所有智能机都支持多点触摸,它们所用的屏就是电容式的触摸屏) 我们彩屏上面带的也是电阻式的触摸屏。 电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏,它是一种多层的复 合薄膜,它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层,表面涂有一层透明氧化金属(透明的导电电 阻)导电层,上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层、它的内表面也涂有一层 涂层、在他们之间有许多细小的(小于1/1000 英寸)的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。 当手指触摸屏幕时,两层导电层在触摸点位置就有了接触,电阻发生变化,在 X 和 Y 两个方向上的电压发生变化,产生信号,然后控制器读取信号,并计算出手指触摸的位置, 这就是电阻式触摸屏的原理。
16.2触摸屏的控制 XPT2046芯片简介 从上面的简介,我们知道触摸屏都需要一个 AD 转换器,也就是要将电压变化读取出 来,供主机求出触摸的位置。而我们彩屏上面使用的触摸芯片是XPT2046。 XPT2046 的特点主要有 1) 一款 4 导线制触摸屏控制器,采用 SPI 模式进行通信。 2) 内含 12 位分辨率 125KHz 转换速率逐步逼近型 A/D 转换器。 3) 支持从 1.5V 到 5.25V 的低电压 I/O 接口。 XPT2046 应该有 16 个引脚,如图:
其引脚说明如下:
从上面的引脚图,我们知道,XPT2046 跟单片机的主要引脚主要有:BUSY、DIN(单 片机 SPI 输出端)、CS、DCLK(单片机 SPI 时钟端)、PEN(笔触中断)、DOUT(单片机 SPI 输入端) 16.3PZ6808L触摸屏的原理图
16.4XPT2046的操作 1. XPT2046 的初始化 XPT2046 说起来其实就是一个 AD 转换器,所以它适合不需要什么初始化设置的, 而具体的初始化其实也就是单片机 IO 的初始化和 SPI 的初始化。 这次 STM32 是使用 SPI1 来进行操作,SPI 的设置其实在前几节课已经讲过了,这 里就不重复讲了,初始化的具体代码如下: - /**********************************************************************
- * Function Name : TOUCH_Init
- * Description : 初始化触摸屏
- * Input : None
- * Output : None
- * Return : None
- **********************************************************************/
- void TOUCH_Init(void)
- {
- GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
- /* SPI 的 IO 口和 SPI 外设打开时钟 */ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE);
- /* TOUCH-CS 的 IO 口设置 */ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
- GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
- /* TOUCH-PEN 的 IO 口设置 */ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IPU;
- GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); SPI1_Config();
- /* 要使用 FLASH 来存储校正参数,所以注意之前要初始化 */
- /* 检测是否有校正参数 */
- FLASH_ReadData(&TouchAdj.posState, TOUCH_ADJ_ADDR, sizeof(TouchAdj));
- if(TouchAdj.posState != TOUCH_ADJ_OK)
- {
- TOUCH_Adjust(); //校正
- }
- }
复制代码在这个函数中,调用了 SPI1 的初始化函数,和触摸屏的校正程序,下面是 SPI1 的
初始化程序,校正原理我们在后面在讲述。 - /**********************************************************************
- * Function Name : SPI1_Config
- * Description : 初始化 SPI2
- * Input : None
- * Output : None
- * Return : None
- *********************************************************************/
- void SPI1_Config(void)
- {
- GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
-
- /* SPI 的 IO 口和 SPI 外设打开时钟 */ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);
-
- /* SPI 的 IO 口设置 */
- GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
-
- GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7); //PA5.6.7 上拉
- /********************************************************************/
- /******************* 设置 SPI 的参数 ***********************************/
- /*********************************************************************/ SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;//选择全双
- 工 SPI 模式
- SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //主机模式 SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //8 位 SPI SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; //时钟悬空高电平 SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; //在第二个时钟采集数据 SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //Nss 使用软件控制
- /* 选择波特率预分频为 256 */
- SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256; SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;//从最高位开始传输
- SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
-
-
- SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);
- }
复制代码
2. XPT2046 读取 X、Y 值
我们知道,触摸屏根据方向,分为 X 轴和 Y 轴两个部分,通过读取 X 轴和 Y 轴的 数据,我们就可以知道触摸屏触摸的位置了,就像数学上面的,知道了 x 坐标和 y 坐标, 那么就可以确定在坐标轴上面一个点的位置。 如何读取 XPT2046 的数据呢?接下来我们来看一个时序图:
8 位总线接口,无 DCLK 时钟延迟,24 时钟周期转换时序 XPT2046 完成一个完整的转换需要 24 个串行时钟,也就是需要 3 个字节的 SPI 时 钟。对照上图,XPT2046 前 8 个串行时钟,是接收 1 个字节的转换命令,接收到转换 命令了之后,然后使用 1 个串行时钟的时间来完成数据转换(当然在编写程序的时候, 为了得到精确的数据,你可以适当的延时一下),然后返回 12 个字节长度(12 个字节 长度也计时 12 个串行时钟)的转换结果。然后最后 3 个串行时钟返回三个无效数据。 所以读取一个完整转换过程为: 1) 发送 1 个 8 字节的控制命令 2) 在这里可以小延时一下,如果你 SPI 时钟周期比 XPT2046 转换周期慢许多,不 用延时也可以。 3) 读取 2 个字节的返回数据。 4) 进行数据处理。也就是丢弃最后读取到的 3 位数据。 我们需要读取两个数据,一个 X 轴数据和一个 Y 轴数据,所以我们这里需要两个控 制命令。一个完整的控制命令的结构为:
从上图,我们可以得到两个命令,读取 X 轴的命令为:0xD0。而读取 Y 轴的命令 为:0x90。 程序实现为: - /**************************************************************************
- * Function Name : TOUCH_ReadData
- * Description : 采样物理坐标值
- * Input : cmd:选择要读取是 X 轴还是 Y 轴的命令
- * Output : None
- * Return : 读取到的物理坐标值
- **************************************************************************/
- static uint16_t TOUCH_ReadData(uint8_t cmd)
- {
- uint8_t i, j;
- uint16_t readValue[TOUCH_READ_TIMES], value;
- uint32_t totalValue;
-
-
- /* SPI 的速度不宜过快 */ SPI2_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_16);
- /* 读取 TOUCH_READ_TIMES 次触摸值 */
- for(i=0; i<touch_read_times; i++)
- { /* 打开片选 */ TOUCH_CS_CLR;
- /* 在差分模式下,XPT2046 转换需要 24 个时钟,8 个时钟输入命令,之后 1
- 个时钟去除 */
- /* 忙信号,接着输出 12 位转换结果,剩下 3 个时钟是忽略位 */ SPI1_WriteReadData(cmd); // 发送命令,选择 X 轴或者 Y 轴
-
-
- /* 读取数据 */
- readValue[i] = SPI1_WriteReadData(0xFF);
- readValue[i] <<= 8;
- readValue[i] |= SPI1_WriteReadData(0xFF);
复制代码
读取数据部分 -
- /* 将数据处理,读取到的 AD 值的只有 12 位,最低三位无用 */
- readValue[i] >>= 3; TOUCH_CS_SET;
- }
-
-
- /* 滤波处理 */
- /* 首先从大到小排序 */
- for(i=0; i<(TOUCH_READ_TIMES - 1); i++)
- {
- for(j=i+1; j<touch_read_times; j++)
- {
- /* 采样值从大到小排序排序 */
- if(readValue[i] < readValue[j])
- {
- value = readValue[i]; readValue[i] = readValue[j]; readValue[j] = value;
- }
- }
- }
-
-
- /* 去掉最大值,去掉最小值,求平均值 */
- j = TOUCH_READ_TIMES - 1;
- totalValue = 0;
- for(i=1; i<j; i++)="" 求="" y="" 的全部值
- {
- totalValue += readValue[i];
- }
- value = totalValue / (TOUCH_READ_TIMES - 2);
-
-
- return value;
- }
复制代码
在这个读取函数的程序中,为了获取数据值的准确性,进行多次读取,然后除去最大最 小值,求出平均值。这个就是所谓的程序滤波,接下来,再详细讲述程序滤波。
3. 物理坐标值的数据处理 在读取 X 轴和 Y 轴的物理坐标值,也就是 AD 值的时候,需要进行一些必要的数据处 理,这也是为了获取更准确的数据值,否则就会出现飞点等误差。 比较常用的程序滤波的方法为平均值法。也就是多次读取结果,然后去掉它们的最大值 和最小值,最后求取它们的平均值。这种方法读取的次数越多,得到的数据就更准确。而上 面我们读取数据程序里面使用的滤波方法也是这种方法。 不过为了更好的滤波,还使用了另外一种方式进行滤波。也就是当读取到两次数据之后, 然后检查两个数据之间的差值,如果超过理想的误差,那么丢弃数据。这种方法也是很多的 处理飞点的程序方法。 我们来看一下我例程中的程序数据处理: - /**************************************************************************
- * Function Name : TOUCH_ReadXY
- * Description : 读取触摸屏的 X 轴 Y 轴的物理坐标值
- * Input : *xValue:保存读取到 X 轴物理坐标值的地址
- * * *yValue:保存读取到 Y 轴物理坐标值的地址
- * Output : None
- * Return : 0:读取成功;0xFF:读取失败
- **************************************************************************/
-
-
- static uint8_t TOUCH_ReadXY(uint16_t *xValue, uint16_t *yValue)
- {
- uint16_t xValue1, yValue1, xValue2, yValue2;
-
-
- xValue1 = TOUCH_ReadData(TOUCH_X_CMD); yValue1 = TOUCH_ReadData(TOUCH_Y_CMD); xValue2 = TOUCH_ReadData(TOUCH_X_CMD); yValue2 = TOUCH_ReadData(TOUCH_Y_CMD);
-
- /* 查看两个点之间的只采样值差距 */
- if(xValue1 > xValue2)
- {
-
-
- }
- else
- {
-
-
- }
- *xValue = xValue1 - xValue2;
-
-
-
-
-
- *xValue = xValue2 - xValue1;
-
-
- if(yValue1 > yValue2)
- {
-
-
- }
- else
- {
-
-
- }
- *yValue = yValue1 - yValue2;
-
-
-
-
-
- *yValue = yValue2 - yValue1;
-
-
- /* 判断采样差值是否在可控范围内 */
- if((*xValue > TOUCH_MAX) || (*yValue > TOUCH_MAX))
- {
- return 0xFF;
- }
-
-
- /* 求平均值 */
- *xValue = (xValue1 + xValue2) / 2;
- *yValue = (yValue1 + yValue2) / 2;
-
-
- /* 判断得到的值,是否在取值范围之内 */
- if((*xValue > TOUCH_X_MAX) || (*xValue < TOUCH_X_MIN)
- || (*yValue > TOUCH_Y_MAX) || (*yValue < TOUCH_Y_MIN))
- {
- return 0xFF;
- }
-
-
- return 0;
- }
复制代码该程序就如上述所说,调用上一小节的 TOUCH_ReadData()读两次 X 轴和 Y 轴(如果 把 XY 轴,交叉来读,效果更好)。然后求取它们差值(求平均值在TOUCH_ReadData()函 数中已经使用了),判断是否超过理想误差,然后求出它们两个的平均值,最后查看是否超 过 X 轴和 Y 轴的数据上限和数据下限。
4. 触摸物理坐标值转换成 LCD 彩屏坐标 我们使用 XPT2046 读取到了触摸屏的触摸位置之后,想要在 LCD 屏相对应的位置上进 行操作,我们还要将它转换成 LCD 屏的坐标值。比如说,我们在LCD 屏(0, 0)坐标位置 按下,而读取到的物理坐标值(也就是 AD 值)为(100,200),那么我们想要在 LCD 屏(0, 0) 位置进行处理,将要将物理坐标(100,200)转换成 LCD 屏坐标。 那如何转换呢?我们知道,XPT2046 的分辨率为 12 位,也就是说我们读取 X 轴的物理 坐标值(这里我们假设为:Px)和 Y 轴的物理坐标值(这里我们假设为:Py)的值肯定是 在 0~4096 之间。但是我们 LCD 彩屏 X 轴和 Y 轴的像素坐标确是 240X400。(这个值是 PZ6908L 开发板配的 3.5 寸彩屏像素,不过不管多少,我们明白原理就行,为了更好的表示, 在这里我们 LCD 彩屏 X 轴像素坐标我们假设为:Lcdx, LCD 彩屏 Y 轴像素坐标我们假设 为:Lcdy。)那么我们假设当(Px, Py) = (0, 0)时,正好 LCD 彩屏像素坐标的起始坐标(0, 0), 当(Px, Py) = (4096, 4096)时,正好 LCD 彩屏像素坐标的终止坐标(239, 399)。难么我们不难 看出触摸屏的物理坐标跟 LCD 彩屏像素坐标的对应关系为: Factorx = Lcdx / Px; Factory = Lcdy / Py; 那么我们就可以求出 Factorx 和 Factory,然后每次读取到 Px 和 Py 之后就可以讲它很轻 松的转换为 Lcdx 和 Lcdy。这是一个很简单的数学关系。 不过呢,事情没有那么理想化,我们在 LCD 像素坐标为(0, 0)读取的触摸屏物理坐标 值不一定是(0,0),在 LCD 像素坐标为最大时,也不一定读取到的是触摸屏的物理坐标最 大值。所以我们要进行一些数据校正,这也是屏幕校正的原因。 什么意思呢?那我们在来解一个数学问题: 我们都知道每个触摸屏物理坐标值都能一一对应一个 LCD 彩屏上面的像素坐标值,也 就是它们是成比例关系的。现在我们知道 LCD 彩屏的 X 轴像素坐标最小值为 Lcdx1,我们 能显示的 LCD 彩屏的 X 轴像素坐标最大值为 Lcdx2。而我们在LCD 彩屏像素坐标 X 轴最 小值处读取的触摸屏 X 轴物理坐标为 Px1,在 LCD 彩屏 X 轴像素坐标最大值处读取的触摸 屏 X 轴的物理坐标为 Px2。那么现在我们知道有一个触摸屏物理坐标值在 Px1 到 Px2 之间 的坐标值为 Px,那么和它对应的 Lcdx 的值是多少呢? 那么我们可以这么解: Factorx = (Lcdx2 – Lcdx1) / (Px2 – Px1); Lcdx = (Px – Px1) * Factorx; 那么就求得出 Lcdx 是多少了,对吧? 现在我们把它分解出来: Lcdx = Px * Factorx – Px1 * Factorx; 然后将 Px1*Factorx 替换成一个变量 Offsetx。那么我们现在就可以得到 Lcdx 和 Px 之间 的对应关系式了。而关于 Y 轴也是同理,所以它们从物理坐标到像素坐标的转换关系式: Lcdx = Px * Factorx – Offsetx; Lcdy = Py * Factory – Offsety; 而求出 Factor 和 Offset 这两个数的过程就是校正程序应该做的工作了。现在我们理解了 屏幕校正的原因和原理,并懂得了物理坐标转换成像素坐标之后,我们来看一下我们例程的 校正程序和触摸屏读取像素坐标程序。 - /**************************************************************************
- * Function Name : TOUCH_Adjust
- * Description : 检测屏幕是否校正,没有的话进行校正,将校正值放置到 FLASH 中
- * Input : None
- * Output : None
- * Return : None
- **************************************************************************/
-
-
- static void TOUCH_Adjust(void)
- {
- uint16_t px[2], py[2], xPot[4], yPot[4];
- float xFactor, yFactor;
-
-
- /* 读取第一个点 */
- if(TOUCH_ReadAdjust(LCD_ADJX_MIN, LCD_ADJY_MIN, &xPot[0], &yPot[0]))
- {
- return;
- }
- TOUCH_AdjDelay500ms();
-
-
- /* 读取第二个点 */
- if(TOUCH_ReadAdjust(LCD_ADJX_MIN, LCD_ADJY_MAX, &xPot[1], &yPot[1]))
- {
- return;
- }
- TOUCH_AdjDelay500ms();
-
-
- /* 读取第三个点 */
- if(TOUCH_ReadAdjust(LCD_ADJX_MAX, LCD_ADJY_MIN, &xPot[2], &yPot[2]))
- {
- return;
- }
- TOUCH_AdjDelay500ms();
-
-
- /* 读取第四个点 */
- if(TOUCH_ReadAdjust(LCD_ADJX_MAX, LCD_ADJY_MAX, &xPot[3], &yPot[3]))
- {
- return;
- }
- TOUCH_AdjDelay500ms();
-
-
- /* 处理读取到的四个点的数据,整合成对角的两个点 */
- px[0] = (xPot[0] + xPot[1]) / 2; py[0] = (yPot[0] + yPot[2]) / 2; px[1] = (xPot[3] + xPot[2]) / 2; py[1] =(yPot[3] + yPot[1]) / 2;
-
- /* 求出比例因数 */
- xFactor = (float)LCD_ADJ_X / (px[1] - px[0]);
- yFactor = (float)LCD_ADJ_Y / (py[1] - py[0]);
-
-
- /* 求出偏移量 */
- TouchAdj.xOffset = (int16_t)LCD_ADJX_MAX - ((float)px[1] * xFactor); TouchAdj.yOffset = (int16_t)LCD_ADJY_MAX - ((float)py[1] *yFactor);
-
- /* 将比例因数进行数据处理,然后保存 */ TouchAdj.xFactor = xFactor ;
- TouchAdj.yFactor = yFactor ;
-
-
- TouchAdj.posState = TOUCH_ADJ_OK;
- FLASH_WriteData(&TouchAdj.posState, TOUCH_ADJ_ADDR, sizeof(TouchAdj));
- }
- /*************************************************************************
- * Function Name : TOUCH_Scan
- * Description : 扫描是否有触摸按下
- * Input : None
- * Output : TouchData:读取到的物理坐标值和对应的彩屏坐标值
- * Return : 0:读取成功;0xFF:没有触摸
- **************************************************************************/
-
-
- uint8_t TOUCH_Scan(void)
- {
-
-
- if(TOUCH_PEN == 0) //查看是否有触摸
- {
- if(TOUCH_ReadXY(&TouchData.x, &TouchData.y)) //没有触摸
- {
- return 0xFF;
- }
- /* 根据物理坐标值,计算出彩屏坐标值 */
- TouchData.lcdx = TouchData.x * TouchAdj.xFactor + TouchAdj.xOffset; TouchData.lcdy = TouchData.y * TouchAdj.yFactor +TouchAdj.yOffset;
-
- /* 查看彩屏坐标值是否超过彩屏大小 */
- if(TouchData.lcdx > TFT_XMAX)
- {
- TouchData.lcdx = TFT_XMAX;
- }
- if(TouchData.lcdy > TFT_YMAX)
- {
- TouchData.lcdy = TFT_YMAX;
- }
- return 0;
- }
- return 0xFF;
- }
复制代码
完整源码+资料等内容下载地址:
http://www.51hei.com/bbs/dpj-92931-1.html
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