XPT2046触摸屏实验过程详解与STM32代码解析

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：

/**********************************************************************

*FunctionName：TOUCH_Init

*Description：初始化触摸屏

*Input：None

*Output：None

*Return：None

**********************************************************************/

voidTOUCH_Init（void）

{

GPIO_InitTypeDefGPIO_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

}

}

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。

/**********************************************************************

*FunctionName：SPI1_Config

*Description：初始化SPI2

*Input：None

*Output：None

*Return：None

*********************************************************************/

voidSPI1_Config（void）

{

GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;SPI_InitTypeDefSPI_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SPISPI_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）;

}

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。

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。

/**************************************************************************

*FunctionName：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

**************************************************************************/

staticuint16_tTOUCH_ReadData（uint8_tcmd）

{

uint8_ti，j;

uint16_treadValue［TOUCH_READ_TIMES］，value;

uint32_ttotalValue;

/*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）;

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）;

returnvalue;

}

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：

/**************************************************************************

*FunctionName：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

**************************************************************************/

staticuint8_tTOUCH_ReadXY（uint16_t*xValue，uint16_t*yValue）

{

uint16_txValue1，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））

{

return0xFF;

}

/*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））

{

return0xFF;

}

return0;

}

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。

/**************************************************************************

*FunctionName：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

**************************************************************************/

staticvoidTOUCH_Adjust（void）

{

uint16_tpx［2］，py［2］，xPot［4］，yPot［4］;

floatxFactor，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））;

}

/*************************************************************************

*FunctionName：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_tTOUCH_Scan（void）

{

if（TOUCH_PEN==0）//查看是否有触摸

{

if（TOUCH_ReadXY（&TouchData.x，&TouchData.y））//没有触摸

{

return0xFF;

}

/*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;

}

return0;

}

return0xFF;

}