基于ALIENTKE MiniSTM32开发板的触摸屏实验
2014-06-11王晓
王晓
摘 要 ALIENTKE MiniSTM32开发板本身并没有触摸屏控制器，但是它支持触摸屏，可以通过外接带触摸屏的LCD模块（比如ALIENTEK TFTLCD模块），来实现触摸屏控制。利用软件模拟来实现对TFTLCD模块的触摸屏控制，最终实现手写功能。
关键词 ALIENTKE MiniSTM32开发板 TFTLCD模块 触摸屏控制 手写功能
中图分类号：TP33 文献标识码：A
1触摸屏TFTLCD简介
TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器，其英文全称为Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display。TFT-LCD与无源TN-LCD、STN-LCD的简单矩阵不同，它在液晶显示屏的每一个象素上都设置有一个薄膜晶体管（TFT），可有效地克服非选通时的串扰，使显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关，因此大大提高了图像质量。TFT-LCD也被叫做真彩液晶显示器。
1.1电阻式触摸屏显示原理
电阻式触摸屏是利用压力感应进行控制的，主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明氧化金属导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层，它的内表面也涂有一层涂层、在他们之间有许多细小的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送触摸屏控制器。当控制器侦测到这一接触并计算出（X，Y）的位置，再根据获得的位置模拟鼠标的方式运作，这就是电阻式触摸屏的最基本的原理。
1.2电阻式触摸屏控制器XPT2046简介
ALIENTEK TFTLCD模块自带的触摸屏控制芯片为XPT2046。XPT2046是一款4导线制触摸屏控制器，内含12位分辨率125KHz转换速率逐步逼近型A/D转换器。XPT2046支持从1.5V到5.25V的低电压I/O接口。XPT2046能通过执行两次A/D转换查出被按的屏幕位置，除此之外，还可以测量加在触摸屏上的压力。内部自带2.5V参考电压可以作为辅助输入、温度测量和电池监测模式之用，电池监测的电压范围可以从0V到6V。XPT2046片内集成有一个温度传感器。
2硬件设计
实验功能简介：开机的时候先通过24C02的数据判断触摸屏是否已经校准过，如果没有校准，则执行校准程序，校准过后再进入手写程序。如果已经校准了，就直接进入手写程序，此时可以通過按动屏幕来实现手写输入。屏幕上会有一个清空的操作区域（RST），点击这个地方就会将输入全部清除，恢复白板状态。程序会设置一个强制校准，就是通过按KEY0来实现，只要按下KEY0就会进入强制校准程序。
3软件设计
该实验最核心的程序模块应该属于触摸屏校准代码了。触摸屏的校准通过void Touch_Adjust（void）函数实现。触摸屏校正原理：触摸屏是一种绝对坐标系统，特点是每一次定位坐标与上一次定位坐标没有关系，每次触摸的数据通过校准转为屏幕上的坐标，不管在什么情况下，触摸屏这套坐标在同一点的输出数据是稳定的。不过由于技术原理的原因，不能保证绝对坐标定位，点不准，这就是触摸屏最怕出现的问题：漂移。
很多应用触摸屏的系统启动后先要执行校准程序。通常应用程序中使用的LCD坐标是以像素为单位的。比如说：左上角的坐标是一组非0的数值，比如（20，20），而右下角的坐标为（220，300）。这些点的坐标都是以像素为单位的，而从触摸屏中读出的是点的物理坐标，其坐标轴的方向、XY值的比例因子、偏移量都与LCD坐标不同，可以在程序中使用一个函数（我们采用Convert_Pos函数）中把物理坐标首先转换为像素坐标，然后再赋给POS结构，达到坐标转换的目的。
校正思路：在了解了校正原理之后，我们可以得出下面的一个从物理坐标到像素坐标的转换关系式：
LCDx=xfac*Px+xoff；
LCDy=yfac*Py+yoff；
其中（LCDx，LCDy）是在LCD上的像素坐标，（Px，Py）是从触摸屏读到的物理坐标。xfac，yfac分别是X轴方向和Y轴方向的比例因子，而xoff和yoff则是这两个方向的偏移量。
这样只要事先在屏幕上面显示4个点（这四个点的坐标是已知的），分别按这四个点就可以从触摸屏读到4个物理坐标，这样就可以通过待定系数法求出xfac、yfac、xoff、yoff这四个参数。我们保存好这四个参数，在以后的使用中，我们把所有得到的物理坐标都按照这个关系式来计算，得到的就是准确的屏幕坐标，从而达到触摸屏校准的目的。
void Touch_Adjust（void）
{
u16 pos_temp[4][2]；
u8 cnt=0；
u16 d1，d2；
u32 tem1，tem2；
float fac；
while（1）
{
if（Pen_Point.Key_Sta==Key_Down）
{
if（Read_TP_Once（））
{
pos_temp[cnt][0]=Pen_Point.X；
pos_temp[cnt][1]=Pen_Point.Y；
cnt++；
}
switch（cnt）
{
case 1：
LCD_Clear（WHITE）；
Drow_Touch_Point（220，20）；
break；
case 2：
LCD_Clear（WHITE）；
Drow_Touch_Point（20，300）；
break；
case 3：
LCD_Clear（WHITE）；
Drow_Touch_Point（220，300）；
break；
case 4： tem1=abs（pos_temp[0][0]-pos_temp[1][0]）；
tem2=abs（pos_temp[0][1]-pos_temp[1][1]）；
tem1*=tem1；
tem2*=tem2；
d1=sqrt（tem1+tem2）；
tem1=abs（pos_temp[2][0]-pos_temp[3][0]）；
tem2=abs（pos_temp[2][1]-pos_temp[3][1]）；
tem1*=tem1；
tem2*=tem2；
d2=sqrt（tem1+tem2）；
fac=（float）d1/d2；
tem1=abs（pos_temp[0][0]-pos_temp[2][0]）；
tem2=abs（pos_temp[0][1]-pos_temp[2][1]）；
tem1*=tem1；
tem2*=tem2；
d1=sqrt（tem1+tem2）；
tem1=abs（pos_temp[1][0]-pos_temp[3][0]）；
tem2=abs（pos_temp[1][1]-pos_temp[3][1]）；
tem1*=tem1；
tem2*=tem2；
d2=sqrt（tem1+tem2）；
fac=（float）d1/d2；
if（fac<0.95||fac>1.05）
{
cnt=0；
LCD_Clear（WHITE）；
Drow_Touch_Point（20，20）；
continue； （下轉第31页）（上接第2页）
}
tem1=abs（pos_temp[1][0]-pos_temp[2][0]）；
tem2=abs（pos_temp[1][1]-pos_temp[2][1]）；
tem1*=tem1；
tem2*=tem2；
d1=sqrt（tem1+tem2）；
tem1=abs（pos_temp[0][0]-pos_temp[3][0]）；
tem2=abs（pos_temp[0][1]-pos_temp[3][1]）；
tem1*=tem1；
tem2*=tem2；
d2=sqrt（tem1+tem2）；
274
fac=（float）d1/d2；
Pen_Point.xfac=（float）200/（pos_temp[1][0]-pos_temp[0][0]）；
Pen_Point.xoff=（240-Pen_Point.xfac*（pos_temp[1][0]+
pos_temp[0][0]））/2；
Pen_Point.yfac=（float）280/（pos_temp[2][1]-pos_temp[0][1]）；
Pen_Point.yoff=（320-Pen_Point.yfac*（pos_temp[2][1]+
pos_temp[0][1]））/2；
POINT_COLOR=BLUE；
LCD_Clear（WHITE）；
LCD_ShowString（35，110，"Touch Screen Adjust OK！"）；
delay_ms（1000）；
LCD_Clear（WHITE）；
return；
}
}
}
}
4下载与测试
在代码编译成功之后，我们通过下载代码到ALIENTEK MiniSTM32开发板上，可以看到LCD显示如图1所示。
如果已经校准过了，则在等待2秒之后进入手写界面，同时DS0开始闪烁，界面如图2所示。
5结论与展望
我们借助ALIENTKE MiniSTM32开发板，编写与设计程序，实现了TFTLCD触摸屏控制，可以在触摸屏上用笔或者手指输入信息，非常方便，而且界面友好。
参考文献
[1] 章毓晋.图象处理和分析.北京：清华大学出版社，1999.
[2] 郎锐.数字图像处理学.北京：希望电子出版社，2002.
[3] 杨淑莹.图像模式识别――VC++技术实现.北京：清华大学出版社，2005.
