单片机---HLK-W801驱动触摸屏

背景介绍

最近在学习lvgl，这是个开源的嵌入式图像显示框架，足够支撑一些资源匮乏的单片机，来显示一些看起来比较专业的界面，例如下面这种

还有这种

是不是很酷

放下Lvgl姑且不表。因为是用户操作的界面，现在的大部分屏幕都可以配备触摸操作，不再需要额外的键盘鼠标，所以，今天就来学习一下配置我手中这块支持触摸的屏幕。

电阻屏

不像我们的手机，嵌入式设备大部分配备的是电阻屏，因为精准度高，并且廉价。

最常见的就是我这种4线电阻屏。就是4根线，X+，X-，Y+，Y-。
原理如下：
四线主要是由镀有ITO镀层的两层薄膜所组成。其中的一层在屏幕的左右边缘，各有一条垂直的总线，另外一层是在屏幕的顶部和底部都各有一条水平的总线。如果你在一层的薄膜两条总线上施加以电压，那么在ITO的镀层之上就会形成一个均匀的电场。当其使用者触击到触摸屏时，触击点的两层薄膜就会发生接触，在另外一层的薄膜之上就可以测量到接触点的电压值了。

那么4根线如何测量呢
首先第一步：在X-上施加于0V电压，X+上施加于VCC，然后测量Y-（或者Y+）电极上的电压值VPX，然后计算出接触点P的X座标。
第二步：在Y-上施加于0V的电压，在Y+上施加VCC，测量出X-（或X+）电极上的电压值VPY。然后计算出接触点P的Y座标。
以上的两个步骤可以组成一个测量周期，可以得到一组(X,Y)的座标。

以上内容出自《四线式电阻屏工作时的基本工作原理介绍 》

ADC测量法（免费法）

原理上的方法，我暂且称之为ADC测量法，因为是通过ADC测量电压得到的。既然原理清晰了，那么就可以开始解决了，利用4个GPIO，连接屏幕的4线，按照测量方法，进行编程。这叫需求转化代码。

关键代码

//获取x y 的值 x,y 为指针，指向存储的变量void get_map_x_y(int* x,int* y){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;//读 X 值//配置 X+为高 推挽  X-为低   推挽 GPIO_InitStruct.Pin = P_TOUCH_X_JIA;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;HAL_GPIO_Init(P_TOUCH_PORT, &GPIO_InitStruct);HAL_GPIO_WritePin(P_TOUCH_PORT, P_TOUCH_X_JIA, GPIO_PIN_SET);GPIO_InitStruct.Pin = P_TOUCH_X_JIAN;HAL_GPIO_Init(P_TOUCH_PORT, &GPIO_InitStruct);HAL_GPIO_WritePin(P_TOUCH_PORT, P_TOUCH_X_JIAN, GPIO_PIN_RESET);//配置 Y+为adc模式 Y-为浮空输入hadcy.Instance = ADC;hadcy.Init.channel = P_TOUCH_Y_CH;hadcy.Init.freq = 1000;if (HAL_ADC_Init(&hadcy) != HAL_OK){Error_Handler();}GPIO_InitStruct.Pin = P_TOUCH_Y_JIAN;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;HAL_GPIO_Init(P_TOUCH_PORT, &GPIO_InitStruct);*x=HAL_ADC_GET_INPUT_VOLTAGE(&hadcy);HAL_GPIO_WritePin(P_TOUCH_PORT, P_TOUCH_X_JIA, GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(P_TOUCH_PORT, P_TOUCH_X_JIAN, GPIO_PIN_RESET);//读 Y 值//配置 y+为高 推挽  y-为低  推挽 GPIO_InitStruct.Pin = P_TOUCH_Y_JIA;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;HAL_GPIO_Init(P_TOUCH_PORT, &GPIO_InitStruct);HAL_GPIO_WritePin(P_TOUCH_PORT, P_TOUCH_Y_JIA, GPIO_PIN_SET);GPIO_InitStruct.Pin = P_TOUCH_Y_JIAN;HAL_GPIO_Init(P_TOUCH_PORT, &GPIO_InitStruct);HAL_GPIO_WritePin(P_TOUCH_PORT, P_TOUCH_Y_JIAN, GPIO_PIN_RESET);//配置 x+为adc模式 x-为浮空输入hadcx.Instance = ADC;hadcx.Init.channel = P_TOUCH_X_CH;hadcx.Init.freq = 1000;if (HAL_ADC_Init(&hadcx) != HAL_OK){Error_Handler();}GPIO_InitStruct.Pin = P_TOUCH_X_JIAN;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;HAL_GPIO_Init(P_TOUCH_PORT, &GPIO_InitStruct);*y=HAL_ADC_GET_INPUT_VOLTAGE(&hadcx);HAL_GPIO_WritePin(P_TOUCH_PORT, P_TOUCH_Y_JIA, GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(P_TOUCH_PORT, P_TOUCH_Y_JIAN, GPIO_PIN_RESET);}

完全就是按照原理图，翻译出来的操作，这里我们需要注意一下啊，测量点X+与Y+要在ADC模式和输出模式下转换，所以，我们要选择既支持GPIO，又支持ADC转化的引脚。否则就无法测量出来值。

不过这种方式我研究了5个小时，然后就发现，X坐标测量出来的电压，全屏幕都在变化，然后我就细心的发现了，板子上自带了一个ADC芯片，并且已经接好了线。所以这种电压的变化，我怀疑和外部接了芯片有关系，遂放弃了这种做法。
不过这种做法完全是可行的。并且还不需要额外的芯片，换句话说，这种做法，免费。

ADS7846

板子上自带的芯片，就是ads7846，这是一款非常主流的电阻屏驱动芯片，它将4线电阻的测量，转化为SPI总线的数据读取，并且提供了中断，对接单片机，那叫一个6。

提供了6根线

这里使用了一下GPIO模拟的方式。
GPIO初始化

static void TOUCH_GPIO_Init(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;__HAL_RCC_GPIO_CLK_ENABLE();GPIO_InitStruct.Pin = TDIN;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;HAL_GPIO_Init(P_TOUCH_PORT, &GPIO_InitStruct);HAL_GPIO_WritePin(P_TOUCH_PORT, TDIN, GPIO_PIN_RESET);GPIO_InitStruct.Pin = TCLK;HAL_GPIO_Init(P_TOUCH_PORT, &GPIO_InitStruct);HAL_GPIO_WritePin(P_TOUCH_PORT, TCLK, GPIO_PIN_RESET);GPIO_InitStruct.Pin = TCS;HAL_GPIO_Init(P_TOUCH_PORT, &GPIO_InitStruct);HAL_GPIO_WritePin(P_TOUCH_PORT, TCS, GPIO_PIN_RESET);GPIO_InitStruct.Pin = DOUT;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;HAL_GPIO_Init(P_TOUCH_PORT, &GPIO_InitStruct);GPIO_InitStruct.Pin = PEN;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;HAL_GPIO_Init(P_TOUCH_PORT, &GPIO_InitStruct);HAL_NVIC_SetPriority(GPIOA_IRQn, 0);HAL_NVIC_EnableIRQ(GPIOA_IRQn);} 

这里注意一下，要打开中断，这个PEN引脚，在有触摸的时候，是低电平，当手拿开的时候，就是高电平了。所以如果要持续读取，要不断的判断PEN引脚的电瓶。

BUSY信号也可以用上，初始化为读入方式就可以。

核心函数，读取坐标

#define CMD_RDX 0X90  //0B10010000即用差分方式读X坐标#define CMD_RDY0XD0  //0B11010000即用差分方式读Y坐标 //读取一次X,Y值//读到的X,Y坐标值必须都大于100//成功返回1,不成功返回0//读数限制在100~3800之间.   const float y_sin=0.1348;const float x_sin=0.1739;int get_map_x_y(int* X,int* Y){int px=0,py=0;start_spi();//启动SPI  WriteByteADS(CMD_RDX); //ADS7846的转换时间最长为6usTCLK_SET(1);delay_us(3);TCLK_SET(0);delay_us(3);px=ReadWordADS();  WriteByteADS(CMD_RDY); //ADS7846的转换时间最长为6usTCLK_SET(1);delay_us(3);TCLK_SET(0);delay_us(3);   py=ReadWordADS();//读Y轴坐标   TCS_SET(1); if((px>100)&&(py>100)&&(px<3800)&&(py<3800)){int abs_px,abs_py;abs_px=px-100;abs_py=py-100;*X=x_sin*abs_px;*Y=y_sin*abs_py;return 1;//读数成功(范围限制)}else{return 0; //读数失败} }

我先大概试了一下4个角的坐标，然后估算出了x轴和y轴的单位，即读取到的坐标1个单位表示多少个像素。得到了下面两个值。
const float y_sin=0.1348;
const float x_sin=0.1739;

然后就可以按照读取到的值去掉起始值，再乘以刚才的系数，就能够得到我这个320*240屏幕的具体坐标了。
abs_px=px-100;
abs_py=py-100;
X=x_sinabs_px;
Y=y_sinabs_py;

绘图板

在前面一篇文章中，显示屏16线的驱动已经完成，《单片机—HLK-W801并口驱动ST7789》
那么结合起来今天的触摸屏，就可以做一个绘图板了。

中断判断，这里只是置一个标志位，有触摸操作会触发。

 void HAL_GPIO_EXTI_Callback(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint32_t GPIO_Pin){if ((GPIOx == P_TOUCH_PORT) && (GPIO_Pin == PEN)){key_flag = 1;}}

然后主函数中，进行持续读点画点就可以了。

while (1){if (key_flag == 1){HAL_Delay(20);while(HAL_GPIO_ReadPin(P_TOUCH_PORT, PEN) == GPIO_PIN_RESET){int pos_x=0, pos_y=0;get_map_x_y(&pos_x,&pos_y);LCD_DrawPoint(320-pos_x,pos_y, 0xf000);HAL_Delay(5);}key_flag = 0;}}

在HAL_Delay不同的情况下，有不同的绘制效果。
HAL_Delay(20)

HAL_Delay(5)

去掉延迟

可以看出，有延迟的时候，坐标比较干净，没有延迟的时候，在落笔和起笔的时候，会有很多漂移的点，这个漂移的效果，倒像是沙画的效果，撒出来的。

结束语

这篇文章只是为了学习lvgl做了一个技术储备，用来作为lvgl的输入方式。顺带也了解了一下电阻屏的驱动方式，并且掌握了两种测量方法。

昨天是妇女节，姑娘都嫌弃这个名字，显得土，后来就叫女神节。其实当初这个节日是女工为了争取平等的福利而创立的，全称是“联合国妇女权益和国际和平日”，同事说，其实也应该给已婚妇女的老公也放半天，这样能更好的给女性放个假，我觉得说的有道理啊。