[嵌入式]GD32学习笔记（2）触摸屏驱动芯片GT1151Q

???????一般LCD都会组合触摸屏以扩展相应的功能，这里要注意，触摸屏和LCD是不同的东西，前者用于收集用户的触控信息，后者用于显示。人机交互实际上是单片机通过触摸屏收集到触控信息后，根据触控在LCD上显示。下面介绍触摸屏的原理及相应触摸屏驱动芯片的作用。

触摸屏

组成

???????触摸屏分为表面电容式触摸屏和投射式触摸屏。前者不透光，一般用于如笔记本电脑触控板之类的非显示领域；后者透光，一般用在手机屏幕等显示领域。投射式触摸屏实际上由三层物质组成，如下图所示：

???????三层物质的特点如下：

检测原理

???????触摸屏按照检测原理可以分为交互电容型和自我电容型，交互电容型触摸屏的ITO层XY两组电极之间彼此结合组成电容，而自我电容型触摸屏两组电极与地构成电容，结构上的差别也导致检测方法的差别，这里介绍一下交互电容型触摸屏检测方法。
???????交互式电容触摸屏的ITO层XY轴之间的电容位置代表了触摸屏的实际坐标，检测电容的充电时间即可确定是否有手指按下，和电容按键原理类似。检测触点坐标时，第1条X轴的电极发出激励信号，所有Y轴的电极接收信号，通过检测交互电容的充电时间可检测出各条Y轴与第1条X轴相交的交互电容的大小。接着各条X轴依次发出激励信号，Y轴重复上述步骤，根据得到的触摸屏电容量变化的二维数据表，即可得知触摸点的坐标。

GT1151Q芯片

简介

???????触摸屏控制芯片用于检测ITO层电极之间电容的变化，从而得到手指按压的具体坐标，同时将这些坐标和状态信息进行编码，并保存在芯片内部相应的寄存器内，供微控制器读取和调用。
???????GT1151Q芯片触摸扫描频率为120Hz，检测通道有16个驱动通道和29个感应通道，两种通道分别对应ITO层的X和Y电极数，数字越大表示检测坐标的精度越高。GT1151Q最高支持10点触控，其引脚功能如下表所示：

???????GT1151Q芯片的大部分引脚与触摸屏连接，用于输出触摸驱动信号和获取触摸模拟信号，只有4个引脚与开发板连接，分别是INT、/RST、I2C_SCL和I2C_SDA。其中INT为中断引脚，用于检测坐标变化，/RST为复位引脚，I2C_SCL和I2C_SDA为I2C接口的时钟线和数据线。
???????GT1151Q芯片使用I2C协议与微控制器进行通信，器件地址为0x14。

寄存器

???????这里将要介绍一下GT1151Q芯片相应的寄存器，在相应文件可使用宏定义方便控制：

#define GT1151Q_CTRL_REG   0x8040      //GT1151Q控制寄存器
#define GT1151Q_CFGS_REG   0x8050      //GT1151Q配置起始地址寄存器
#define GT1151Q_PID_REG    0x8140      //GT1151Q产品ID寄存器

#define GT1151Q_GSTID_REG  0x814E      //GT1151Q当前检测到的触摸情况
#define GT1151Q_TP1_REG    0x8150      //第一个触摸点数据地址
#define GT1151Q_TP2_REG    0x8158      //第二个触摸点数据地址
#define GT1151Q_TP3_REG    0x8160      //第三个触摸点数据地址
#define GT1151Q_TP4_REG    0x8168      //第四个触摸点数据地址
#define GT1151Q_TP5_REG    0x8170      //第五个触摸点数据地址

//IIC设备地址（含最低位）
#define GT1151Q_DEVICE_ADDR 0x28

控制寄存器（0x8040）

???????控制寄存器用于设置GT1151Q芯片完成相应的操作，具体介绍如下表：

状态寄存器（0x814E）

???????状态寄存器用于存储当前的触点数目，具体介绍如下表，其中bit7为标志位，触点不为0时该位为1，并且不会自动清零。bit3 ~ bit0为触点数目：

坐标寄存器（0x8150 ~ 0x819D）

???????坐标寄存器用于存储触点信息，共有60个，即每个触点通过6个寄存器存储信息，以触点1为例，如下表所示，0x8150 ~ 0x8151用于存储触点1X坐标值的低字节和高字节，0x8152 ~ 0x8153用于存储触点1Y坐标值的低字节和高字节，0x8154 ~ 0x8155用于存储触点1的宽和高：

???????对触点坐标值的存放，可使用以下结构体：

typedef struct
{
  u16 x;    //横坐标，0xFFFF表示无效值
  u16 y;    //纵坐标，0xFFFF表示无效值
  u16 size; //触点大小
}StructTouchPoint;

核心代码

???????作为核心功能为获取触点坐标的芯片，获取的数据可通过存放于以下结构体：

typedef struct
{
  u8               pointNum;                 //触摸点数，最多支持POINT_NUM_MAX个触摸点
  u8               pointFlag[POINT_NUM_MAX]; //触摸点按下标志位，1-触摸点按下，0-未检测到触摸点按下
  StructTouchPoint point[POINT_NUM_MAX];     //坐标点数据
}StructTouchDev;

???????通过以下函数可获取数据（仅供参考）：

void ScanGT1151Q(StructTouchDev* dev)
{
  static u16 s_arrRegAddr[5] = {GT1151Q_TP1_REG, GT1151Q_TP2_REG, GT1151Q_TP3_REG, GT1151Q_TP4_REG, GT1151Q_TP5_REG};//各个触点数据地址
  u8  regValue;
  u8  buf[6];
  u8  i;
  u16 swap;

  //读取状态寄存器
  IICCommonReadBytesEx(&s_structIICDev, GT1151Q_GSTID_REG, &regValue, 1, IIC_COMMON_NACK);//读取地址为GT1151Q_GSTID_REG，长度为1字节的数据至regValue中
  regValue = regValue & 0x0F;

  //记录触摸点个数
  dev->pointNum = regValue;

  //清除状态寄存器
  regValue = 0;
  IICCommonWriteBytesEx(&s_structIICDev, GT1151Q_GSTID_REG, &regValue, 1);

  //循环获取5个触摸点数据
  for(i = 0; i < 5; i++)
  {
    //检测到触点
    if(dev->pointNum >= (i + 1))
    {
      IICCommonReadBytesEx(&s_structIICDev, s_arrRegAddr[i], buf, 6, IIC_COMMON_NACK);
      dev->point[i].x    = (buf[1] << 8) | buf[0];
      dev->point[i].y    = (buf[3] << 8) | buf[2];
      dev->point[i].size = (buf[5] << 8) | buf[4];
      
      //横屏坐标转换
      if(1 == s_structLCDDev.dir)
      {
        swap            = dev->point[i].x;
        dev->point[i].x = dev->point[i].y;
        dev->point[i].y = swap;
        dev->point[i].x = 800 - dev->point[i].x;
      }

      //标记触摸点按下
      dev->pointFlag[i] = 1;
    }

    //未检测到触点
    else
    {
      dev->pointFlag[i] = 0;       //未检测到
      dev->point[i].x   = 0xFFFF;  //无效值
      dev->point[i].y   = 0xFFFF;  //无效值
    }
  }
}