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| V1.0 | 2020-11-09 | gingko | 初次建立 |
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===== STM32CubeMX教程六十二——TOUCH实验 =====
1.在主界面选择File-->New Project 或者直接点击ACCEE TO MCU SELECTOR
{{ :icore4t:icore4t_cube_63_1.png?direct |}}
2.出现芯片型号选择，搜索自己芯片的型号，双击型号，或者点击Start Project进入配置
在搜索栏的下面，提供的各种查找方式，可以选择芯片内核、型号等等，可以帮助你查找芯片。本实验选取的芯片型号为：STM32H750IBKx。
{{ :icore4t:icore4t_cube_63_2.png?direct |}}
3.配置RCC，使用外部时钟源
{{ :icore4t:icore4t_cube_63_3.png?direct |}}
4.时基源选择SysTick
{{ :icore4t:icore4t_cube_63_4.png?direct |}}
5.将PA10,PB7,PB8,PI1,PI2,PI3设置为GPIO_Output
{{ :icore4t:icore4t_cube_63_5.png?direct |}}
6.引脚模式配置
{{ :icore4t:icore4t_cube_63_6.png?direct |}}
7.配置定时器
{{ :icore4t:icore4t_cube_63_7.png?direct |}}
定时器分配引脚如下所示
{{ :icore4t:icore4t_cube_63_8.png?direct |}}
8.配置FMC
{{ :icore4t:icore4t_cube_63_9.png?direct |}}
9.配置SDMMC
{{ :icore4t:icore4t_cube_63_10.png?direct |}}
{{ :icore4t:icore4t_cube_63_11.png?direct |}}
10.配置LTDC
{{ :icore4t:icore4t_cube_63_12.png?direct |}}
{{ :icore4t:icore4t_cube_63_13.png?direct |}}
11.配置CRC
{{ :icore4t:icore4t_cube_63_14.png?direct |}}
12.配置FATFS
{{ :icore4t:icore4t_cube_63_15.png?direct |}}
13.时钟源设置，选择外部高速时钟源，配置为最大主频。
{{ :icore4t:icore4t_cube_63_16.png?direct |}}
{{ :icore4t:icore4t_cube_63_17.png?direct |}}
14.工程文件的设置, 这里就是工程的各种配置 我们只用到有限几个，其他的默认即可 IDE我们使用的是 MDK V5.27
{{ :icore4t:icore4t_cube_63_18.png?direct |}}
15.点击Code Generator，进行进一步配置
{{ :icore4t:icore4t_cube_63_19.png?direct |}}
* **Copy all used libraries into the project folder**
* 将HAL库的所有.C和.H都复制到所建工程中
* 优点：这样如果后续需要新增其他外设又可能不再用STM32CubeMX的时候便会很方便
* 缺点：体积大，编译时间很长
* **Copy only the necessary library files**
* 只复制所需要的.C和.H（推荐）
* 优点：体积相对小，编译时间短，并且工程可复制拷贝
* 缺点：新增外设时需要重新用STM32CubeMX导入
* **Add necessary library files as reference in the toolchain project configuration file**
* 不复制文件，直接从软件包存放位置导入.C和.H
* 优点：体积小，比较节约硬盘空间
* 缺点：复制到其他电脑上或者软件包位置改变，就需要修改相对应的路径
* 自行选择方式即可
16.然后点击GENERATE CODE 创建工程
{{ :icore4t:icore4t_cube_63_20.png?direct |}}
创建成功，打开工程。
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===== 实验六十二：TOUCH实验——电阻触摸 =====
==== 一、 实验目的与意义 ====
- 了解STM32 LTDC结构
- 了解STM32 LTDC特征
- 掌握LTDC液晶屏的使用方法
- 掌握LTDC应用之LCD电容触摸芯片NS2009的使用方法
- 掌握KEIL MDK 集成开发环境使用方法
==== 二、 实验设备及平台 ====
- iCore4T 双核心板
- 转接板和40P的FPC连接线。
- iCore4T 扩展底板
- iCore 4.3寸液晶屏底板
- Blaster（或相同功能）仿真器
- Micro USB线缆
- Keil MDK 开发平台
- STM32CubeMX开发平台
- 装有WIN XP（及更高版本）系统的计算机
==== 三、 实验原理 ====
=== 电阻式触摸屏检测原理 ===
* 电阻式的触摸屏结构见下图。它主要由表面硬涂层、两个ITO层、间隔点以及玻璃底层构成，这些结构层都是透明的，整个触摸屏覆盖在液晶面板上，透过触摸屏可看到液晶面板。表面涂层起到保护作用，玻璃底层起承载的作用，而两个ITO层是触摸屏的关键结构，它们是涂有铟锡金属氧化物的导电层。两个ITO层之间使用间隔点使两层分开，当触摸屏表面受到压力时，表面弯曲使得上层ITO与下层ITO接触，在触点处连通电路。
{{ :icore4t:icore4t_arm_hal_62_1.png?direct&200 |}}
* 两个ITO涂层的两端分别引出X-、X+、Y-、Y+四个电极，见下图，这是电阻屏最常见的四线结构，通过这些电极，外部电路向这两个涂层可以施加匀强电场或检测电压。
{{ :icore4t:iCore4T_ARM_HAL_62_2.png?direct&600 |}}
* 当触摸屏被按下时，两个ITO层相互接触，从触点处把ITO层分为两个电阻，且由于ITO层均匀导电，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，可通过以下过程来检测坐标，这也正是电阻触摸屏名称的由来，如下图。
{{ :icore4t:iCore4T_ARM_HAL_62_3.png?direct&600 |}}
- 计算X坐标时，在X+电极施加驱动电压Vref，X-极接地，所以X+与X-处形成了匀强电场，而触点处的电压通过Y+电极采集得到，由于ITO层均匀导电，触点电压与Vref之比等于触点X坐标与屏宽度之比，从而：
{{ :icore4t:iCore4T_ARM_HAL_62_4.png?direct&200 |}}
- 算Y坐标时，在Y+电极施加驱动电压Vref，Y-极接地，所以Y+与Y-处形成了匀强电场，而触点处的电压通过X+电极采集得到，由于ITO层均匀导电，触点电压与Vref之比等于触点Y坐标与屏高度之比，从而：
{{ :icore4t:iCore4T_ARM_HAL_62_5.png?direct&200 |}}
* 为了方便检测触摸的坐标，一些芯片厂商制作了电阻屏专用的控制芯片，控制上述采集过程、采集电压，外部微控制器直接与触摸控制芯片通讯直接获得触点的电压或坐标。
=== 在本实验中，选用电阻触摸芯片NS2009来实现电阻触摸功能。以下为NS2009基础知识。 ===
* 1.电阻触摸芯片NS2009基本原理
* NS2009是一种典型的逐次逼近型ADC（SAR ADC），包含采样/保持，模数转换，I2C数据输出功能。单电源供电，电源电压范围为2.0V~5.5V。通过控制寄存器的模拟输入（X，Y，Z）进入ADC，作为触摸屏应用，应将其配置为差分模式，以有效消除驱动器开关的寄生电阻和测量误差引起的外部干扰，并改善转换精度。
* 2.模拟输入特性
* MUX，ADC的模拟输入以及I2C接口电路如下图所示。
{{ :icore4t:iCore4T_ARM_HAL_62_6.png?direct&800 |}}
* 控制字节顺序位C3，C2，C1，C0以及NS2009之间的配置关系如下表所示：
{{ :icore4t:iCore4T_ARM_HAL_62_7.png?direct&800 |}}
* 3.差分模式
* 当命令控制位C3为高电平时，NS2009处于X，Y，Z的测量模式，内部ADC参考电压源为差分模式，如下图所示。差分模式的优势：+REF和-REF直接输入YP，YN，可以消除由于开关导通电阻引起的测量误差。缺点是：无论是充裕的还是转换过程，驱动器都需要开启，相对于单端模式，功耗增加了。
{{ :icore4t:iCore4T_ARM_HAL_62_8.png?direct&400 |}}
* 4.压力测量
* NS2009可以测量触摸的压力，即Z方向的测量。通常，此类测量的性能要求不高，因此可以使用8位分辨率模式（但是，下面的计算是采用12位分辨率模式的）即可。有几种不同的方法可以实现压力测量。
* 第一种方法需要知道X面板的电阻，X的测量位置，触摸屏面板在两个附加面板之间的测量值（Z1和Z2）。可以使用下列公式计算触摸电阻：
{{ :icore4t:iCore4T_ARM_HAL_62_9.png?direct&400 |}}
* 第二种方法需要检测X和Y面板的面板电阻，X和Y位置以及Z1位置。可以使用下列公式计算触摸电阻：
{{ :icore4t:iCore4T_ARM_HAL_62_10.png?direct&600 |}}
{{ :icore4t:iCore4T_ARM_HAL_62_11.png?direct&600 |}}
* 5.数字接口
* NS2009的数据接口是I2C串行接口，满足I2C接口协议，可以实现标准模式（100K），快速模式（400K）或高速模式（3.4M），分为控制NS2009写入，读取两种命令格式 ，write命令用于输入地址和命令字节，以便在指定的NS2009配置和模式下工作，NS2009 read命令用于输出ADC转换的数据以获得与测量有关的信息。
* 1)Write Command 写命令时序图如下
{{ :icore4t:iCore4T_ARM_HAL_62_12.png?direct&800 |}}
* 地址字节的第一个字节：
{{ :icore4t:iCore4T_ARM_HAL_62_13.png?direct&800 |}}
* 最低的R / W（bit0），0表示写入命令，1表示读取命令。
* A0（Bit1）用于硬件地址的控制位，该位必须与8引脚电平一致，才能选中相应的NS2009。
* 该软件的最高5位地址，必须输入一个固定的代码“10010”。
* 在第二个字节全部被接收后，NS2009在第9个时钟周期发出响应信号ACK（0级），指示数据已经收到。
* 命令字节的第二个字节：
{{ :icore4t:iCore4T_ARM_HAL_62_14.png?direct&800 |}}
* C3，C2，C1，C0决定输入信号的NS2009配置以及相应的测量功能。PD1，PD0用于控制内部基准电压源和笔中断信号，如下图所示：
{{ :icore4t:iCore4T_ARM_HAL_62_15.png?direct&800 |}}
* M----模式选择位，用于设置ADC的分辨率。MODE = 0，ADC为12位模式； MODE = 1，ADC为8位模式。
* X位（bit3和bit0）为预留位，一般设置为0。
* 在第二个字节全部被接收后，NS2009将在第18个时钟周期发出响应信号ACK（0-电平），指示数据已收到。
* 2)Read Command 读命令时序图如下
{{ :icore4t:iCore4T_ARM_HAL_62_16.png?direct&800 |}}
* 读取命令包含3个字节，第一个字节是地址，类似于bit0为高的写命令；接下来的2个字节是NS2009中的12位（如果是8位模式，则仅为1字节数据），冗余4位为零。
* NS2009收到地址数据的第一个字节后，在第9个时钟周期发出响应信号ACK（0电平），然后开始输出数据的第一个字节，主机收到数据的第一个字节后应发出响应主机ACK（0级），NS2009接收到掩码(masker ACK)后，ACK开始发送第二个字节的数据，主机接收到第二个字节的数据后，不用应答，此时，SDA将被拉高，也就是上图所示的掩码(masker ACK)信号。
* 6.高速模式
* 当主机发送的数据“00001XXX” 被NS2009接收到后，主机不需要等待响应，NS2009将进入高速模式（串行速率可以为3.4Mhz），直到主机发出停止信号。高速模式下，读/写命令格式与标准模式和速度模式相同，但无法发出STOP信号，否则高速模式将终止。
* 7.数据格式
* NS2009输出的数据格式是标准的二进制格式。下图给出了不同电压对应的理想编码。
{{ :icore4t:iCore4T_ARM_HAL_62_17.png?direct&600 |}}
* 8.PENIRQ中断输出功能
* PENIRQ可以通过PD0设置，PEN中断输出功能如下图所示。
* 当PD0=0时，YN驱动打开，Y触摸屏面板连接到GND。PENIRQ 输出通过两个开关连接到XP。在待机模式下，当有触摸屏操作时，XP输入通过触摸屏下拉至GND，PENIRQ输出为低电平。当没有运动的触摸屏断开至GND时，PENIRQ为高输出。在X，Y和Z的测量过程中，PENIRQ输出为低电平；
* PD0 = 1，禁止了PEN中断功能，无法监视触摸屏上的触摸运动。如果要重新启用中断功能PEN，需要控制PD0 = 0写入NS2009，如果最后一个控制字包含PD0 = 0，则该命令完成后将使能PEN中断输出。
* 为避免误触发,建议处理器向NS2009发送命令时,屏蔽掉PENIRQ的中断。
{{ :icore4t:iCore4T_ARM_HAL_62_18.png?direct&600 |}}
==== 四、 实验程序 ====
=== 1.主函数 ===
int main(void)
{
FATFS fatfs;
HAL_Init();
SystemClock_Config();
i2c.initialize();
axp152.initialize();
axp152.set_dcdc1(3500);//[ARM & FPGA BK1/2/6 &OTHER]
axp152.set_dcdc2(1200);//[FPGA INT & PLL D]
axp152.set_aldo1(2500);//[FPGA PLL A]
axp152.set_dcdc4(3300);//[POWER_OUTPUT]
axp152.set_dcdc3(3300);//[FPGA BK4][Adjustable]
axp152.set_aldo2(3300);//[FPGA BK3][Adjustable]
axp152.set_dldo1(3300);//[FPGA BK7][Adjustable]
axp152.set_dldo2(3300);//[FPGA BK5][Adjustable]
MX_GPIO_Init();
MX_CRC_Init();
MX_LTDC_Init();
MX_TIM12_Init();
MX_SDMMC1_SD_Init();
MX_FATFS_Init();
MX_FMC_Init();
BSP_SDRAM_Init();
lcd.initialize();
GUI_Init();
GUI_SetBkColor(GUI_BLACK);
GUI_Clear();
HAL_TIM_PWM_Start(&htim12,TIM_CHANNEL_1);
touch_type = gt911.initialize();//判断是否为电容触摸
if(touch_type != TOUCH_CAP){
touch_type = TOUCH_RES;
}
res = f_mount(&fatfs,"0:",1);
if(res != RES_OK){
GUI_SetColor(GUI_RED);
GUI_SetFont(&GUI_FontFixedsys16);
GUI_DispStringHCenterAt("f_mount Error!",480/2,272/2);
while(1){
}
}
GUI_SetColor(GUI_BLUE);
if(touch_type == TOUCH_RES){
power_on.check_touch();
}
GUI_CURSOR_Show();
frame.process(); //界面处理
LCD_ON;
===2.进行GUI界面处理 ===
static void frame_process(void)
{
GUI_CURSOR_Show();
WM_SetCreateFlags(WM_CF_MEMDEV);
GUI_CreateDialogBox(_aDialogCreate,GUI_COUNTOF(_aDialogCreate), _cbDialog, WM_HBKWIN, 0, 0);
while(1){
if(systick._20ms_flag == 1){
systick._20ms_flag = 0;
if(touch_type == TOUCH_RES){
ns2009.convert_pos();
}else if(touch_type == TOUCH_CAP){
gt911.scan(1);
}
}
if(touch_flag == 1){
touch_flag = 0;
if(touch_type == TOUCH_RES){
EDIT_SetValue(h_edit_0,pen.x0);
EDIT_SetValue(h_edit_1,pen.y0);
}else{
EDIT_SetValue(h_edit_0,gt911.x[0]);
EDIT_SetValue(h_edit_1,gt911.y[0]);
}
}
GUI_Exec();
}
}
=== 3.convert_pos函数实现坐标变换 ===
static int convert_pos(void) //坐标变换
{
int i;
i = readxy(&pen.X,&pen.Y);
if(i == 2) return 2;
else if(i == 1){
pen.x0 = 0;
pen.y0 = 0;
return 1;
}
pen.x0 = (int)(rgb_cal.a[0] + ((rgb_cal.a[1] * pen.X + rgb_cal.a[2]*pen.Y)/rgb_cal.a[6]));
pen.y0 = (int)(rgb_cal.a[3] + ((rgb_cal.a[4] * pen.X +rgb_cal.a[5]*pen.Y)/rgb_cal.a[6]));
if(pen.x0 > 0 && pen.x0 < 100 && pen.y0 > 240 && pen.y0 < 272){
pen.x0 = 479;
pen.y0 = 271;
}return 0;
===4.校正电阻屏系数 ===
static int touch_adjust(void)
{
int i;
char buf[100];
do{
GUI_SetBkColor(GUI_WHITE);
GUI_Clear();
get_sample(&rgb_cal,0,40,40);
get_sample(&rgb_cal,1,RGB_XSIZE - 40,40);
get_sample(&rgb_cal,2,RGB_XSIZE - 40,RGB_YSIZE - 40);
get_sample(&rgb_cal,3,40,RGB_YSIZE - 40);
get_sample(&rgb_cal,4,RGB_XSIZE / 2,RGB_YSIZE / 2);
}while(perform_calibration(&rgb_cal));
for(i = 0; i < 7; i ++){
sprintf(buf,"a[%d] : %d \r\n",i,rgb_cal.a[i]);
GUI_DispStringAt(buf,200,70 + 20 * i);
}
GUI_DispStringAt("calibration success",200,70 + 20 * i);
for(i = 0; i < 30000000; i ++);
GUI_Clear();
return 0;
}
=== 5.NS2009读XY坐标 ===
static int readxy(int *x, int *y) //读XY坐标
{
int a[MAX_CNT_DATA],b[MAX_CNT_DATA];
int i = 0,j = 0;
unsigned short int datx[3];
unsigned short int daty[3];
unsigned short int temp_x,temp_y;
unsigned int cnt = 0;
*x = 0;
*y = 0;
memset(a,0,MAX_CNT_DATA);
memset(b,0,MAX_CNT_DATA);
for(i = 0; i < MAX_CNT_DATA; i ++){
read_ads(&a[cnt],&b[cnt]);
cnt ++;
for(j = 0; j < 2100; j ++);
}
if(cnt < MAX_CNT_DATA - 5)return 3;
qsort (a,MAX_CNT_DATA,sizeof(a[0]),acmp); //快速排序，就是中值滤波
qsort (b,MAX_CNT_DATA,sizeof(b[0]),acmp);
datx[0] = a[MAX_CNT_DATA / 2 - 1];
datx[1] = a[MAX_CNT_DATA / 2];
datx[2] = a[MAX_CNT_DATA / 2 + 1];
daty[0] = b[MAX_CNT_DATA / 2 - 1];
daty[1] = b[MAX_CNT_DATA / 2];
daty[2] = b[MAX_CNT_DATA / 2 + 1];
if(
abs(datx[0] - datx[1]) > 20 ||
abs(datx[1] - datx[2]) > 20 ||
abs(daty[0] - daty[1]) > 20 ||
abs(daty[1] - daty[2]) > 20
)return 2;
temp_x = (datx[0] + datx[1] + datx[2]) / 3;
temp_y = (daty[0] + daty[1] + daty[2]) / 3;
*x = temp_x;
*y = temp_y;
return 0;
}
=== 6.perform_calibration函数：使用五点校正法完成电阻触摸屏的校准 ===
static int perform_calibration(TOUCH_CALIBRATION_T *cal)
{
int j;
double n, x, y, x2, y2, xy, z, zx, zy;
double det, a, b, c, e, f, i;
float scaling = 32768.0;
// Get sums for matrix
n = x = y = x2 = y2 = xy = 0;
for(j = 0;j < 5;j++) {
n += 1.0;
x += (float)cal->x[j];
y += (float)cal->y[j];
x2 += (float)(cal->x[j]*cal->x[j]);
y2 += (float)(cal->y[j]*cal->y[j]);
xy += (float)(cal->x[j]*cal->y[j]);
}
// Get determinant of matrix -- check if determinant is too small
det = n*(x2*y2 - xy*xy) + x*(xy*y - x*y2) + y*(x*xy - y*x2);
if(det < 0.1 && det > -0.1) {
return 1;
}
// Get elements of inverse matrix
a = (x2*y2 - xy*xy)/det;
b = (xy*y - x*y2)/det;
c = (x*xy - y*x2)/det;
e = (n*y2 - y*y)/det;
f = (x*y - n*xy)/det;
i = (n*x2 - x*x)/det;
// Get sums for x calibration
z = zx = zy = 0;
for(j=0;j<5;j++) {
z += (float)cal->xfb[j];
zx += (float)(cal->xfb[j]*cal->x[j]);
zy += (float)(cal->xfb[j]*cal->y[j]);
}
// Now multiply out to get the calibration for framebuffer x coord
cal->a[0] = (int)(a*z + b*zx + c*zy);
cal->a[1] = (int)((b*z + e*zx + f*zy)*(scaling));
cal->a[2] = (int)((c*z + f*zx + i*zy)*(scaling));
// Get sums for y calibration
z = zx = zy = 0;
for(j=0;j<5;j++) {
z += (float)cal->yfb[j];
zx += (float)(cal->yfb[j]*cal->x[j]);
zy += (float)(cal->yfb[j]*cal->y[j]);
}
// Now multiply out to get the calibration for framebuffer y coord
cal->a[3] = (int)(a*z + b*zx + c*zy);
cal->a[4] = (int)((b*z + e*zx + f*zy)*(scaling));
cal->a[5] = (int)((c*z + f*zx + i*zy)*(scaling));
// If we got here, we're OK, so assign scaling to a[6] and return
cal->a[6] = (int)scaling;
for(j = 0; j < 5; j ++){
x = cal->a[0] +
((cal->a[1]*cal->x[j] +
cal->a[2]*cal->y[j] ) / cal->a[6]);
y = cal->a[3] +
((cal->a[4]*cal->x[j] +
cal->a[5]*cal->y[j] ) / cal->a[6]);
if((fabs(x - cal->xfb[j]) > 10) || (fabs(y - cal->yfb[j]) > 10))
return 1;
}
return 0;
}
==== 五、 实验步骤 ====
- 把仿真器与iCore4T的SWD调试口相连（直接相连或者通过转接器相连）；
- 把iCore4T通过Micro USB线与计算机相连，为iCore4T供电；
- 将屏幕连接到4.3寸液晶屏底板上，并将液晶屏底板与iCore4T底板通过排线相连。
- 打开Keil MDK 开发环境，并打开本实验工程；
- 烧写程序到iCore4T上；
- 也可以进入Debug 模式，单步运行或设置断点验证程序逻辑。
==== 六、 实验现象 ====
触摸iCore4T（4.3寸TFT_LCD）电阻屏屏即显示当前触摸位置的坐标值。