雅特力AT32 MCU實(shí)現(xiàn)SPI驅(qū)動(dòng)觸摸屏應(yīng)用程序的一般方法

對(duì)于四線電阻式觸摸屏的結(jié)構(gòu)如下圖1，在玻璃或丙烯酸基板上覆蓋有兩層透平，均勻?qū)щ姷腎TO層，分別做為X電極和Y電極，它們之間由均勻排列的透明格點(diǎn)分開(kāi)絕緣。其中下層的ITO與玻璃基板附著，上層的ITO附著在PET薄膜上。X電極和Y電極的正負(fù)端由“導(dǎo)電條”（圖中黑色條形部分）分別從兩端引出，且X電極和Y電極導(dǎo)電條的位置相互垂直。引出端X-，X+，Y-，Y+一共四條線，這就是四線電阻式觸摸屏名稱(chēng)的由來(lái)。當(dāng)有物體接觸觸摸屏表面并施以一定的壓力時(shí)，上層的ITO導(dǎo)電層發(fā)生形變與下層ITO發(fā)生接觸，該結(jié)構(gòu)可以等效為相應(yīng)的電路，如下圖2。圖1. 觸摸屏結(jié)構(gòu)圖

圖2. 觸摸屏等效電路

計(jì)算觸點(diǎn)的X，Y坐標(biāo)分為如下兩步：1) 計(jì)算Y坐標(biāo)，在Y+電極施加驅(qū)動(dòng)電壓Vdrive，Y-電極接地，X+做為引出端測(cè)量得到接觸點(diǎn)的電壓，由于ITO層均勻?qū)щ?，觸點(diǎn)電壓與Vdrive電壓之比等于觸點(diǎn)Y坐標(biāo)與屏高度之比。2) 計(jì)算X坐標(biāo)，在X+電極施加驅(qū)動(dòng)電壓Vdrive，X-電極接地，Y+做為引出端測(cè)量得到接觸點(diǎn)的電壓，由于ITO層均勻?qū)щ?，觸點(diǎn)電壓與Vdrive電壓之比等于觸點(diǎn)X坐標(biāo)與屏寬度之比。

測(cè)得的電壓通常由ADC轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，再進(jìn)行簡(jiǎn)單處理就可以做為坐標(biāo)判斷觸點(diǎn)的實(shí)際位置。四線電阻式觸摸屏除了可以得到觸點(diǎn)的X/Y坐標(biāo)，還可以測(cè)得觸點(diǎn)的壓力，這是因?yàn)閠op layer施壓后，上下層ITO發(fā)生接觸，在觸點(diǎn)上實(shí)際是有電阻存在的。壓力越大，接觸越充分，電阻就越小，通過(guò)測(cè)量這個(gè)電阻的大小可以量化壓力大小。

通常在觸摸屏應(yīng)用中對(duì)于觸摸屏控制有專(zhuān)門(mén)的控制芯片，主要就是為了完成兩個(gè)任務(wù)：其一，完成電極電壓的切換；其二，采集接觸點(diǎn)處的電壓值（ADC數(shù)據(jù)）。本案例中觸摸屏使用的觸摸感應(yīng)驅(qū)動(dòng)芯片為XPT2046，顯示器驅(qū)動(dòng)芯片為ILI9341，下面將分別做介紹。

觸摸感應(yīng)器

觸摸感應(yīng)器使用的驅(qū)動(dòng)芯片為XPT2046，其包含了采樣/保持、模數(shù)轉(zhuǎn)換、串口數(shù)據(jù)輸出等功能。同時(shí)芯片集成有一個(gè)2.5V的內(nèi)部參考電壓源、溫度檢測(cè)電路，工作時(shí)使用外部時(shí)鐘。XPT2046可以單電源供電，電源電壓范圍為2.7V～5.5V。參考電壓值直接決定ADC的輸入范圍，參考電壓可以使用內(nèi)部參考電壓，也可以從外部直接輸入1V～VCC范圍內(nèi)的參考電壓（要求外部參考電壓源輸出阻抗低）。X、Y、Z、VBAT、Temp和AUX模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)片內(nèi)的控制寄存器選擇后進(jìn)入ADC，ADC可以配置為單端或差分模式。選擇VBAT、Temp和AUX時(shí)可以配置為單端模式；作為觸摸屏應(yīng)用時(shí)，可以配置為差分模式，這可有效消除由于驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)的寄生電阻及外部的干擾帶來(lái)的測(cè)量誤差，提高轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度。圖3. XPT2046原理框圖

LCD顯示器

LCD顯示器為一塊240*320的RGB屏幕，使用驅(qū)動(dòng)芯片為ILI9341。ILI9341能夠支持并行和串行數(shù)據(jù)總線，此案例中我們使用串行總線接口（SPI）來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。ILI9341驅(qū)動(dòng)器能夠通過(guò)窗口地址函數(shù)在內(nèi)部GRAM中指定動(dòng)態(tài)圖像的區(qū)域，并且可選擇地更新此窗口區(qū)域，這樣就可以在獨(dú)立于靜態(tài)圖像區(qū)域的同時(shí)顯示動(dòng)態(tài)圖像。ILI9341支持全彩色，8色顯示模式和休眠模式，能夠通過(guò)軟件進(jìn)行精確的電源控制，使得ILI9341能夠作為手機(jī)、MP3和PMP等便攜設(shè)備理想的液晶驅(qū)動(dòng)器。

觸摸屏工作原理

下面將對(duì)XPT2046驅(qū)動(dòng)芯片的工作原理進(jìn)行介紹。

模擬輸入

下圖描述了XPT2046片內(nèi)多路選擇器、ADC的模擬差分輸入和差分參考電壓基準(zhǔn)。圖4. 模擬輸入簡(jiǎn)圖

內(nèi)部參考電壓

XPT2046的內(nèi)部2.5V參考電壓源可通過(guò)控制位PD1進(jìn)行關(guān)閉或者打開(kāi)。一般地，內(nèi)部參考電壓只用于單端模式下Vbatt、Temp和AUX輸入測(cè)量。使用差分模式，觸摸屏可以獲得最佳性能。如果要與ADS7843兼容，XPT2046的內(nèi)部參考電壓源必須強(qiáng)行關(guān)閉。因此，上電后要對(duì)控制位PD1置0以確保關(guān)閉內(nèi)部參考源。圖5. 內(nèi)部電壓源示意圖

外部參考電壓輸入

+REF和－REF（見(jiàn)圖3）之間的電壓差（下文用VREF表示）決定了模擬輸入的電壓范圍。XPT2046的參考電壓輸入范圍為1V~VCC。參考電壓越低，則ADC輸出的二進(jìn)制數(shù)據(jù)結(jié)果每一個(gè)數(shù)字位所代表的模擬電壓也越低。在12位工作方式下，數(shù)據(jù)結(jié)果的最低位所代表的模擬電壓為VREF／4096，其余位依此類(lèi)推。因此，參考電壓越低，干擾引入的誤差會(huì)越大，此時(shí)要求盡可能使用低噪聲、低波動(dòng)的參考電壓源；在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，盡可能減少干擾，輸入的信號(hào)噪音也不能太高，否則會(huì)直接影響轉(zhuǎn)換精度。

差分工作模式

如前所述，當(dāng)觸摸感應(yīng)器XPT2046作為觸摸屏應(yīng)用時(shí)，可以配置為差分模式。差分模式的優(yōu)點(diǎn)是：+REF和-REF的輸入分別直接接到Y(jié)P、YN上，可消除由于驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻引入的坐標(biāo)測(cè)量誤差。缺點(diǎn)是：無(wú)論是采樣還是轉(zhuǎn)換過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)都需要接通，相對(duì)單端模式而言，功耗會(huì)有增加。當(dāng)SER/DFR置為低電平時(shí)，XPT2046為差分工作模式，如下圖所示。圖6. 差分參考源工作模式簡(jiǎn)圖

軟件流程

接下來(lái)將簡(jiǎn)單介紹本案例的觸摸屏驅(qū)動(dòng)軟件代碼流程。首先上電之后需要對(duì)所用到的外設(shè)進(jìn)行初始化，包括CRM、GPIO、SPI和DMA等外設(shè)。外設(shè)初始化完成后即可開(kāi)始進(jìn)行觸摸校準(zhǔn)，通過(guò)調(diào)用touch_adjust()函數(shù)完成。校準(zhǔn)完成后會(huì)在屏幕顯示一系列的校準(zhǔn)參數(shù)，用于后續(xù)計(jì)算觸摸坐標(biāo)使用。隨后，即可開(kāi)始進(jìn)行觸摸測(cè)試，測(cè)試過(guò)程中會(huì)在屏幕畫(huà)出已觸摸的坐標(biāo)點(diǎn)，以及坐標(biāo)值。還設(shè)置了清屏按鈕，點(diǎn)擊即可清除屏幕已顯示內(nèi)容和坐標(biāo)值。為了提高數(shù)據(jù)傳輸效率，此demo中清屏和畫(huà)點(diǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)DMA-SPI進(jìn)行傳輸，軟件流程圖如下：圖7. 軟件流程圖注：由于觸摸校準(zhǔn)對(duì)觸摸功能來(lái)說(shuō)是必須完成的，如果未完成校準(zhǔn)則無(wú)法進(jìn)行后續(xù)的工作。

觸摸屏快速使用方法

硬件資源

1) AT32-Video-EV2) 2.4寸TFT_LCD3) AT-START-F403A V1.2實(shí)驗(yàn)板圖8. 觸摸屏硬件資源圖Note:1.該demo是基于AT32F403A的硬件條件，若使用者需要在AT32其他型號(hào)上使用，請(qǐng)修改相應(yīng)配置即可。2.供電部分：使用電源供電，或USB線供電（勿使用Link單獨(dú)供電）。

軟件資源

AN0154_LCD_Touch_Sourcecode，觸摸屏案例測(cè)試代碼，工程路徑位于：Sourcecode\utilities\mdk_v5

關(guān)鍵代碼

1) 觸摸點(diǎn)坐標(biāo)獲取函數(shù)，用于獲取觸摸坐標(biāo)值，關(guān)鍵代碼如下：2) 觸摸校準(zhǔn)函數(shù)，用于獲取校準(zhǔn)參數(shù)，關(guān)鍵代碼如下：3) 觸摸屏測(cè)試函數(shù)，用于測(cè)試觸摸屏，關(guān)鍵代碼如下：4) LCD清屏函數(shù)，用于清除顯示內(nèi)容，關(guān)鍵代碼如下：5) LCD畫(huà)點(diǎn)函數(shù)，用于顯示觸摸坐標(biāo)點(diǎn)，關(guān)鍵代碼如下：

LCD Touch demo 使用

LCD Touch demo使用步驟如下：1) 編譯下載觸摸屏案例測(cè)試代碼。2) 觸摸屏進(jìn)入校準(zhǔn)界面，依次點(diǎn)擊四個(gè)校準(zhǔn)坐標(biāo)點(diǎn)，如下圖8。3) 校準(zhǔn)完成后LCD會(huì)顯示校準(zhǔn)信息，包含四個(gè)校準(zhǔn)參數(shù)VX、VY、CHX和CHY，如下圖9。4) 點(diǎn)擊屏幕任意處，將會(huì)跳轉(zhuǎn)到觸摸屏測(cè)試界面，此時(shí)觸摸屏?xí)⒂|摸點(diǎn)繪制在LCD上，還會(huì)實(shí)時(shí)顯示觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)，點(diǎn)擊Clear按鈕將清除界面，如下圖10。圖9. 觸摸屏校準(zhǔn)界面圖10. 觸摸屏校準(zhǔn)信息圖11. 觸摸屏測(cè)試界面