2）摘自《开拓者 Nios II开拓指南》关注官方微旗子暗记"大众年夜众号，获取更多资料：正点原子
3）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/index.html
第十二章MCU TFT-LCD画板实验（触摸驱动）
现在险些所有智好手机，包括平板电脑都是采取电容屏作为触摸屏，电容屏是利用人体感
应进行触点检测掌握，不须要直接打仗或只须要轻微打仗，通过检测感应电流来定位触摸坐标。
在本章中，我们将向大家先容 Nios II 掌握 ALIENTKE LCD 电容触摸模块，实现触摸屏驱动，最
终实现一个手写板的功能。
本章包括以下几个部分：
12.1 简介
12.2 实验任务
12.3 硬件设计
12.4 软件设计
12.5 下载验证
简介
目前最常用的触摸屏有两种：电阻式触摸屏与电容式触摸屏。下面，我们来分别先容。
1) 电阻式触摸屏
在 Iphone 面世之前，险些清一色的都是利用电阻式触摸屏，电阻式触摸屏利用压力感应
进行触点检测掌握，须要直接应力打仗，通过检测电阻来定位触摸位置。
ALIENTEK 2.4/2.8/3.5 寸 LCD 模块自带的触摸屏都属于电阻式触摸屏，下面大略先容下电阻
式触摸屏的事理。
电阻触摸屏的紧张部分是一块与显示器表面非常合营的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合
薄膜，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（透明的导电电阻）
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、它的表里面也涂有一层涂层、
在它们之间有许多眇小的（小于 1/1000 英寸）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打仗，电阻发生变革，在 X 和 Y 两个方向上产生
旗子暗记，然后送触摸屏掌握器。掌握器侦测到这一打仗并打算出（X，Y）的位置，再根据得到的
位置仿照鼠标的办法运作。这便是电阻技能触摸屏的最基本的事理。
电阻触摸屏的优点：精度高、价格便宜、抗滋扰能力强、稳定性好。
电阻触摸屏的缺陷：随意马虎被划伤、透光性不太好、不支持多点触摸。
从以上先容可知，触摸屏都须要一个 AD 转换器，一样平常来说是须要一个掌握器的。ALIENTEK
LCD 模块选择的是四线电阻式触摸屏，这种触摸屏的掌握芯片有很多，包括：ADS7843、ADS7846、
TSC2046、XPT2046 和 AK4182 等。这几款芯片的驱动基本上是一样的，也便是你只要写出了
ADS7843 的驱动，这个驱动对其他几个芯片也是有效的。而且封装也有一样的，完备 PIN TO PIN
兼容。以是在更换起来，很方便。
ALIENTEK LCD 模块自带的触摸屏掌握芯片为 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 能通过实行两次 A/D 转换查出被按的屏幕位置，除此之外，
还可以丈量加在触摸屏上的压力。内部自带 2.5V 参考电压可以作为赞助输入、温度丈量和电
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。
在 2.7V 的范例事情状态下，关闭参考电压，功耗可小于 0.75mW。XPT2046 采取眇小的封装形
式：TSSOP-16,QFN-16(0.75mm 厚度)和 VFBGA－48。事情温度范围为-40℃～+85℃。
该芯片完备是兼容 ADS7843 和 ADS7846 的，关于这个芯片的详细利用，可以参考这两个芯片的 datasheet。
电阻式触摸屏就先容到这里。
2) 电容式触摸屏
现在险些所有智好手机，包括平板电脑都是采取电容屏作为触摸屏，电容屏是利用人体感
应进行触点检测掌握，不须要直接打仗或只须要轻微打仗，通过检测感应电流来定位触摸坐标。
ALIENTEK 4.3/7 寸 LCD 模块自带的触摸屏采取的是电容式触摸屏，下面大略先容下电容式
触摸屏的事理。
电容式触摸屏紧张分为两种：
1、表面电容式电容触摸屏。
表面电容式触摸屏技能是利用 ITO(铟锡氧化物，一种透明的导电材料)导电膜，通过电场
感应办法感测屏幕表面的触摸行为进行。但是表面电容式触摸屏有一些局限性，它只能识别一
个手指或者一次触摸。
投射式电容触摸屏
投射电容式触摸屏是传感器利用触摸屏电极发射出静电场线。一样平常用于投射电容传感技能
的电容类型有两种：自我电容和交互电容。
自我电容又称绝对电容，是最广为采取的一种方法，自我电容常日是指扫描电极与地构成
的电容。在玻璃表面有用 ITO 制成的横向与纵向的扫描电极，这些电极和地之间就构成一个电
容的两极。当用手或触摸笔触摸的时候就会并联一个电容到电路中去，从而使在该条扫描线上
的总体的电容量有所改变。在扫描的时候，掌握 IC 依次扫描纵向和横向电极，并根据扫描前
后的电容变革来确定触摸点坐标位置。条记本电脑触摸输入板便是采取的这种办法，条记本电
脑的输入板采取 XY 的传感电极阵列形成一个传感格子，当手指靠近触摸输入板时，在手指和
传感电极之间产生一个小量电荷。采取特定的运算法则处理来自行、列传感器的旗子暗记来确定手
指的位置。
交互电容又叫做超过电容，它是在玻璃表面的横向和纵向的 ITO 电极的交叉处形成电容。
交互电容的扫描办法便是扫描每个交叉处的电容变革，来剖断触摸点的位置。当触摸的时候就
会影响到相邻电极的耦合，从而改变交叉处的电容量，交互电容的扫面方法可以侦测到每个交
叉点的电容值和触摸后电容变革，因而它须要的扫描韶光与自我电容的扫描办法比较要长一些，
须要扫描检测 XY 根电极。目前智好手机/平板电脑等的触摸屏，都是采取交互电容技能。
ALIENTEK 所选择的电容触摸屏，也是采取的是投射式电容屏（交互电容类型），所往后面
仅以投射式电容屏作为先容。
透射式电容触摸屏采取纵横两列电极组成感应矩阵，来感应触摸。以两个交叉的电极矩阵，
即：X 轴电极和 Y 轴电极，来检测每一格感应单元的电容变革，如下图所示：
图 12.1.1 投射式电容屏电极矩阵示意图
示意图中的电极，实际是透明的，这里是为了方便大家理解。图中，X、Y 轴的透明电极电
容屏的精度、分辨率与 X、Y 轴的通道数有关，通道数越多，精度越高。以上便是电容触摸屏
的基本事理，接下来看看电容触摸屏的优缺陷：
电容触摸屏的优点：手感好、无需校准、支持多点触摸、透光性好。
电容触摸屏的缺陷：本钱高、精度不高、抗滋扰能力差。
这里特殊提醒大家电容触摸屏对事情环境的哀求是比较高的，在湿润、多尘、高低温环境
下面，都是不适宜利用电容屏的。
电容触摸屏一样平常都须要一个驱动 IC 来检测电容触摸，且一样平常是通过 IIC 接口输出触摸数据
的。ALIENTEK 7’LCD 模块的电容触摸屏，利用 FT5206/FT5426 做为驱动 IC，采取的是 1528 的
驱动构造（15 个感应通道，28 个驱动通道）。ALIENTEK 4.3’LCD 模块则利用 GT9147 作为驱
动 IC，采取 1710 的驱动构造（10 个感应通道，17 个驱动通道）。
这两个模块都只支持最多 5 点触摸，本例程除 CPLD 方案的 V1 版本 7 寸屏模块不支持外，
其他所有 ALIENTEK 的 LCD 模块都支持，电容触摸驱动 IC，这里只先容 GT9147 的驱动，FT5206
和 FT5426 的驱动同 GT9147 类似，大家可以参考着学习即可。
下面我们大略先容下 GT9147，该芯片是深圳汇顶科技研发的一颗电容触摸屏驱动 IC，支
持 100Hz 触点扫描频率，支持 5 点触摸，支持 1810 个检测通道，适宜小于 4.5 寸的电容触摸
屏利用。
GT9147 与 FPGA 连接是通过 4 根线：SDA、SCL、RST 和 INT。个中：SDA 和 SCL 是 IIC 通信
用的，RST 是复位脚（低电平有效），INT 是中断输出旗子暗记。
GT9147 的 IIC 地址，可以是 0X14 或者 0X5D，当复位结束后的 5ms 内，如果 INT 是高电
平，则利用 0X14 作为地址，否则利用 0X5D 作为地址，详细的设置过程，请看：GT9147 数据
手册.pdf 这个文档。本章我们利用 0X14 作为器件地址（不含最低位，换算成读写命令则是读：
0X29，写：0X28），接下来，先容一下 GT9147 的几个主要的寄存器。
1，掌握命令寄存器（0X8040）
该寄存器可以写入不同值，实现不同的掌握，我们一样平常利用 0 和 2 这两个值，写入 2，
即可软复位 GT9147，在硬复位之后，一样平常要往该寄存器写 2，实施软复位。然后，写入 0，
即可正常读取坐标数据（并且会结束软复位）。
2，配置寄存器组（0X8047~0X8100）
这里共 186 个寄存器，用于配置 GT9147 的各个参数，这些配置一样平常由厂家供应给我们（一
个数组），以是我们只须要将厂家给我们的配置，写入到这些寄存器里面，即可完成 GT9147
的配置。由于 GT9147 可以保存配置信息（可写入内部 FLASH，从而不须要每次上电都更新配
置），我们有几点把稳的地方提醒大家：1，0X8047 寄存器用于指示配置文件版本号，程序写
入的版本号，必须大于即是 GT9147 本地保存的版本号，才可以更新配置。2，0X80FF 寄存器
用于存储校验和，使得 0X8047~0X80FF 之间所有数据之和为 0。3，0X8100 用于掌握是否将配
置保存在本地，写 0，则不保存配置，写 1 则保存配置。
3，产品 ID 寄存器（0X8140~0X8143）
这里统共由 4 个寄存器组成，用于保存产品 ID，对付 GT9147，这 4 个寄存器读出来就
是：9，1，4，7 四个字符（ASCII 码格式）。因此，我们可以通过这 4 个寄存器的值，来判断
驱动 IC 的型号，从而判断是 GT9147 还是 FT5206，以便实行不同的初始化。
4，状态寄存器（0X814E）
该寄存器各位描述如下表所示：
图 12.1.2 寄存器定义
这里，我们仅关心最高位和最低 4 位，最高位用于表示 buffer 状态，如果有数据（坐标/
按键），buffer 就会是 1，最低 4 位用于表示有效触点的个数，范围是：0~5，0 表示没有触摸，
5 表示有 5 点触摸。末了，该寄存器在每次读取后，如果 bit7 有效，则必须写 0，打消这个位，
否则不会输出下一次数据！
！
这个要特殊把稳！
！
！
5，坐标数据寄存器（共 30 个）
这里共分成 5 组（5 个点），每组 6 个寄存器存储数据，以触点 1 的坐标数据寄存器组为
例，如下表所示：
图 12.1.3 触点 1 坐标寄存器组描述
我们一样平常只用到触点的 x，y 坐标，以是只须要读取 0X8150~0X8153 的数据，组合即可得
到触点坐标。其他 4 组分别是：0X8158、0X8160、0X8168 和 0X8170 等开头的 16 个寄存器组
成，分别针对触点 2~4 的坐标。GT9147 支持寄存器地址自增，我们只须要发送寄存器组的首
地址，然后连续读取即可，GT9147 会自动地址自增，从而提高读取速率。
GT9147 干系寄存器的先容就先容到这里，更详细的资料，请参考：GT9147 编程指南.pdf
这个文档。
GT9147 只须要经由大略的初始化就可以正常利用了，初始化流程：硬复位→延时 10ms→
结束硬复位→设置 IIC 地址→延时 100ms→软复位→更新配置（须要时）→结束软复位。此时
GT9147 即可正常利用了。
然后，我们一直的查询 0X814E 寄存器，判断是否有有效触点，如果有，则读取坐标数据
寄存器，得到触点坐标，特殊把稳，如果 0X814E 读到的值最高位为 1，就必须对该位写 0，否
则无法读到下一次坐标数据。
特殊解释：FT5206 和 FT5426 的驱动代码完备千篇一律，他们只是版本号读取的时候稍有
差异，读坐标数据和配置等操作动完备是千篇一律的。以是，这两个电容屏驱动 IC，可以共用
一个.c 文件（ft5206.c）。电容式触摸屏部分，就先容到这里。
实验任务
本章我们利用 Nios II 结合 MCU TFT-LCD 驱动，实现 LCD 画板功能。
硬件设计
硬件框架
本章实验的硬件框架是在 MCU TFT-LCD 显示实验框架的根本上添加触摸屏驱动所需的 4
个 PIO 旗子暗记，如下图所示：
图12.3.1 TFTLCD显示实验的硬件框架图
顶层代码如下:
1 module qsys_touch(
2 //module clock
3 input sys_clk , //系统时钟，50Mhz
4 input sys_rst_n , //系统复位，低电平有效
5
6 //SDRAM interface
7 output sdram_clk , //SDRAM 芯片时钟
8 output sdram_cke , //SDRAM 时钟有效
9 output sdram_cs_n , //SDRAM 片选
10 output sdram_ras_n, //SDRAM 行有效
11 output sdram_cas_n, //SDRAM 列有效
12 output sdram_we_n , //SDRAM 写有效
13 output [ 1:0] sdram_ba , //SDRAM Bank 地址
14 output [12:0] sdram_addr , //SDRAM 行/列地址
15 inout [15:0] sdram_data , //SDRAM 数据
16 output [ 1:0] sdram_dqm , //SDRAM 数据掩码
17
18 //EPCS FLASH interface
19 output epcs_dclk , // EPCS 时钟旗子暗记
20 output epcs_sce , // EPCS 片选旗子暗记
21 output epcs_sdo , // EPCS 数据输出旗子暗记
22 input epcs_data0 , // EPCS 数据输入旗子暗记
23
24 //MCU LCD interface
25 inout [15:0] mlcd_data , // LCD 数据旗子暗记
26 output mlcd_bl , // LCD 背光旗子暗记
27 output mlcd_cs_n , // LCD 片选旗子暗记
28 output mlcd_wr_n , // LCD 写旗子暗记
29 output mlcd_rd_n , // LCD 读旗子暗记
30 output mlcd_rs , // LCD 命令/数据旗子暗记
31 output mlcd_rst_n , // LCD 复位旗子暗记
32
33 //TOUCH interface
34 output touch_tcs , // 触摸屏复位旗子暗记
35 inout touch_int , // 触摸屏中断旗子暗记
36 output touch_scl , // 触摸屏 IIC_SCL 旗子暗记
37 inout touch_sda // 触摸屏 IIC_SDA 旗子暗记
38 );
39
40 //wire define
41 wire clk_100m; //SDRAM 掌握器时钟
42 wire rst_n ; //系统复位旗子暗记
43 wire locked ; //PLL 输出稳定标志
44
45 //
46 // main code
47 //
48
49 //待 PLL 输出稳定之后，停滞系统复位
50 assign rst_n = sys_rst_n & locked;
51
52 //例化 PLL
53 pll_clk u_pll_clk(
54 .areset (~sys_rst_n),
55 .inclk0 (sys_clk ),
56 .c0 (clk_100m ),
57 .c1 (sdram_clk ),
58 .locked (locked )
59 );
60
61 //例化 Nios2 系统模块
62 nios2os u_nios2os (
63 .clk_clk (clk_100m ), // 时钟 100M
64 .reset_reset_n (rst_n ), // 复位旗子暗记
65 .sdram_addr (sdram_addr ), // SDRAM 行/列地址
66 .sdram_ba (sdram_ba ), // SDRAM Bank 地址
67 .sdram_cas_n (sdram_cas_n), // SDRAM 列有效
68 .sdram_cke (sdram_cke ), // SDRAM 时钟有效
69 .sdram_cs_n (sdram_cs_n ), // SDRAM 片选
70 .sdram_dq (sdram_data ), // SDRAM 数据
71 .sdram_dqm (sdram_dqm ), // SDRAM 数据掩码
72 .sdram_ras_n (sdram_ras_n), // SDRAM 行有效
73 .sdram_we_n (sdram_we_n ), // SDRAM 写有效
74 .epcs_dclk (epcs_dclk ), // EPCS 时钟旗子暗记
75 .epcs_sce (epcs_sce ), // EPCS 片选旗子暗记
76 .epcs_sdo (epcs_sdo ), // EPCS 数据输出旗子暗记
77 .epcs_data0 (epcs_data0 ), // EPCS 数据输入旗子暗记
78 .mlcd_data_export (mlcd_data ), // LCD 数据旗子暗记
79 .mlcd_cs_n_export (mlcd_cs_n ), // LCD 片选旗子暗记
80 .mlcd_wr_n_export (mlcd_wr_n ), // LCD 写旗子暗记
81 .mlcd_rd_n_export (mlcd_rd_n ), // LCD 读旗子暗记
82 .mlcd_rst_n_export(mlcd_rst_n ), // LCD 复位旗子暗记
83 .mlcd_rs_export (mlcd_rs ), // LCD 命令/数据旗子暗记
84 .mlcd_bl_export (mlcd_bl ), // LCD 背光旗子暗记
85 .touch_tcs_export (touch_tcs ), // 触摸屏复位旗子暗记
86 .touch_int_export (touch_int ), // 触摸屏中断旗子暗记
87 .touch_scl_export (touch_scl ), // 触摸屏 IIC_SCL 旗子暗记
88 .touch_sda_export (touch_sda ) // 触摸屏 IIC_SDA 旗子暗记
89 );
90
91 endmodule
顶层代码紧张实现 PLL 和 Nios II 系统模块的例化。
接下来进行引脚分配，须要在 TFT LCD 显示实验的根本上分配触摸的引脚，如下：
图 12.3.2 引脚分配
软件设计
创建好软件工程后，我们将 hello_world.c 变动为 qsys_touch.c，并在 qsys_touch 的运用工
程下新建两个文件夹，分别命名为 drives 和 APP，然后在 drives 文件夹里面新建两个文件夹，
分别命名为 LCD 和 TOUCH，LCD 文件夹存放 TFTLCD 的驱动代码文件和相应的字体文件，TOUCH
文件夹存放触摸驱动干系的文件，APP 文件夹下存放宏定义文件和延时函数文件。工程目录结
构如下图所示：
图 12.4.1 工程目录构造
LCD 文件夹的内容在 MCU TFT-LCD 章节已详细先容，紧张用于驱动 TFT LCD 的显示，TOUCH
文件夹下的文件用于驱动正点原子不同型号的采取 IIC 协议的电容触摸屏，myiic 文件是用 C
仿照的 IIC 协议。我们先来看一下 APP 文件夹下的文件内容。
defines.h 文件是将我们常用的宏定义做一个归类，方便利用，内容如下：
1 #ifndef DEFINES_H_
2 #define DEFINES_H_
3
4 //重新定义类型
5 #define u8 unsigned char
6 #define u16 unsigned short
7 #define u32 unsigned long
8 #define u64 unsigned long long
9
10 #endif / DEFINES_H_ /
delay.c 文件内容如下：
1 #include "delay.h"
2 #include <unistd.h>
3
4 //延时函数，单位毫秒
5 void delay_ms(u32 n)
6 {
7 usleep(n1000);
8 }
9
10 //延时函数，单位微秒
11 void delay_us(u32 n)
12 {
13 usleep(n);
14 }
现在我们来看一下利用 C 来仿照 IIC 协议的 myiic.h 和 myiic.c 文件，myiic.h 内容如下：
1 #ifndef __MYIIC_H
2 #define __MYIIC_H
3 #include "delay.h"
4 #include "system.h"
5 #include "altera_avalon_pio_regs.h"
6
7 //IO 方向设置
8 #define SDA_IN() {IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION(TOUCH_SDA_BASE,0x0);} //输入模式
9 #define SDA_OUT() {IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION(TOUCH_SDA_BASE,0x1);} //输出模式
10
11 //IO 操作函数
12 #define IIC_SCL(x) IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(TOUCH_SCL_BASE,x) //SCL
13 #define IIC_SDA(x) IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(TOUCH_SDA_BASE,x) //写入 SDA
14 #define READ_SDA IORD_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(TOUCH_SDA_BASE) //读取 SDA
15
16 //IIC 所有操作函数
17 void IIC_Init(void); //初始化 IIC 的 IO 口
18 void IIC_Start(void); //发送 IIC 开始旗子暗记
19 void IIC_Stop(void); //发送 IIC 停滞旗子暗记
20 void IIC_Send_Byte(u8 txd); //IIC 发送一个字节
21 u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack); //IIC 读取一个字节
22 u8 IIC_Wait_Ack(void); //IIC 等待 ACK 旗子暗记
23 void IIC_Ack(void); //IIC 发送 ACK 旗子暗记
24 void IIC_NAck(void); //IIC 不发送 ACK 旗子暗记
25 #endif
代码的第 8~9 行，设置了双向旗子暗记 SDA 的输入、输出模式。代码的第 12~14 行宏定义了 IO
操作函数。
myiic.c 文件的内容如下：
1 #include "myiic.h"
2 #include "delay.h"
3 #include <unistd.h>
4
5 //初始化 IIC
6 void IIC_Init(void)
7 {
8 IIC_SCL(1);
9 IIC_SDA(1);
10 }
11
12 //产生 IIC 起始旗子暗记
13 void IIC_Start(void)
14 {
15 SDA_OUT(); //sda 线输出
16 IIC_SDA(1);
17 IIC_SCL(1);
18 usleep(2);
19 IIC_SDA(0); //START 旗子暗记:SCL 为高时，SDA 由高变低
20 usleep(2);
21 IIC_SCL(0); //钳住 I2C 总线，准备发送或吸收数据
22 }
23
24 //产生 IIC 停滞旗子暗记
25 void IIC_Stop(void)
26 {
27 SDA_OUT(); //sda 线输出
28 IIC_SCL(0);
29 IIC_SDA(0); //STOP 旗子暗记:SCL 为高时，SDA 由低变高
30 usleep(2);
31 IIC_SCL(1);
32 usleep(2);
33 IIC_SDA(1); //发送 I2C 总线结束旗子暗记
34 usleep(2);
35 }
36
37 //等待应答旗子暗记到来
38 //返回值：1，吸收应答失落败
39 // 0，吸收应答成功
40 u8 IIC_Wait_Ack(void)
41 {
42 u8 ucErrTime=0;
43 SDA_IN(); //SDA 设置为输入
44 IIC_SDA(1);
45 usleep(2);
46 IIC_SCL(1);
47 usleep(2);
48 while(READ_SDA) {
49 ucErrTime++;
50 if(ucErrTime>250) {
51 IIC_Stop();
52 return 1;
53 }
54 }
55 IIC_SCL(0);//时钟输出 0
56 return 0;
57 }
58
59 //产生 ACK 应答
60 void IIC_Ack(void)
61 {
62 IIC_SCL(0);
63 SDA_OUT();
64 IIC_SDA(0);
65 usleep(2);
66 IIC_SCL(1);
67 usleep(2);
68 IIC_SCL(0);
69 }
70
71 //不产生 ACK 应答
72 void IIC_NAck(void)
73 {
74 IIC_SCL(0);
75 SDA_OUT();
76 IIC_SDA(1);
77 usleep(1);
78 IIC_SCL(1);
79 usleep(1);
80 IIC_SCL(0);
81 }
82
83 //IIC 发送一个字节
84 //返回从机有无应答
85 //1，有应答
86 //0，无应答
87 void IIC_Send_Byte(u8 txd)
88 {
89 u8 t;
90 SDA_OUT();
91 IIC_SCL(0);//拉低时钟开始数据传输
92 for(t=0; t<8; t++) {
93 IIC_SDA((txd&0x80)>>7);
94 txd<<=1;
95 usleep(1);
96 IIC_SCL(1);
97 usleep(1);
98 IIC_SCL(0);
99 usleep(1);
100 }
101 }
102
103 //读 1 个字节，ack=1 时，发送 ACK，ack=0，发送 nACK
104 u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
105 {
106 unsigned char i,receive=0;
107 SDA_IN();//SDA 设置为输入
108 for(i=0; i<8; i++ ) {
109 IIC_SCL(0);
110 usleep(1);
111 IIC_SCL(1);
112 receive<<=1;
113 if(READ_SDA)
114 receive++;
115 usleep(1);
116 }
117 if (!ack)
118 IIC_NAck();//发送 nACK
119 else
120 IIC_Ack(); //发送 ACK
121 return receive;
122 }
该部分为 IIC 驱动代码，实现包括 IIC 的初始化（IO 口）、IIC 开始、IIC 结束、ACK、IIC 读
写等功能，在其他函数里面，只须要调用干系的 IIC 函数就可以和外部 IIC 器件通信了，这里并
不局限于 TOUCH 的驱动，该段代码可以用在任何 IIC 设备上。对付 IIC 协议的详细先容可以参
见《开拓者 FPGA 开拓指南》的第二十八章 EEPROM 读写测尝尝验。
保存该部分代码，把 myiic.c 加入到 drives\TOUCH 文件夹下面，然后在 myiic.h 里面输入如
下代码：
1 #ifndef __MYIIC_H
2 #define __MYIIC_H
3 #include "delay.h"
4 #include "system.h"
5 #include "altera_avalon_pio_regs.h"
6
7 //IO 方向设置
8 #define SDA_IN() {IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION(TOUCH_SDA_BASE,0x0);} //输入模式
9 #define SDA_OUT() {IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION(TOUCH_SDA_BASE,0x1);} //输出模式
10
11 //IO 操作函数
12 #define IIC_SCL(x) IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(TOUCH_SCL_BASE,x) //SCL
13 #define IIC_SDA(x) IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(TOUCH_SDA_BASE,x) //写入 SDA
14 #define READ_SDA IORD_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(TOUCH_SDA_BASE) //读取 SDA
15
16 //IIC 所有操作函数
17 void IIC_Init(void); //初始化 IIC 的 IO 口
18 void IIC_Start(void); //发送 IIC 开始旗子暗记
19 void IIC_Stop(void); //发送 IIC 停滞旗子暗记
20 void IIC_Send_Byte(u8 txd); //IIC 发送一个字节
21 u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack); //IIC 读取一个字节
22 u8 IIC_Wait_Ack(void); //IIC 等待 ACK 旗子暗记
23 void IIC_Ack(void); //IIC 发送 ACK 旗子暗记
24 void IIC_NAck(void); //IIC 不发送 ACK 旗子暗记
25 #endif
接下来我们看一下电容触摸屏的驱动代码。
首先，我们看看 touch.h 里面的代码，
1 #ifndef __TOUCH_H__
2 #define __TOUCH_H__
3
4 #include "system.h"
5 #include "gt9147.h"
6 #include "gt9271.h"
7 #include "ft5206.h"
8 #include "mculcd.h"
9
10 #define TP_PRES_DOWN 0x8000 //触屏被按下
11 #define TP_CATH_PRES 0x4000 //有按键按下了
12 #define CT_MAX_TOUCH 10 //电容屏支持的点数,固定为10点
13
14 #define PEN IORD_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(TOUCH_INT_BASE) //T_PEN
15
16 //触摸屏掌握器
17 typedef struct
18 {
19 u8 (init)(void); //初始化触摸屏掌握器
20 u8 (scan)(u8); //扫描触摸屏.0,屏幕扫描;1,物理坐标;
21 u16 x[CT_MAX_TOUCH]; //当前坐标
22 u16 y[CT_MAX_TOUCH];
23 //电容屏最多有10组坐标,电阻屏则用x[0],y[0]代表:这次扫描时,触屏的坐标,用
24 //x[9],y[9]存储第一次按下时的坐标.
25 u16 sta; //笔的状态
26 //b15:按下1/松开0;
27 //b14:0,没有按键按下;1,有按键按下.
28 //b13~b10:保留
29 //b9~b0:电容触摸屏按下的点数(0,表示未按下,1表示按下)
30 //新增的参数,当触摸屏的旁边高下完备颠倒时须要用到.
31 //b0:0,竖屏(适宜旁边为X坐标,高下为Y坐标的TP)
32 // 1,横屏(适宜旁边为Y坐标,高下为X坐标的TP)
33 //b1~6:保留.
34 //b7:0,电阻屏
35 // 1,电容屏
36 u8 touchtype;
37 }_m_tp_dev;
38
39 extern _m_tp_dev tp_dev; //触屏掌握器在touch.c里面定义
40
41 //电容屏 共用函数
42 u8 TP_Scan(); //扫描
43 void TP_Init(void); //初始化
44
45 #endif
上述代码，我们重点看看_m_tp_dev 构造体，改构造体用于管理和记录触摸屏干系信息。
通过构造体，在利用的时候，我们一样平常直接调用 tp_dev 的干系成员函数/变量，即可达到须要
的效果，这种设计简化了接口，且方便管理和掩护，大家可以效仿一下。
现在，我们看一下 touch.c 里面的代码，由于代码比较多，我们就不一一先容了，这里我
们仅先容 TP_Init 函数，该函数根据 LCD 的 ID（即 lcddev.id）判别不同的电容屏，然后实行不
同的初始化，该函数代码如下：
46 //触摸屏初始化
47 void TP_Init(void)
48 {
49 if(lcddev.id==0X5510||lcddev.id==0X4342) { //电容触摸屏,4.3 寸屏
50 GT9147_Init();
51 tp_dev.scan=GT9147_Scan; //扫描函数指向 GT9147 触摸屏扫描
52 tp_dev.touchtype|=0X80; //电容屏
53 tp_dev.touchtype|=lcddev.dir&0X01; //横屏还是竖屏
54 }
55 //SSD1963 7 寸屏或者 7 寸 800480/1024600 RGB 屏
56 else if(lcddev.id==0X1963||lcddev.id==0X7084||lcddev.id==0X7016) {
57 FT5206_Init();
58 tp_dev.scan=FT5206_Scan; //扫描函数指向 GT9147 触摸屏扫描
59 tp_dev.touchtype|=0X80; //电容屏
60 tp_dev.touchtype|=lcddev.dir&0X01; //横屏还是竖屏
61 } else if(lcddev.id==0X1018) {
62 GT9271_Init();
63 tp_dev.scan=GT9271_Scan; //扫描函数指向 GT271 触摸屏扫描
64 tp_dev.touchtype|=0X80; //电容屏
65 tp_dev.touchtype|=lcddev.dir&0X01; //横屏还是竖屏
66 }
67 }
该函数比较大略，重点说一下：tp_dev.scan，这个构造体函数指针，默认是指向 TP_Scan
的，如果是电阻屏则用默认的即可，如果是电容屏，则指向新的扫描函数 GT9147_Scan 或
FT5206_Scan（根据芯片 ID 判断到底指向那个），实行电容触摸屏的扫描函数。
由于 GT9147 和 GT9271 为同一系列的触摸屏，除配置参数有差别外，其它的差别不大，
而 FT5206 的代码与 GT9147 的差别在于无需通过 int 引脚来选择不同的 i2c 器件地址，也无需
配置繁杂的寄存器，别的的和 GT9147 差别不大。以是下面我们紧张针对 GT9147 的驱动进行
先容。
首先我们看下 gt9147.h 代码，如下：
1 #ifndef __GT9147_H
2 #define __GT9147_H
3 #include "system.h"
4 #include "defines.h"
5 #include "mculcd.h"
6
7 //IO 操作函数
8 #define GT9147_RST(x) IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(TOUCH_TCS_BASE,x) //GT9147 复位引脚
9 #define GT9147_INT(x) IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(TOUCH_INT_BASE,x) //GT9147 中断引脚
10 //设置 PIO 的方向
11 #define GT9147_INT_DIR(x) IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION(TOUCH_INT_BASE,x)
12
13 //I2C 读写命令
14 #define GT_CMD_WR 0X28 //写命令
15 #define GT_CMD_RD 0X29 //读命令
16
17 //GT9147 部分寄存器定义
18 #define GT_CTRL_REG 0X8040 //GT9147 掌握寄存器
19 #define GT_CFGS_REG 0X8047 //GT9147 配置起始地址寄存器
20 #define GT_CHECK_REG 0X80FF //GT9147 校验和寄存器
21 #define GT_PID_REG 0X8140 //GT9147 产品 ID 寄存器
22
23 #define GT_GSTID_REG 0X814E //GT9147 当前检测到的触摸情形
24 #define GT_TP1_REG 0X8150 //第一个触摸点数据地址
25 #define GT_TP2_REG 0X8158 //第二个触摸点数据地址
26 #define GT_TP3_REG 0X8160 //第三个触摸点数据地址
27 #define GT_TP4_REG 0X8168 //第四个触摸点数据地址
28 #define GT_TP5_REG 0X8170 //第五个触摸点数据地址
29
30
31 u8 GT9147_Send_Cfg(u8 mode); //发送 GT9147 配置参数
32 u8 GT9147_WR_Reg(u16 reg,u8 buf,u8 len); //向 GT9147 写入一次数据
33 void GT9147_RD_Reg(u16 reg,u8 buf,u8 len); //从 GT9147 读出一次数据
34 u8 GT9147_Init(void); //初始化 GT9147 触摸屏
35 u8 GT9147_Scan(u8 mode); //扫描触摸屏(采取查询办法)
36 #endif
37
在该头文件中我们宏定义了 IO 操作函数和 GT9147 的寄存器地址。紧张用于方便修正和
管理。
接下来看下 gt9147.c 里面的代码，这里我们仅先容 GT9147_Init 和 GT9147_Scan 两个函数，
代码如下：
94 //初始化 GT9147 触摸屏
95 //返回值:0,初始化成功;1,初始化失落败
96 u8 GT9147_Init(void)
97 {
98 u8 temp[5];
99 GT9147_INT_DIR(1);
100 GT9147_INT(1);
101 IIC_Init(); //初始化电容屏的 I2C 总线
102 GT9147_RST(0); //复位
103 delay_ms(10);
104 GT9147_RST(1); //开释复位
105 delay_ms(10);
106 GT9147_INT_DIR(0);
107 delay_ms(100);
108 GT9147_RD_Reg(GT_PID_REG,temp,4);//读取产品 ID
109 temp[4]=0;
110 printf("CTP ID:%s\r\n",temp); //打印 ID
111 if(strcmp((char)temp,"9147")==0) { //ID==9147
112 temp[0]=0X02;
113 GT9147_WR_Reg(GT_CTRL_REG,temp,1);//软复位 GT9147
114 GT9147_RD_Reg(GT_CFGS_REG,temp,1);//读取 GT_CFGS_REG 寄存器
115 if(temp[0]<0X60) { //默认版本比较低,须要更新 flash 配置
116 // printf("Default Ver:%d\r\n",temp[0]);
117 if(lcddev.id==0X5510)
118 GT9147_Send_Cfg(1);//仅 4.3 寸 MCU 屏,更新并保存配置
119 }
120 delay_ms(10);
121 temp[0]=0X00;
122 GT9147_WR_Reg(GT_CTRL_REG,temp,1);//结束复位
123 return 0;
124 }
125 return 1;
126 }
以上代码，GT9147_Init 用于初始化 GT9147，该函数通过读取 0X8140~0X8143 这 4 个寄存
器，并判断是否是：“9147”
,来确定是不是 GT9147 芯片，在读取到精确的 ID 后，软复位 GT9147，
然后根据当前芯片版本号，确定是否须要更新配置，通过 GT9147_Send_Cfg 函数，发送配置信
息（一个数组），配置完后，结束软复位，即完成 GT9147 初始化。
130 //扫描触摸屏(采取查询办法)
131 //mode:0,正常扫描.
132 //返回值:当前触屏状态.
133 //0,触屏无触摸;1,触屏有触摸
134 u8 GT9147_Scan(u8 mode)
135 {
136 u8 buf[4];
137 u8 i=0;
138 u8 res=0;
139 u8 temp;
140 u8 tempsta;
141 static u8 t=0;//掌握查询间隔,从而降落 CPU 占用率
142 t++;
143 if((t%10)==0||t<10) { //空闲时,每进入 10 次 CTP_Scan 函数才检测 1 次,从而节省 CPU 利用率
144 GT9147_RD_Reg(GT_GSTID_REG,&mode,1); //读取触摸点的状态
145 if((mode & 0X80) &&((mode&0XF)<6)) {
146 temp=0;
147 GT9147_WR_Reg(GT_GSTID_REG,&temp,1);//清标志
148 }
149 if((mode&0XF)&&((mode&0XF)<6)) {
150 temp=0XFF<<(mode&0XF); //将点的个数转换为 1 的位数,匹配 tp_dev.sta 定义
151 tempsta=tp_dev.sta; //保存当前的 tp_dev.sta 值
152 tp_dev.sta=(~temp)|TP_PRES_DOWN|TP_CATH_PRES;
153 tp_dev.x[4]=tp_dev.x[0]; //保存触点 0 的数据
154 tp_dev.y[4]=tp_dev.y[0];
155 for(i=0; i<5; i++) {
156 if(tp_dev.sta&(1<<i)) { //触摸有效?
157 GT9147_RD_Reg(GT9147_TPX_TBL[i],buf,4); //读取 XY 坐标值
158 if(lcddev.id==0X5510) { //4.3 寸 800480 MCU 屏
159 if(tp_dev.touchtype & 0X01) { //横屏
160 tp_dev.y[i]=((u16)buf[1]<<8)+buf[0];
161 tp_dev.x[i]=800-(((u16)buf[3]<<8)+buf[2]);
162 } else {
163 tp_dev.x[i]=((u16)buf[1]<<8)+buf[0];
164 tp_dev.y[i]=((u16)buf[3]<<8)+buf[2];
165 }
166 } else if(lcddev.id==0X4342) { //4.3 寸 480272 RGB 屏
167 if(tp_dev.touchtype & 0X01) { //横屏
168 tp_dev.x[i]=(((u16)buf[1]<<8)+buf[0]);
169 tp_dev.y[i]=(((u16)buf[3]<<8)+buf[2]);
170 } else {
171 tp_dev.y[i]=((u16)buf[1]<<8)+buf[0];
172 tp_dev.x[i]=272-(((u16)buf[3]<<8)+buf[2]);
173 }
174 }
175 // printf("x[%d]:%d,y[%d]:%d\r\n",i,tp_dev.x[i],i,tp_dev.y[i]);
176 }
177 }
178 res=1;
179 if(tp_dev.x[0]>lcddev.width||tp_dev.y[0]>lcddev.height) { // 坐标超出了
180 if((mode&0XF)>1) { //有其他点有数据,则复第二个触点的数据到第一个触点.
181 tp_dev.x[0]=tp_dev.x[1];
182 tp_dev.y[0]=tp_dev.y[1];
183 t=0; //触发一次,则会最少连续监测 10 次,从而提高命中率
184 } else { //造孽数据,则忽略这次数据(还底本来的)
185 tp_dev.x[0]=tp_dev.x[4];
186 tp_dev.y[0]=tp_dev.y[4];
187 mode=0X80;
188 tp_dev.sta=tempsta; //规复 tp_dev.sta
189 }
190 } else t=0; //触发一次,则会最少连续监测 10 次,从而提高命中率
191 }
192 }
193 if((mode&0X8F)==0X80) { //无触摸点按下
194 if(tp_dev.sta&TP_PRES_DOWN) { //之前是被按下的
195 tp_dev.sta &=~(1<<7); //标记按键松开
196 } else { //之前就没有被按下
197 tp_dev.x[0]=0xffff;
198 tp_dev.y[0]=0xffff;
199 tp_dev.sta&=0XE0; //打消点有效标记
200 }
201 }
202 if(t>240)
203 t=10;//重新从 10 开始计数
204 return res;
205 }
GT9147_Scan 函数用于扫描电容触摸屏是否有按键按下，由于我们不是用的中断办法来读
取 GT9147 的数据的，而是采取查询的办法，以是这里利用了一个静态变量来提高效率，当无
触摸的时候，只管即便减少对 CPU 的占用，当有触摸的时候，又担保能迅速检测到。对 GT9147 数
据的读取，先读取手势 ID 寄存器（GT_GSTID_REG），判断是不是有有效数据，如果有，则读
取，否则直接忽略，连续后面的处理。
末了我们打开 qsys_touch.c，这里就不全部贴出来了，仅先容 main 函数和电容触摸屏测试
函数。main 函数代码如下：
17 int main(void) {
18 printf("Hello from Nios II!\n");
19 MCULCD_Init(); //初始化 MCU LCD
20 tp_dev.init(); //触摸屏初始化
21 POINT_COLOR = MLCD_RED;
22
23 LCD_ShowString(30, 50, 300, 30, 24, 0, "Welcome to PIONEER FPGA");
24 LCD_ShowString(30, 80, 400, 30, 24, 0, "This is a TOUCH test application");
25 LCD_ShowString(30, 110, 200, 30, 24, 0, "ATOM@ALIENTEK");
26 LCD_ShowString(30, 140, 200, 30, 24, 0, "2018/10/10");
27
28 delay_ms(1500);
29 Load_Drow_Dialog();
30
31 if (tp_dev.touchtype & 0X80)
32 ctp_test(); //电容屏测试
33 }
main 函数比较大略，初始化干系外设，输出提示信息，然后根据触摸屏类型，去选择执
行 ctp_test 函数。ctp_test 函数代码如下：
83 //电容触摸屏测试函数
84 void ctp_test(void) {
85 u8 t = 0;
86 u8 i = 0;
87 u16 lastpos[10][2]; //末了一次的数据
88 u8 maxp = 5; //最大触摸点数
89 if (lcddev.id == 0X1018)
90 maxp = 10;
91 while(1) {
92 tp_dev.scan(0);
93 for (t = 0; t < maxp; t++) {
94 if ((tp_dev.sta) & (1 << t)) {
95 if (tp_dev.x[t] < lcddev.width && tp_dev.y[t] < lcddev.height) {
96 if (lastpos[t][0] == 0XFFFF) {
97 lastpos[t][0] = tp_dev.x[t];
98 lastpos[t][1] = tp_dev.y[t];
99 }
100 lcd_draw_bline(lastpos[t][0], lastpos[t][1], tp_dev.x[t],
101 tp_dev.y[t], 2, POINT_COLOR_TBL[t]); //画线
102 lastpos[t][0] = tp_dev.x[t];
103 lastpos[t][1] = tp_dev.y[t];
104 if (tp_dev.x[t] > (lcddev.width - 43) && tp_dev.y[t] < 24) {
105 Load_Drow_Dialog(); //打消
106 }
107 }
108 } else
109 lastpos[t][0] = 0XFFFF;
110 }
111 delay_ms(5);
112 i++;
113 }
114 }
ctp_test，该函数用于电容触摸屏的测试，由于我们采取 tp_dev.sta 来标记当前按下的触摸
屏点数，以是判断是否有电容触摸屏按下，也便是判断 tp_dev.sta 的最低 5 位，如果有数据，
则划线，如果没数据则忽略，且 5 个点划线的颜色各不一样，方便区分。其余，电容触摸屏不
须要校准，以是没有校准程序。
软件部分就先容到这里，接下来看看下载验证。
下载验证
讲完了软件工程，接下来我们就将该实验下载至我们的开拓者开拓板进行验证。
首先我们将 4.3 寸的 ATK-4.3’TFTLCD 与开拓板上的 MCU TFT LCD 接口连接。再将下载器
一端连电脑，另一端与开拓板上对应端口连接，末了连接电源线并打开电源开关。
我们在 Quartus II 软件中将 qsys_touch.sof 文件下载至我们的开拓者开拓板，qsys_ touch.sof
下载完成后，我们还须要在 Nios II SBT for Eclipse 软件中将 qsys_ touch.elf 文件下载至我们的开
拓者开拓板，qsys_ touch.elf 下载完成往后，我们的 C 程序将会实行在我们的开拓者开拓板上。
手指在触摸屏上划动时显示划动的轨迹（写一个“正”字），结果如下图所示。
图 12.5.1 实验结果图
至此，我们的 TFT LCD 触摸屏实验就完成了。
