【13】、STM32F767——————>电阻触摸屏(XPT2046 模拟SPI)

简述：
1. 触摸屏又称控制面板，它是一种把触摸位置转换成坐标数据的输入设备；
按检测原理分类：
1. 电阻式触摸屏：
  1. 优点：价格便宜，抗干扰能力强；
  2. 缺点：单点触控，压力感应，经常校准，表面易刮花，易磨损；
2. 电容式触摸屏：
  1. 优点：多点触控，不用校准，检测精度高；
  2. 缺点：只能感应导电物体，表面有水珠时影响检测结果；

电阻式触摸屏检测原理：

触摸屏结构：
触摸原理：
1. 当触摸屏按下时，XY的IOT层相互接触(类似于薄膜键盘，按键按下，触点将上面两面导通，从而检测键盘位置)，从触点处把ITO层分为两个电阻，由于均匀导电的关系，两个电阻的大小与触点离两电极的距离成比例关系，利用这个特性；可通过下述过程来检测坐标；
检测原理：
1. 等效电路：
2. 原理描述：
  1. X坐标计算：
    1. X+电极接驱动电压Vref，X-极接地，因此X+与X-之间形成了匀强电场，触点处的电压通过Y+电极采集得到；触点电压/驱动电压 = 触点X坐标/屏宽；
    2. 公式为：X = Vy+(Y+采集到的触点电压)*Width / Vref(X+所施加电压)
  2. Y坐标计算：原理同上
    1. Y+电极接驱动电压Vref，Y-极接地，因此Y+与Y-之间形成了匀强电场，触点处的电压通过X+电极采集得到；触点电压/驱动电压 = 触点X坐标/屏宽；
    2. 公式为：Y = Vx+(X+采集到的触点电压)*Hight / Vref(Y+所施加电压)
常用电阻触摸芯片：电阻触摸为4线制
1. XPT2046、ADS7843、ADS7846这三款芯片完全兼容；
XPT2046芯片介绍：
1. 工作电压：2.2v~5.25v
2. 支持1.5V~5.25V的数字I/O口
3. 内建2.5V参考电压源
4. SPI3线控制通信
  1. (开发板没有接到SPI接口，此处软件模拟)
5. 模拟输入：
  1. 差分输入：本例程所用方式
  2. 单端输入：
6. 自动Power-Down功能
芯片框图：
电气连接(软件模拟驱动)：
1. DCLK：外部时钟输入信号； ---------->PH6
2. CS：片选信号，低电平有效； ---------->PI8
3. DIN：串行数据输入端，CS为低电平时，数据在DCLK上升沿锁存进来； ---------->PI3
4. DOUT：串行数据输出端，CS为高电平时，数据在DCLK下升沿锁存进来； ---------->PG3
5. PENIRQ：笔接触中断引脚； ---------->PH7
时序框图：
1. 读/写时序图：
2. 输入配置寄存器详解：
3. S位始终为1；
4. 通道位只看红线标注的地方；
5. 其他位默认为0；
6. 两个读指令：
  1. X轴：0xd0;
  2. Y轴：0x90;
初始化例程：
1. I/O端口初始化；
2. 触摸芯片初始化；
3. 上电读取存储器数据，是否有校准触摸屏，若无进行校准，也可以用按键做强制校准；并保存数据
4. 计算坐标，并在液晶屏显示

管脚初始化：

 /*********************************************************
 * 函数名：void BSP_Touch_IOInit(void)
 * 描述  ：
 * 输入  ：无
 * 输出  ：无
 * 返回  ：无 
 * 调用  ：内部调用 
 **********************************************************/
void BSP_Touch_IOInit(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
 
    __HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE();			//开启GPIOH时钟
    __HAL_RCC_GPIOI_CLK_ENABLE();			//开启GPIOI时钟
    __HAL_RCC_GPIOG_CLK_ENABLE();			//开启GPIOG时钟
    
    //PH6
    GPIO_InitStruct.Pin=GPIO_PIN_6;            //PH6
    GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;  //推挽输出
    GPIO_InitStruct.Pull=GPIO_PULLUP;          //上拉
    GPIO_InitStruct.Speed=GPIO_SPEED_HIGH;     //高速
    HAL_GPIO_Init(GPIOH,&GPIO_InitStruct);     //初始化
    
    //PI3,8
    GPIO_InitStruct.Pin=GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_8; //PI3,8
    HAL_GPIO_Init(GPIOI,&GPIO_InitStruct);     //初始化
    
    //PH7
    GPIO_InitStruct.Pin=GPIO_PIN_7;            //PH7
    GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_INPUT;      //输入
    HAL_GPIO_Init(GPIOH,&GPIO_InitStruct);     //初始化
    
    //PG3
    GPIO_InitStruct.Pin=GPIO_PIN_3;            //PG3
    HAL_GPIO_Init(GPIOG,&GPIO_InitStruct);     //初始化 
}

写命令函数

 /*********************************************************
 * 函数名：void BSP_Touch_WriteByte(u8 num)
 * 描述  ：向控制芯片写入一个命令数据
 * 输入  ：时序：CS为低电平，CLK上升沿锁存数据； 
 * 输出  ：无
 * 返回  ：无 
 * 调用  ：内部调用 
 **********************************************************/
void BSP_Touch_WriteByte(u8 num)
{
	u8 count=0;   
	for(count=0;count<8;count++)  
	{ 	  
		if(num&0x80)
            TDIN(1);  
		else
            TDIN(0);   
		num<<=1;    
		TCLK(0); 
		delay_us(1);
		TCLK(1);		//上升沿有效	        
	}	
}

读命令函数

 /*********************************************************
 * 函数名：u16 BSP_Touch_ReadAD(u8 cmd)
 * 描述  ：读取X/Y轴坐标，并返回AD值； 2^12 = 4096;
 * 输入  ：
 * 输出  ：无
 * 返回  ： 
 * 调用  ：内部调用 
 **********************************************************/
u16 BSP_Touch_ReadAD(u8 cmd)
{
	u8 count=0; 	  
	u16 Num=0; 
	TCLK(0);		//先拉低时钟 	 
	TDIN(0); 	//拉低数据线
	TCS(0); 		//选中触摸屏IC
	BSP_Touch_WriteByte(cmd);//发送命令字
	delay_us(6);//ADS7846的转换时间最长为6us
	TCLK(0); 	     	    
	delay_us(1);    	   
	TCLK(1);		//给1个时钟，清除BUSY
	delay_us(1);    
	TCLK(0); 	     	    
	for(count=0;count<16;count++)//读出16位数据,只有高12位有效 
	{ 				  
		Num<<=1; 	 
		TCLK(0);	//下降沿有效  	    	   
		delay_us(1);    
 		TCLK(1);
 		if(DOUT)Num++; 		 
	}  	
	Num>>=4;   	//只有高12位有效.
	TCS(1);		//释放片选	 
	return(Num);   
}

连续采样5次，丢掉最大最小剩余数求平均值

 /*********************************************************
 * 函数名：u16 BSP_Touch_XYAverage(u8 xy)
 * 描述  ：带滤波的坐标读取(X/Y),读取5次数据； 
 * 输入  ：f
 * 输出  ：无
 * 返回  ： 
 * 调用  ：内部调用 
 **********************************************************/
u16 BSP_Touch_XYAverage(u8 xy)
{
	u16 i, j;
	u16 buf[AVERAGE_TIMES];
	u16 sum=0;
	u16 temp;
	for(i=0;i<AVERAGE_TIMES;i++)
        buf[i]=BSP_Touch_ReadAD(xy);		 		    
	for(i=0;i<AVERAGE_TIMES-1; i++)//排序
	{
		for(j=i+1;j<AVERAGE_TIMES;j++)
		{
			if(buf[i]>buf[j])//升序排列
			{
				temp=buf[i];
				buf[i]=buf[j];
				buf[j]=temp;
			}
		}
	}	  
	sum=0;
	for(i=LOST_AVE;i<AVERAGE_TIMES-LOST_AVE;i++)
        sum+=buf[i];
	temp=sum/(AVERAGE_TIMES-2*LOST_AVE);
    
	return temp;  
}

误差值：连续采样2次，误差范围在设定范围内，坐标正确

 /*********************************************************
 * 函数名：u8 BSP_Touch_XYErr_Range(u16 *x,u16 *y)
 * 描述  ：连续采样2次； 误差范围在50以内，正确； 
 * 输入  ：
 * 输出  ：无
 * 返回  ： 
 * 调用  ：内部调用 
 **********************************************************/
u8 BSP_Touch_XYErr_Range(u16 *x,u16 *y)
{
    u16 x1,x2,y1,y2;
    
    x1 = BSP_Touch_XYAverage(CMD_RDX);
    y1 = BSP_Touch_XYAverage(CMD_RDY);
    
    x2 = BSP_Touch_XYAverage(CMD_RDX);
    y2 = BSP_Touch_XYAverage(CMD_RDY);

    if(((x2<=x1&&x1<x2+ERR_RANGE)||(x1<=x2&&x2<x1+ERR_RANGE))//前后两次采样在+-50内
    &&((y2<=y1&&y1<y2+ERR_RANGE)||(y1<=y2&&y2<y1+ERR_RANGE)))
    {
        *x=(x1+x2)/2;
        *y=(y1+y2)/2;
        return 1;
    }
    else
        return 0;
}

校准算法：4点校准，对边相等，对角相等判断为正确

 //对边相等
                    TP_temp1 = abs(TP_Value[1][0] - TP_Value[0][0]);    //x2 - x1;
                    TP_temp2 = abs(TP_Value[1][1] - TP_Value[0][1]);    //y2 - y1;
                    TP_temp1 *= TP_temp1;
                    TP_temp2 *= TP_temp2;
                    TP_d1 = sqrt(TP_temp1 + TP_temp2); //得到1，2的距离；
                
                    TP_temp1 = abs(TP_Value[3][0] - TP_Value[2][0]);    //x4 - x3;
                    TP_temp2 = abs(TP_Value[3][1] - TP_Value[2][1]);    //y4 - y3;
                    TP_temp1 *= TP_temp1;
                    TP_temp2 *= TP_temp2;
                    TP_d2 = sqrt(TP_temp1 + TP_temp2); //得到3，4的距离； 
                
                    TP_fac = (float)TP_d1/TP_d2;
                
  					if(TP_fac<0.95||TP_fac>1.05||TP_d1==0||TP_d2==0)//不合格
					{
						count=0;
 				    	BSP_Touch_DrawPoint(BSP_LCD_InitStructure.width - 20,BSP_LCD_InitStructure.height - 20,WHITE);	//清除点4
   	 					BSP_Touch_DrawPoint(20,20,RED);     //画点1
                        BSP_LCD_ShowString(40,40,160,100,16,(u8*)TP_Again_Adjust_MSG);//提示开始校准；
                        continue;
					}                  
                    //对角线相等
                    TP_temp1 = abs(TP_Value[3][0] - TP_Value[0][0]);    //x4 - x1;
                    TP_temp2 = abs(TP_Value[3][1] - TP_Value[0][1]);    //y4 - y1;
                    TP_temp1 *= TP_temp1;
                    TP_temp2 *= TP_temp2;
                    TP_d1 = sqrt(TP_temp1 + TP_temp2); //得到1，4的距离；
                
                    TP_temp1 = abs(TP_Value[2][0] - TP_Value[1][0]);    //x3 - x2;
                    TP_temp2 = abs(TP_Value[2][1] - TP_Value[1][1]);    //y3 - y2;
                    TP_temp1 *= TP_temp1;
                    TP_temp2 *= TP_temp2;
                    TP_d2 = sqrt(TP_temp1 + TP_temp2); //得到2，3的距离； 
                
                    TP_fac = (float)TP_d1/TP_d2;
                
  					if(TP_fac<0.95||TP_fac>1.05)//不合格
					{
						count=0;
 				    	BSP_Touch_DrawPoint(BSP_LCD_InitStructure.width - 20,BSP_LCD_InitStructure.height - 20,WHITE);	//清除点4
   	 					BSP_Touch_DrawPoint(20,20,RED);     //画点1
                        BSP_LCD_ShowString(40,40,160,100,16,(u8*)TP_Again_Adjust_MSG);//提示开始校准；
                        continue;
					}                     
                    
                    //计算正确
                    TP_xfac = (float)(BSP_LCD_InitStructure.width - 40)/(TP_Value[1][0] - TP_Value[0][0]); //得到xfac;
                    TP_xoff = (BSP_LCD_InitStructure.width - TP_xfac*(TP_Value[1][0] + TP_Value[0][0]))/2; //得到xoff;
 
                    TP_yfac = (float)(BSP_LCD_InitStructure.height - 40)/(TP_Value[2][1] - TP_Value[0][1]); //得到Yfac;
                    TP_yoff = (BSP_LCD_InitStructure.height - TP_yfac*(TP_Value[2][1] + TP_Value[0][1]))/2; //得到Yoff;

坐标转换：

            Touch_X = TP_xfac * Touch_X + TP_xoff;
            Touch_Y = TP_yfac * Touch_Y + TP_yoff;

总结：触摸算法多种多样，可以选择其他算法；
参考资料：
1. 正点原子：STM32F7 开发指南(HAL 库版)
2. 野火：STM32 HAL 库开发实战指南

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