STM32触摸屏学习手记.docx
《STM32触摸屏学习手记.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《STM32触摸屏学习手记.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
STM32触摸屏学习手记
STM32触摸屏学习手记
1、触摸屏结构和原理
想驱动触摸屏首先要对触摸屏有一个深刻的了解和认识才行，必须要搞懂触摸屏的原理，才能去很好的驱动。
搜集了一些触摸屏资料，会在附件中列出。
这里只对原理进行讲解。
触摸屏的结构如下图1所示。
这里省略了屏的材质，网上有很多的介绍，但是个人觉得这些东西和驱动它没有什么本质的联系。
通过图1我们可以看到，触摸屏本质上就是两个电阻层。
只是在这两个电阻层之间夹杂了一些其他的材质，我们并不需要关心这个。
图1触摸屏结构
触摸屏工作时，两个电阻层的工作原理如下图2所示。
图2电阻层工作原理
当某一层电极加上电压时，会在该网络上形成电压梯度。
如有外力使得上下两层在某一点接触，则在未加电压的另一层可以测得接触点处的电压，从而知道接触点处的坐标。
比如，在顶层的电极（Y+,Y-）上加上电压，则会在顶层导体层上形成电压梯度，当有外力使得上下两层在某一点接触时，在底层X层就可以测得接触点处的电压，再根据该电压与电极（Y+）之间的距离关系，就可得到该处的Y坐标。
然后，将电压切换到底层电极（X+,X-）上，并在顶层Y层上测量接触点处的电压，从而得到X坐标。
2、控制芯片ADS7843
2.1ADS7843引脚及功能描述
在了解了触摸屏的原理之后会感觉驱动触摸屏其实很简单。
只需要在电阻层（X+,X-）上加上固定的电压，在（Y+,Y-）层读出触摸时电压值，根据比例换算就可知道笔在X方向的触摸位置了。
然后在电阻层（Y+,Y-）上加上固定的电压，在（X+,X-）层读出触摸时的电压值，再根据比例换算就可知道笔在Y方向的触摸位置了。
有了X，Y方向的位置，触摸点的位置就唯一确定了。
因此要想确定笔触摸时的位置，需要两次AD转换:
X方向和Y方向，只是固定电压加给的电极要跟着切换而已。
这些事情现在很多专用的控制芯片都可以完成了，我们的MCU只需要控制这些芯片进行AD转换，并读出转换结果就可以了。
ADS7843是TI公司生产的4线电阻触摸屏转换接口芯片。
具有内置12位模数转换、低导通电阻模拟开关的串行接口等特点。
下图3是它的引脚图。
表1为引脚功能说明。
图3ADS7843引脚图
表1ADS7843引脚功能描述
引脚号
功能
引脚号
功能
1
电源输入端
9
参考电压输入端
2
X+位置输入端
10
供电电源
3
Y+位置输入端
11
笔接触中断引脚
4
X-位置输入端
12
串行数据输出端。
数据在DCLK的下降沿移出，当CS高电平时为高阻态
5
Y-位置输入端
13
忙信号。
当CS为高电平时为高阻态
6
电源地
14
串行数据输入端。
当CS为低电平时，数据在DCLK上升沿所存进来
7
附属AD通道
15
片选信号，控制转换时序和使能串行输入输出寄存器
8
附属AD通道
16
外部时钟信号输入
2.2ADS7843的内部结构及参考电压模式选择
ADS7843之所以能实现对触摸屏的控制，是因为其内部结构很容易实现电极电压的切换，并能进行快速A/D转换。
由于本人能力有限，内部结构图看的不是很懂，这里就不贴出来误导读者了。
但是电压参考模式还是很有必要弄明白。
ADS7843支持两种参考电压输入模式：
一种是参考电压固定为VREF，另一种采取差动模式，参考电压来自驱动电极。
两种模式分别如图4，图5所示。
图4固定参考电压模式图5差动输入模式
这两种模式可供用户自由选择。
固定参考电压模式中参考电压固定为VREF，采样完成后，可以关闭驱动开关以降低功耗。
也许有人会有疑惑，这种模式不是很好了吗？
为什么还要有差动模式输入呢？
这是因为你忽略了驱动开关的导通电阻，由于驱动开关的导通电阻和触摸屏电阻是串联的关系，有分压作用，因此会带来测量误差，所有就有了差动输入模式。
这种模式+REF和-REF的输入分别接在了Y+,Y-上，或者X+，X-上。
这样就消除了驱动开关的导通电阻引入的测量误差。
但是这种方式的缺点就是无论是采样还是转换过程，驱动开关都需要接通，这样功耗就增加了。
因此两种方式各有利弊，鱼和熊掌不可兼得啊！
2.3ADS7843控制字及数据传输格式
ADS7843的控制字如下表2所示。
表2ADS7843的控制字
Bit7
Bit6
Bit5
Bit4
Bit3
Bit2
Bit1
Bit0
S
A2
A1
A0
MODE
SER/DFR
PD1
PD0
Bit7：
S：
数据传输起始标志位，必须为1
Bit6~Bit4：
A2~A0：
通道选择位
Bit3：
MODE：
选择AD精度
1：
选择8位
0：
选择12位
Bit2：
SER/DFR：
选择参考电压模式
1：
固定参考电压模式
2：
差动输入模式
Bit1~Bit0：
PD1~PD0选择省电模式
00：
省电模式，允许中断
01：
省电模式，不允许中断
10：
保留
11：
禁止省电模式
为了完成一次电极电压切换和AD转换，需先往ADS7843发送控制字，转换完成后再读出电压转换值。
标准的一次转换需要24个时钟周期。
转换时序如下图6所示。
图6AD转换时序
3、程序设计
在这里声明一下，代码参考了正点原子的触摸程序。
有些地方做了改进，融入了一些自己的思想。
程序最终在正点原子的开发板上通过验证。
软件设计和硬件是密不可分，首先我们得弄清楚STM32的那些IO口和ADS7843相连接。
硬件连接如下图7所示。
在这里我没有用到笔接触中断引脚，程序设计中也没有用到中断。
图7ADS7843与STM32连接图
首先肯定是IO口初始化函数，由上图可以看出，要把PC0，PC13，PC3配置为输出，PC2配置为输入。
代码如下：
voidTouch_init（）
{
RCC->APB2ENR|=（1<<4）;//PC口时钟使能
GPIOC->CRL&=0xFFFF0000;
GPIOC->CRL|=0x00003883;//PC1,PC2配置为带上/下拉的输入
//PC0,PC3配置为推挽输出
GPIOC->CRH&=0xFF0FFFFF;
GPIOC->CRH|=0x00300000;//PC13配置为推挽输出
GPIOC->ODR|=（1<<0）|（1<<1）|（1<<2）|（1<<3）|（1<<13）;//PC0,PC1,PC2,PC3,PC13全部上拉
}
紧接着就是通过SPI向ADS7843写一个字节，由于SPI本人理解的不是很透彻，所以这里就直接用了正点原子的程序。
代码如下：
voidADS7843_WriteByte（unsignedchardata）
{
unsignedcharcount=0;
for（count=0;count<8;count++）
{
if（data&0x80）TDIN=1;
elseTDIN=0;
data=data<<1;
TCLK=0;
TCLK=1;//数据在上升沿锁存
}
}
下面就可以通过voidADS7843_WriteByte（unsignedchardata）这个函数先给ADS7843发送命令控制字，然后读出AD转换的结果。
代码如下：
unsignedintADS7843_ReadAD（unsignedcharcmd）
{
unsignedcharcount=0;
unsignedintnumber=0;
TCLK=0;//先拉低时钟
TCS=0;//选中ADS7843
ADS7843_WriteByte（cmd）;//发送命令字
delay_us（6）;//ADS7843转换时长最长为6us
TCLK=1;//给一个时钟清楚BUSY位
TCLK=0;
for（count=0;count<16;count++）
{
number<<=1;
TCLK=0;//下降沿有效
TCLK=1;
if（DOUT）number++;
}
number>>=4;//取高12位
TCS=1;//释放ADS7843
returnnumber;
}
调用一次ADS7843_ReadAD（unsignedcharcmd）这个函数，我们就可以读回AD转换的结果。
这个函数中cmd是什么呢?
它就是命令控制字，详细介绍请看表2。
在这里我们可以令CMD_RDX=0xD0，CMD_RDY=0x90。
其实就是读X方向AD值时把控制字的A2~A0配置为101，读Y方向AD值时把控制字的A2~A0配置为001。
都选择12位模式，差动输入，省电模式并允许中断，因此剩余的各位都是一样的。
调用一次这个函数就返回一次AD转换结果，但是往往转换一次与真实值之间存在很大的偏差，所以我们就需要转换多次，除掉最大值和最小值，然后求平均值的方法。
这样得到的结果才有意义。
前段时间在一本书中看到一句话，说进行AD转换，一次转换结果是毫无意义的，必须转换多次求平均值。
因此以后再遇到同样的问题，我就会用这种方式处理了。
求平均值代码如下：
#defineREAD_TIMES15//读取次数
#defineLOST_VAL5//丢弃数据个数
unsignedintADS7843_ReadAvgAD（unsignedcharcmd）
{
unsignedinti,j;
unsignedintAD_buffer[READ_TIMES];
unsignedintt;
unsignedintsum,AVG;
for（i=0;i{
AD_buffer[i]=ADS7843_ReadAD（cmd）;
}
for（j=0;j{
for（i=0;i{
if（AD_buffer[i]>AD_buffer[i+1]）
{
t=AD_buffer[i];
AD_buffer[i]=AD_buffer[i+1];
AD_buffer[i+1]=t;
}
}
}
sum=0;
for（i=LOST_VAL;i{
sum+=AD_buffer[i];
}
AVG=sum/（READ_TIMES-2*LOST_VAL）;//求取平均值
returnAVG;
}
通过调用ADS7843_ReadAvgAD（unsignedcharcmd），就得到了多次转换的平均值。
READ_TIMES次数越多，得到的结果就越准确，但是次数也不宜太多，否则求一次平均值的时间就会变长，一般在10~20就可以了。
通过以上代码就可以实现调用一次ADS7843_ReadAvgAD（unsignedcharcmd），就返回一次X方向或者Y方向的AD转换平均值。
但是这样做还是显得比较麻烦，得X方向和Y方向各调用一次才能知道一个点的AD转换结果。
那么可不可以用一个函数把这两次调用封装在一起呢？
可以！
代码如下：
unsignedcharRead_ADS7843（int*x,int*y）
{
intxtemp,ytemp;
xtemp=ADS7843_ReadAvgAD（CMD_RDX）;
ytemp=ADS7843_ReadAvgAD（CMD_RDY）;
if（xtemp<100||ytemp<100）return0;//读取失败
else
{
*x=xtemp;
*y=ytemp;
return1;//读取成功
}
}
这个函数首先把读到的X方向平均值存到xtemp中，把读到的Y方向的平均值存到ytemp中，然后判断这两个值是否小于100，如果小于100，则返回0，认为读取失败。
因为我们的触摸屏是放在TFT上面，他们的起始坐标并不一样。
如下图8所示。
图8TFT和触摸屏位置示意图
从图上我们可以看到，触摸屏要比下面的TFT要大。
当我们的笔触摸到TFT的外面时，AD转换还是会有结果，一般会小于100，但是这样的结果是没有意义的，我们并不需要这样的结果，因此return0，认为读取失败。
当读取到的AD值大于100，则认为转换是有效的，然后把xtemp存入形参*x指定的地址中，把ytemp存入形参*y指定的地址中，并return1，表示读取成功。
在正点原子的教程中他称之为滤波，暂且这么叫吧。
那么调用一次Read_ADS7843（int*x,int*y），通过返回值就可知道读取的AD值是否有效。
如果有效就把数据存入*x,*y指定的地址中。
这样我们就知道了触点X,Y方向的AD值了。
但是这样做精确度还是不够高，那么就想出一种办法，调用两次Read_ADS7843（int*x,int*y）函数，把两次得到的X方向AD值和Y方向AD值进行比较，如果超过了误差允许范围则认为读取失败。
这样做精确度将大大的提高。
代码如下：
#defineERR_RANGE50
unsignedcharRead_ADS7843Two（int*x,int*y）
{
intx1,y1;
intx2,y2;
unsignedcharflag;
flag=Read_ADS7843（&x1,&y1）;
if（flag==0）return0;
flag=Read_ADS7843（&x2,&y2）;
if（flag==0）return0;
if（（（x2<=x1&&x1&&（（y2<=y1&&y1{
*x=（x1+x2）/2;//把两次采集到的数据求平均值存到*x,*y中
*y=（y1+y2）/2;
return1;
}
else
{
return0;
}
}
通过调用Read_ADS7843Two（int*x,int*y），得到的笔触点X，Y方向的AD值就很精确了，再通过相关的计算转化就可以得到实际的坐标了。
以上内容就是如何准确的得到一个触点X，Y方向的AD值。
有了上述的准备，下面就要把读到的AD值和实际坐标一一对应起来。
比方说我们的笔触摸到屏幕上一点，如下图9所示，返回的AD值为（1600,1200），即触点X方向AD值为1600，Y方向AD值为1200，那么我们怎么把AD值转换成实际坐标呢？
图9笔触摸到屏幕上一点示意图
这里就要引入校正了，因为我们在实际中没办法确定TFT屏的原点，那么我们只能在TFT屏上先确定4个点，如图10所示。
图104个校准点和实际坐标
这4个点的坐标我们是知道的，然后用笔去触摸这4个点，记录下这四个点的AD值，分别为（AD_x1，AD_y1）,（AD_x2，AD_y2）,（AD_x3，AD_y3）,（AD_x4，AD_y4）。
假如触摸屏幕上某点，得到的AD坐标为（AD_X,AD_Y）,那么实际坐标：
代码如下：
voidTouch_Adjust（void）
{
unsignedintPosition_Temp[4][2];//存放四个点的AD值
unsignedlongtemp1,temp2;//计算中间变量
unsignedintd1,d2,d3,d4;
floatfac1,fac2;
while
（1）
{
lcd_clear（WHITE）;
lcd_draw_line（10,20,30,20）;
lcd_draw_line（20,10,20,30）;
while（!
Read_ADS7843Two（&AD_X,&AD_Y））;
Position_Temp[0][0]=AD_X;//x1
Position_Temp[0][1]=AD_Y;//y1
delay_ms（400）;
lcd_clear（WHITE）;
lcd_draw_line（210,20,230,20）;
lcd_draw_line（220,10,220,30）;
while（!
Read_ADS7843Two（&AD_X,&AD_Y））;
Position_Temp[1][0]=AD_X;//x2
Position_Temp[1][1]=AD_Y;//y2
delay_ms（400）;
lcd_clear（WHITE）;
lcd_draw_line（10,300,30,300）;
lcd_draw_line（20,290,20,310）;
while（!
Read_ADS7843Two（&AD_X,&AD_Y））;
Position_Temp[2][0]=AD_X;//x3
Position_Temp[2][1]=AD_Y;//y3
delay_ms（400）;
lcd_clear（WHITE）;
lcd_draw_line（210,300,230,300）;
lcd_draw_line（220,290,220,310）;
while（!
Read_ADS7843Two（&AD_X,&AD_Y））;
Position_Temp[3][0]=AD_X;//x4
Position_Temp[3][1]=AD_Y;//y4
delay_ms（400）;
temp1=abs（Position_Temp[0][0]-Position_Temp[1][0]）;//x1-x2
temp2=abs（Position_Temp[0][1]-Position_Temp[1][1]）;//y1-y2
temp1*=temp1;
temp2*=temp2;
d1=sqrt（temp1+temp2）;//得到（x1,y1）和（x2,y2）之间的距离
temp1=abs（Position_Temp[2][0]-Position_Temp[3][0]）;//x3-x4
temp2=abs（Position_Temp[2][1]-Position_Temp[3][1]）;//y3-y4
temp1*=temp1;
temp2*=temp2;
d2=sqrt（temp1+temp2）;//得到（x3,y3）和（x4,y4）之间的距离
fac1=（float）d1/d2;//两条水平线长度之比
temp1=abs（Position_Temp[0][0]-Position_Temp[2][0]）;//x1-x3
temp2=abs（Position_Temp[0][1]-Position_Temp[2][1]）;//y1-y3
temp1*=temp1;
temp2*=temp2;
d3=sqrt（temp1+temp2）;//得到（x1,y1）和（x3,y3）之间的距离
temp1=abs（Position_Temp[1][0]-Position_Temp[3][0]）;//x2-x4
temp2=abs（Position_Temp[1][1]-Position_Temp[3][1]）;//y2-y4
temp1*=temp1;
temp2*=temp2;
d4=sqrt（temp1+temp2）;//得到（x2,y2）和（x4,y4）之间的距离
fac2=（float）d3/d4;//两条垂直线长度之比
if（fac1<0.95||fac1>1.05||fac2<0.95||fac2>1.05||d1==0||d2==0||d3==0||d4==0）
//任何一个条件不满足都认为是校验失败，则会继续循环执行校验程序，直到校验成功才会退出
{
lcd_show_string（100,150,"ERROR"）;//显示校验失败
}
else
{
fac_x=（float）200.0*2/（d1+d2）;//x方向校准因数fac_x=200.0*2/（d1+d2）
fac_y=（float）280.0*2/（d3+d4）;//y方向校准因数fac_y=280.0*2/（d3+d4）
AD_x1=Position_Temp[0][0];//把起点坐标（x1,y1）的AD值存入AD_x1和AD_y1中
AD_y1=Position_Temp[0][1];
/*把xy方向的校准因数和起点坐标（x1,y1）的AD值存入24C02*/
AT24CXX_WriteOneByte（0x00,（unsignedchar）（fac_x*1000））;
AT24CXX_WriteOneByte（0x01,（unsignedchar）（fac_y*1000））;
AT24CXX_WriteOneByte（0x02,（unsignedchar）（AD_x1/256））;
AT24CXX_WriteOneByte（0x03,（unsignedchar）（AD_x1%256））;
AT24CXX_WriteOneByte（0x04,（unsignedchar）（AD_y1/256））;
AT24CXX_WriteOneByte（0x05,（unsignedchar）（AD_y1%256））;
lcd_show_string（100,150,"RIGHT"）;//显示校验成功
delay_ms（1000）;
delay_ms（1000）;
lcd_clear（WHITE）;
break;//退出校验循环程序
}
}
}
在main函数中有一个按键检测函数，当检测到按键按下时就进入了屏幕校准程序。
屏幕校准程序是一个while
（1）循环，首先会显示一个+的符号在屏幕左上角，然后有一个while等待，只有你校验了这个点，程序才能向下继续执行，否则就在那个位置循环等死。
重复四次后，四个点的AD值被存入了Position_Temp[4][2]这个数组中。
然后计算出（x1,y1）和（x2,y2）之间的距离d1和（x3,y3）和（x4,y4）之间的距离d2，把这两个水平距离相除得到一个比值fac1。
再计算出（x1,y1）和（x3,y3）之间的距离d3和（x2,y2）和（x4,y4）之间的距离d4，把这两个竖直方向的距离相除得到一个比值fac2。
如果0.95
升级会员 