）實驗平臺：正點原子開拓者FPGA 開發板

2）摘自《開拓者 Nios II開發指南》關注官方微信號公眾號，獲取更多資料：正點原子

3）全套實驗源碼+手冊+視頻下載地址：http://www.openedv.com/docs/index.html

第十二章MCU TFT-LCD畫板實驗（觸摸驅動）

現在幾乎所有智能手機，包括平板電腦都是采用電容屏作為觸摸屏，電容屏是利用人體感

應進行觸點檢測控制，不需要直接接觸或只需要輕微接觸，通過檢測感應電流來定位觸摸坐標。

在本章中，我們將向大家介紹 Nios II 控制 ALIENTKE LCD 電容觸摸模塊，實現觸摸屏驅動，最

終實現一個手寫板的功能。

本章包括以下幾個部分：

12.1 簡介

12.2 實驗任務

12.3 硬件設計

12.4 軟件設計

12.5 下載驗證

簡介

目前最常用的觸摸屏有兩種：電阻式觸摸屏與電容式觸摸屏。下面，我們來分別介紹。

1) 電阻式觸摸屏

在 Iphone 面世之前，幾乎清一色的都是使用電阻式觸摸屏，電阻式觸摸屏利用壓力感應

進行觸點檢測控制，需要直接應力接觸，通過檢測電阻來定位觸摸位置。

ALIENTEK 2.4/2.8/3.5 寸 LCD 模塊自帶的觸摸屏都屬于電阻式觸摸屏，下面簡單介紹下電阻

式觸摸屏的原理。

電阻觸摸屏的主要部分是一塊與顯示器表面非常配合的電阻薄膜屏，這是一種多層的復合

薄膜，它以一層玻璃或硬塑料平板作為基層，表面涂有一層透明氧化金屬（透明的導電電阻）

導電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防擦的塑料層、它的內表面也涂有一層涂層、

在它們之間有許多細小的（小于 1/1000 英寸）的透明隔離點把兩層導電層隔開絕緣。當手指

觸摸屏幕時，兩層導電層在觸摸點位置就有了接觸，電阻發生變化，在 X 和 Y 兩個方向上產生

信號，然后送觸摸屏控制器。控制器偵測到這一接觸并計算出（X，Y）的位置，再根據獲得的

位置模擬鼠標的方式運作。這就是電阻技術觸摸屏的最基本的原理。

電阻觸摸屏的優點：精度高、價格便宜、抗干擾能力強、穩定性好。

電阻觸摸屏的缺點：容易被劃傷、透光性不太好、不支持多點觸摸。

從以上介紹可知，觸摸屏都需要一個 AD 轉換器，一般來說是需要一個控制器的。ALIENTEK

LCD 模塊選擇的是四線電阻式觸摸屏，這種觸摸屏的控制芯片有很多，包括：ADS7843、ADS7846、

TSC2046、XPT2046 和 AK4182 等。這幾款芯片的驅動基本上是一樣的，也就是你只要寫出了

ADS7843 的驅動，這個驅動對其他幾個芯片也是有效的。而且封裝也有一樣的，完全 PIN TO PIN

兼容。所以在替換起來，很方便。

ALIENTEK LCD 模塊自帶的觸摸屏控制芯片為 XPT2046。XPT2046 是一款 4 導線制觸摸屏控

制器，內含 12 位分辨率 125KHz 轉換速率逐步逼近型 A/D 轉換器。XPT2046 支持從 1.5V 到

5.25V 的低電壓 I/O 接口。XPT2046 能通過執行兩次 A/D 轉換查出被按的屏幕位置，除此之外，

還可以測量加在觸摸屏上的壓力。內部自帶 2.5V 參考電壓可以作為輔助輸入、溫度測量和電

池監測模式之用，電池監測的電壓范圍可以從 0V 到 6V。XPT2046 片內集成有一個溫度傳感器。

在 2.7V 的典型工作狀態下，關閉參考電壓，功耗可小于 0.75mW。XPT2046 采用微小的封裝形

式：TSSOP-16,QFN-16(0.75mm 厚度)和 VFBGA－48。工作溫度范圍為-40℃～+85℃。

該芯片完全是兼容 ADS7843 和 ADS7846 的，關于這個芯片的詳細使用，可以參考這兩個芯片的 datasheet。

電阻式觸摸屏就介紹到這里。

2) 電容式觸摸屏

現在幾乎所有智能手機，包括平板電腦都是采用電容屏作為觸摸屏，電容屏是利用人體感

應進行觸點檢測控制，不需要直接接觸或只需要輕微接觸，通過檢測感應電流來定位觸摸坐標。

ALIENTEK 4.3/7 寸 LCD 模塊自帶的觸摸屏采用的是電容式觸摸屏，下面簡單介紹下電容式

觸摸屏的原理。

電容式觸摸屏主要分為兩種：

1、表面電容式電容觸摸屏。

表面電容式觸摸屏技術是利用 ITO(銦錫氧化物，一種透明的導電材料)導電膜，通過電場

感應方式感測屏幕表面的觸摸行為進行。但是表面電容式觸摸屏有一些局限性，它只能識別一

個手指或者一次觸摸。

投射式電容觸摸屏

投射電容式觸摸屏是傳感器利用觸摸屏電極發射出靜電場線。一般用于投射電容傳感技術

的電容類型有兩種：自我電容和交互電容。

自我電容又稱絕對電容，是最廣為采用的一種方法，自我電容通常是指掃描電極與地構成

的電容。在玻璃表面有用 ITO 制成的橫向與縱向的掃描電極，這些電極和地之間就構成一個電

容的兩極。當用手或觸摸筆觸摸的時候就會并聯一個電容到電路中去，從而使在該條掃描線上

的總體的電容量有所改變。在掃描的時候，控制 IC 依次掃描縱向和橫向電極，并根據掃描前

后的電容變化來確定觸摸點坐標位置。筆記本電腦觸摸輸入板就是采用的這種方式，筆記本電

腦的輸入板采用 X*Y 的傳感電極陣列形成一個傳感格子，當手指靠近觸摸輸入板時，在手指和

傳感電極之間產生一個小量電荷。采用特定的運算法則處理來自行、列傳感器的信號來確定手

指的位置。

交互電容又叫做跨越電容，它是在玻璃表面的橫向和縱向的 ITO 電極的交叉處形成電容。

交互電容的掃描方式就是掃描每個交叉處的電容變化，來判定觸摸點的位置。當觸摸的時候就

會影響到相鄰電極的耦合，從而改變交叉處的電容量，交互電容的掃面方法可以偵測到每個交

叉點的電容值和觸摸后電容變化，因而它需要的掃描時間與自我電容的掃描方式相比要長一些，

需要掃描檢測 X*Y 根電極。目前智能手機/平板電腦等的觸摸屏，都是采用交互電容技術。

ALIENTEK 所選擇的電容觸摸屏，也是采用的是投射式電容屏（交互電容類型），所以后面

僅以投射式電容屏作為介紹。

透射式電容觸摸屏采用縱橫兩列電極組成感應矩陣，來感應觸摸。以兩個交叉的電極矩陣，

即：X 軸電極和 Y 軸電極，來檢測每一格感應單元的電容變化，如下圖所示：

圖 12.1.1 投射式電容屏電極矩陣示意圖

示意圖中的電極，實際是透明的，這里是為了方便大家理解。圖中，X、Y 軸的透明電極電

容屏的精度、分辨率與 X、Y 軸的通道數有關，通道數越多，精度越高。以上就是電容觸摸屏

的基本原理，接下來看看電容觸摸屏的優缺點：

電容觸摸屏的優點：手感好、無需校準、支持多點觸摸、透光性好。

電容觸摸屏的缺點：成本高、精度不高、抗干擾能力差。

這里特別提醒大家電容觸摸屏對工作環境的要求是比較高的，在潮濕、多塵、高低溫環境

下面，都是不適合使用電容屏的。

電容觸摸屏一般都需要一個驅動 IC 來檢測電容觸摸，且一般是通過 IIC 接口輸出觸摸數據

的。ALIENTEK 7’LCD 模塊的電容觸摸屏，使用 FT5206/FT5426 做為驅動 IC，采用的是 15*28 的

驅動結構（15 個感應通道，28 個驅動通道）。ALIENTEK 4.3’LCD 模塊則使用 GT9147 作為驅

動 IC，采用 17*10 的驅動結構（10 個感應通道，17 個驅動通道）。

這兩個模塊都只支持最多 5 點觸摸，本例程除 CPLD 方案的 V1 版本 7 寸屏模塊不支持外，

其他所有 ALIENTEK 的 LCD 模塊都支持，電容觸摸驅動 IC，這里只介紹 GT9147 的驅動，FT5206

和 FT5426 的驅動同 GT9147 類似，大家可以參考著學習即可。

下面我們簡單介紹下 GT9147，該芯片是深圳匯頂科技研發的一顆電容觸摸屏驅動 IC，支

持 100Hz 觸點掃描頻率，支持 5 點觸摸，支持 18*10 個檢測通道，適合小于 4.5 寸的電容觸摸

屏使用。

GT9147 與 FPGA 連接是通過 4 根線：SDA、SCL、RST 和 INT。其中：SDA 和 SCL 是 IIC 通信

用的，RST 是復位腳（低電平有效），INT 是中斷輸出信號。

GT9147 的 IIC 地址，可以是 0X14 或者 0X5D，當復位結束后的 5ms 內，如果 INT 是高電

平，則使用 0X14 作為地址，否則使用 0X5D 作為地址，具體的設置過程，請看：GT9147 數據

手冊.pdf 這個文檔。本章我們使用 0X14 作為器件地址（不含最低位，換算成讀寫命令則是讀：

0X29，寫：0X28），接下來，介紹一下 GT9147 的幾個重要的寄存器。

1，控制命令寄存器（0X8040）

該寄存器可以寫入不同值，實現不同的控制，我們一般使用 0 和 2 這兩個值，寫入 2，

即可軟復位 GT9147，在硬復位之后，一般要往該寄存器寫 2，實行軟復位。然后，寫入 0，

即可正常讀取坐標數據（并且會結束軟復位）。

2，配置寄存器組（0X8047~0X8100）

這里共 186 個寄存器，用于配置 GT9147 的各個參數，這些配置一般由廠家提供給我們（一

個數組），所以我們只需要將廠家給我們的配置，寫入到這些寄存器里面，即可完成 GT9147

的配置。由于 GT9147 可以保存配置信息（可寫入內部 FLASH，從而不需要每次上電都更新配

置），我們有幾點注意的地方提醒大家：1，0X8047 寄存器用于指示配置文件版本號，程序寫

入的版本號，必須大于等于 GT9147 本地保存的版本號，才可以更新配置。2，0X80FF 寄存器

用于存儲校驗和，使得 0X8047~0X80FF 之間所有數據之和為 0。3，0X8100 用于控制是否將配

置保存在本地，寫 0，則不保存配置，寫 1 則保存配置。

3，產品 ID 寄存器（0X8140~0X8143）

這里總共由 4 個寄存器組成，用于保存產品 ID，對于 GT9147，這 4 個寄存器讀出來就

是：9，1，4，7 四個字符（ASCII 碼格式）。因此，我們可以通過這 4 個寄存器的值，來判斷

驅動 IC 的型號，從而判斷是 GT9147 還是 FT5206，以便執行不同的初始化。

4，狀態寄存器（0X814E）

該寄存器各位描述如下表所示：

圖 12.1.2 寄存器定義

這里，我們僅關心最高位和最低 4 位，最高位用于表示 buffer 狀態，如果有數據（坐標/

按鍵），buffer 就會是 1，最低 4 位用于表示有效觸點的個數，范圍是：0~5，0 表示沒有觸摸，

5 表示有 5 點觸摸。最后，該寄存器在每次讀取后，如果 bit7 有效，則必須寫 0，清除這個位，

否則不會輸出下一次數據！！這個要特別注意！！！

5，坐標數據寄存器（共 30 個）

這里共分成 5 組（5 個點），每組 6 個寄存器存儲數據，以觸點 1 的坐標數據寄存器組為

例，如下表所示：

圖 12.1.3 觸點 1 坐標寄存器組描述

我們一般只用到觸點的 x，y 坐標，所以只需要讀取 0X8150~0X8153 的數據，組合即可得

到觸點坐標。其他 4 組分別是：0X8158、0X8160、0X8168 和 0X8170 等開頭的 16 個寄存器組

成，分別針對觸點 2~4 的坐標。GT9147 支持寄存器地址自增，我們只需要發送寄存器組的首

地址，然后連續讀取即可，GT9147 會自動地址自增，從而提高讀取速度。

GT9147 相關寄存器的介紹就介紹到這里，更詳細的資料，請參考：GT9147 編程指南.pdf

這個文檔。

GT9147 只需要經過簡單的初始化就可以正常使用了，初始化流程：硬復位→延時 10ms→

結束硬復位→設置 IIC 地址→延時 100ms→軟復位→更新配置（需要時）→結束軟復位。此時

GT9147 即可正常使用了。

然后，我們不停的查詢 0X814E 寄存器，判斷是否有有效觸點，如果有，則讀取坐標數據

寄存器，得到觸點坐標，特別注意，如果 0X814E 讀到的值最高位為 1，就必須對該位寫 0，否

則無法讀到下一次坐標數據。

特別說明：FT5206 和 FT5426 的驅動代碼完全一模一樣，他們只是版本號讀取的時候稍有

差異，讀坐標數據和配置等操作動完全是一模一樣的。所以，這兩個電容屏驅動 IC，可以共用

一個.c 文件（ft5206.c）。電容式觸摸屏部分，就介紹到這里。

實驗任務

本章我們使用 Nios II 結合 MCU TFT-LCD 驅動，實現 LCD 畫板功能。

硬件設計

硬件框架

本章實驗的硬件框架是在 MCU TFT-LCD 顯示實驗框架的基礎上添加觸摸屏驅動所需的 4

個 PIO 信號，如下圖所示：

圖12.3.1 TFTLCD顯示實驗的硬件框架圖

頂層代碼如下:

1 module qsys_touch(

2 //module clock

3 input sys_clk , //系統時鐘，50Mhz

4 input sys_rst_n , //系統復位，低電平有效

5

6 //SDRAM interface

7 output sdram_clk , //SDRAM 芯片時鐘

8 output sdram_cke , //SDRAM 時鐘有效

9 output sdram_cs_n , //SDRAM 片選

10 output sdram_ras_n, //SDRAM 行有效

11 output sdram_cas_n, //SDRAM 列有效

12 output sdram_we_n , //SDRAM 寫有效

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 數據

16 output [ 1:0] sdram_dqm , //SDRAM 數據掩碼

17

18 //EPCS FLASH interface

19 output epcs_dclk , // EPCS 時鐘信號

20 output epcs_sce , // EPCS 片選信號

21 output epcs_sdo , // EPCS 數據輸出信號

22 input epcs_data0 , // EPCS 數據輸入信號

23

24 //MCU LCD interface

25 inout [15:0] mlcd_data , // LCD 數據信號

26 output mlcd_bl , // LCD 背光信號

27 output mlcd_cs_n , // LCD 片選信號

28 output mlcd_wr_n , // LCD 寫信號

29 output mlcd_rd_n , // LCD 讀信號

30 output mlcd_rs , // LCD 命令/數據信號

31 output mlcd_rst_n , // LCD 復位信號

32

33 //TOUCH interface

34 output touch_tcs , // 觸摸屏復位信號

35 inout touch_int , // 觸摸屏中斷信號

36 output touch_scl , // 觸摸屏 IIC_SCL 信號

37 inout touch_sda // 觸摸屏 IIC_SDA 信號

38 );

39

40 //wire define

41 wire clk_100m; //SDRAM 控制器時鐘

42 wire rst_n ; //系統復位信號

43 wire locked ; //PLL 輸出穩定標志

44

45 //*****************************************************

46 //** main code

47 //*****************************************************

48

49 //待 PLL 輸出穩定之后，停止系統復位

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 系統模塊

62 nios2os u_nios2os (

63 .clk_clk (clk_100m ), // 時鐘 100M

64 .reset_reset_n (rst_n ), // 復位信號

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 時鐘有效

69 .sdram_cs_n (sdram_cs_n ), // SDRAM 片選

70 .sdram_dq (sdram_data ), // SDRAM 數據

71 .sdram_dqm (sdram_dqm ), // SDRAM 數據掩碼

72 .sdram_ras_n (sdram_ras_n), // SDRAM 行有效

73 .sdram_we_n (sdram_we_n ), // SDRAM 寫有效

74 .epcs_dclk (epcs_dclk ), // EPCS 時鐘信號

75 .epcs_sce (epcs_sce ), // EPCS 片選信號

76 .epcs_sdo (epcs_sdo ), // EPCS 數據輸出信號

77 .epcs_data0 (epcs_data0 ), // EPCS 數據輸入信號

78 .mlcd_data_export (mlcd_data ), // LCD 數據信號

79 .mlcd_cs_n_export (mlcd_cs_n ), // LCD 片選信號

80 .mlcd_wr_n_export (mlcd_wr_n ), // LCD 寫信號

81 .mlcd_rd_n_export (mlcd_rd_n ), // LCD 讀信號

82 .mlcd_rst_n_export(mlcd_rst_n ), // LCD 復位信號

83 .mlcd_rs_export (mlcd_rs ), // LCD 命令/數據信號

84 .mlcd_bl_export (mlcd_bl ), // LCD 背光信號

85 .touch_tcs_export (touch_tcs ), // 觸摸屏復位信號

86 .touch_int_export (touch_int ), // 觸摸屏中斷信號

87 .touch_scl_export (touch_scl ), // 觸摸屏 IIC_SCL 信號

88 .touch_sda_export (touch_sda ) // 觸摸屏 IIC_SDA 信號

89 );

90

91 endmodule

頂層代碼主要實現 PLL 和 Nios II 系統模塊的例化。

接下來進行引腳分配，需要在 TFT LCD 顯示實驗的基礎上分配觸摸的引腳，如下：

圖 12.3.2 引腳分配

軟件設計

創建好軟件工程后，我們將 hello_world.c 更改為 qsys_touch.c，并在 qsys_touch 的應用工

程下新建兩個文件夾，分別命名為 drives 和 APP，然后在 drives 文件夾里面新建兩個文件夾，

分別命名為 LCD 和 TOUCH，LCD 文件夾存放 TFTLCD 的驅動代碼文件和相應的字體文件，TOUCH

文件夾存放觸摸驅動相關的文件，APP 文件夾下存放宏定義文件和延時函數文件。工程目錄結

構如下圖所示：

圖 12.4.1 工程目錄結構

LCD 文件夾的內容在 MCU TFT-LCD 章節已具體介紹，主要用于驅動 TFT LCD 的顯示，TOUCH

文件夾下的文件用于驅動正點原子不同型號的采用 IIC 協議的電容觸摸屏，myiic 文件是用 C

模擬的 IIC 協議。我們先來看一下 APP 文件夾下的文件內容。

defines.h 文件是將我們常用的宏定義做一個歸類，方便使用，內容如下：

1 #ifndef DEFINES_H_

2 #define DEFINES_H_

3

4 //重新定義類型

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 文件內容如下：

1 #include "delay.h"

2 #include <unistd.h>

3

4 //延時函數，單位毫秒

5 void delay_ms(u32 n)

6 {

7 usleep(n*1000);

8 }

9

10 //延時函數，單位微秒

11 void delay_us(u32 n)

12 {

13 usleep(n);

14 }

現在我們來看一下使用 C 來模擬 IIC 協議的 myiic.h 和 myiic.c 文件，myiic.h 內容如下：

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 方向設置

8 #define SDA_IN() {IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION(TOUCH_SDA_BASE,0x0);} //輸入模式

9 #define SDA_OUT() {IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION(TOUCH_SDA_BASE,0x1);} //輸出模式

10

11 //IO 操作函數

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) //寫入 SDA

14 #define READ_SDA IORD_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(TOUCH_SDA_BASE) //讀取 SDA

15

16 //IIC 所有操作函數

17 void IIC_Init(void); //初始化 IIC 的 IO 口

18 void IIC_Start(void); //發送 IIC 開始信號

19 void IIC_Stop(void); //發送 IIC 停止信號

20 void IIC_Send_Byte(u8 txd); //IIC 發送一個字節

21 u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack); //IIC 讀取一個字節

22 u8 IIC_Wait_Ack(void); //IIC 等待 ACK 信號

23 void IIC_Ack(void); //IIC 發送 ACK 信號

24 void IIC_NAck(void); //IIC 不發送 ACK 信號

25 #endif

代碼的第 8~9 行，設置了雙向信號 SDA 的輸入、輸出模式。代碼的第 12~14 行宏定義了 IO

操作函數。

myiic.c 文件的內容如下：

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 //產生 IIC 起始信號

13 void IIC_Start(void)

14 {

15 SDA_OUT(); //sda 線輸出

16 IIC_SDA(1);

17 IIC_SCL(1);

18 usleep(2);

19 IIC_SDA(0); //START 信號:SCL 為高時，SDA 由高變低

20 usleep(2);

21 IIC_SCL(0); //鉗住 I2C 總線，準備發送或接收數據

22 }

23

24 //產生 IIC 停止信號

25 void IIC_Stop(void)

26 {

27 SDA_OUT(); //sda 線輸出

28 IIC_SCL(0);

29 IIC_SDA(0); //STOP 信號:SCL 為高時，SDA 由低變高

30 usleep(2);

31 IIC_SCL(1);

32 usleep(2);

33 IIC_SDA(1); //發送 I2C 總線結束信號

34 usleep(2);

35 }

36

37 //等待應答信號到來

38 //返回值：1，接收應答失敗

39 // 0，接收應答成功

40 u8 IIC_Wait_Ack(void)

41 {

42 u8 ucErrTime=0;

43 SDA_IN(); //SDA 設置為輸入

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);//時鐘輸出 0

56 return 0;

57 }

58

59 //產生 ACK 應答

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 //不產生 ACK 應答

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 發送一個字節

84 //返回從機有無應答

85 //1，有應答

86 //0，無應答

87 void IIC_Send_Byte(u8 txd)

88 {

89 u8 t;

90 SDA_OUT();

91 IIC_SCL(0);//拉低時鐘開始數據傳輸

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 //讀 1 個字節，ack=1 時，發送 ACK，ack=0，發送 nACK

104 u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)

105 {

106 unsigned char i,receive=0;

107 SDA_IN();//SDA 設置為輸入

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();//發送 nACK

119 else

120 IIC_Ack(); //發送 ACK

121 return receive;

122 }

該部分為 IIC 驅動代碼，實現包括 IIC 的初始化（IO 口）、IIC 開始、IIC 結束、ACK、IIC 讀

寫等功能，在其他函數里面，只需要調用相關的 IIC 函數就可以和外部 IIC 器件通信了，這里并

不局限于 TOUCH 的驅動，該段代碼可以用在任何 IIC 設備上。對于 IIC 協議的具體介紹可以參

見《開拓者 FPGA 開發指南》的第二十八章 EEPROM 讀寫測試實驗。

保存該部分代碼，把 myiic.c 加入到 drives\TOUCH 文件夾下面，然后在 myiic.h 里面輸入如

下代碼：

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 方向設置

8 #define SDA_IN() {IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION(TOUCH_SDA_BASE,0x0);} //輸入模式

9 #define SDA_OUT() {IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION(TOUCH_SDA_BASE,0x1);} //輸出模式

10

11 //IO 操作函數

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) //寫入 SDA

14 #define READ_SDA IORD_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(TOUCH_SDA_BASE) //讀取 SDA

15

16 //IIC 所有操作函數

17 void IIC_Init(void); //初始化 IIC 的 IO 口

18 void IIC_Start(void); //發送 IIC 開始信號

19 void IIC_Stop(void); //發送 IIC 停止信號

20 void IIC_Send_Byte(u8 txd); //IIC 發送一個字節

21 u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack); //IIC 讀取一個字節

22 u8 IIC_Wait_Ack(void); //IIC 等待 ACK 信號

23 void IIC_Ack(void); //IIC 發送 ACK 信號

24 void IIC_NAck(void); //IIC 不發送 ACK 信號

25 #endif

接下來我們看一下電容觸摸屏的驅動代碼。

首先，我們看看 touch.h 里面的代碼，

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 //觸屏被按下

11 #define TP_CATH_PRES 0x4000 //有按鍵按下了

12 #define CT_MAX_TOUCH 10 //電容屏支持的點數,固定為10點

13

14 #define PEN IORD_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(TOUCH_INT_BASE) //T_PEN

15

16 //觸摸屏控制器

17 typedef struct

18 {

19 u8 (*init)(void); //初始化觸摸屏控制器

20 u8 (*scan)(u8); //掃描觸摸屏.0,屏幕掃描;1,物理坐標;

21 u16 x[CT_MAX_TOUCH]; //當前坐標

22 u16 y[CT_MAX_TOUCH];

23 //電容屏最多有10組坐標,電阻屏則用x[0],y[0]代表:此次掃描時,觸屏的坐標,用

24 //x[9],y[9]存儲第一次按下時的坐標.

25 u16 sta; //筆的狀態

26 //b15:按下1/松開0;

27 //b14:0,沒有按鍵按下;1,有按鍵按下.

28 //b13~b10:保留

29 //b9~b0:電容觸摸屏按下的點數(0,表示未按下,1表示按下)

30 //新增的參數,當觸摸屏的左右上下完全顛倒時需要用到.

31 //b0:0,豎屏(適合左右為X坐標,上下為Y坐標的TP)

32 // 1,橫屏(適合左右為Y坐標,上下為X坐標的TP)

33 //b1~6:保留.

34 //b7:0,電阻屏

35 // 1,電容屏

36 u8 touchtype;

37 }_m_tp_dev;

38

39 extern _m_tp_dev tp_dev; //觸屏控制器在touch.c里面定義

40

41 //電容屏 共用函數

42 u8 TP_Scan(); //掃描

43 void TP_Init(void); //初始化

44

45 #endif

上述代碼，我們重點看看_m_tp_dev 結構體，改結構體用于管理和記錄觸摸屏相關信息。

通過結構體，在使用的時候，我們一般直接調用 tp_dev 的相關成員函數/變量，即可達到需要

的效果，這種設計簡化了接口，且方便管理和維護，大家可以效仿一下。

現在，我們看一下 touch.c 里面的代碼，由于代碼比較多，我們就不一一介紹了，這里我

們僅介紹 TP_Init 函數，該函數根據 LCD 的 ID（即 lcddev.id）判別不同的電容屏，然后執行不

同的初始化，該函數代碼如下：

46 //觸摸屏初始化

47 void TP_Init(void)

48 {

49 if(lcddev.id==0X5510||lcddev.id==0X4342) { //電容觸摸屏,4.3 寸屏

50 GT9147_Init();

51 tp_dev.scan=GT9147_Scan; //掃描函數指向 GT9147 觸摸屏掃描

52 tp_dev.touchtype|=0X80; //電容屏

53 tp_dev.touchtype|=lcddev.dir&0X01; //橫屏還是豎屏

54 }

55 //SSD1963 7 寸屏或者 7 寸 800*480/1024*600 RGB 屏

56 else if(lcddev.id==0X1963||lcddev.id==0X7084||lcddev.id==0X7016) {

57 FT5206_Init();

58 tp_dev.scan=FT5206_Scan; //掃描函數指向 GT9147 觸摸屏掃描

59 tp_dev.touchtype|=0X80; //電容屏

60 tp_dev.touchtype|=lcddev.dir&0X01; //橫屏還是豎屏

61 } else if(lcddev.id==0X1018) {

62 GT9271_Init();

63 tp_dev.scan=GT9271_Scan; //掃描函數指向 GT271 觸摸屏掃描

64 tp_dev.touchtype|=0X80; //電容屏

65 tp_dev.touchtype|=lcddev.dir&0X01; //橫屏還是豎屏

66 }

67 }

該函數比較簡單，重點說一下：tp_dev.scan，這個結構體函數指針，默認是指向 TP_Scan

的，如果是電阻屏則用默認的即可，如果是電容屏，則指向新的掃描函數 GT9147_Scan 或

FT5206_Scan（根據芯片 ID 判斷到底指向那個），執行電容觸摸屏的掃描函數。

因為 GT9147 和 GT9271 為同一系列的觸摸屏，除配置參數有差別外，其它的差別不大，

而 FT5206 的代碼與 GT9147 的差別在于無需通過 int 引腳來選擇不同的 i2c 器件地址，也無需

配置繁雜的寄存器，其余的和 GT9147 差別不大。所以下面我們主要針對 GT9147 的驅動進行

介紹。

首先我們看下 gt9147.h 代碼，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 操作函數

8 #define GT9147_RST(x) IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(TOUCH_TCS_BASE,x) //GT9147 復位引腳

9 #define GT9147_INT(x) IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(TOUCH_INT_BASE,x) //GT9147 中斷引腳

10 //設置 PIO 的方向

11 #define GT9147_INT_DIR(x) IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION(TOUCH_INT_BASE,x)

12

13 //I2C 讀寫命令

14 #define GT_CMD_WR 0X28 //寫命令

15 #define GT_CMD_RD 0X29 //讀命令

16

17 //GT9147 部分寄存器定義

18 #define GT_CTRL_REG 0X8040 //GT9147 控制寄存器

19 #define GT_CFGS_REG 0X8047 //GT9147 配置起始地址寄存器

20 #define GT_CHECK_REG 0X80FF //GT9147 校驗和寄存器

21 #define GT_PID_REG 0X8140 //GT9147 產品 ID 寄存器

22

23 #define GT_GSTID_REG 0X814E //GT9147 當前檢測到的觸摸情況

24 #define GT_TP1_REG 0X8150 //第一個觸摸點數據地址

25 #define GT_TP2_REG 0X8158 //第二個觸摸點數據地址

26 #define GT_TP3_REG 0X8160 //第三個觸摸點數據地址

27 #define GT_TP4_REG 0X8168 //第四個觸摸點數據地址

28 #define GT_TP5_REG 0X8170 //第五個觸摸點數據地址

29

30

31 u8 GT9147_Send_Cfg(u8 mode); //發送 GT9147 配置參數

32 u8 GT9147_WR_Reg(u16 reg,u8 *buf,u8 len); //向 GT9147 寫入一次數據

33 void GT9147_RD_Reg(u16 reg,u8 *buf,u8 len); //從 GT9147 讀出一次數據

34 u8 GT9147_Init(void); //初始化 GT9147 觸摸屏

35 u8 GT9147_Scan(u8 mode); //掃描觸摸屏(采用查詢方式)

36 #endif

37

在該頭文件中我們宏定義了 IO 操作函數和 GT9147 的寄存器地址。主要用于方便修改和

管理。

接下來看下 gt9147.c 里面的代碼，這里我們僅介紹 GT9147_Init 和 GT9147_Scan 兩個函數，

代碼如下：

94 //初始化 GT9147 觸摸屏

95 //返回值:0,初始化成功;1,初始化失敗

96 u8 GT9147_Init(void)

97 {

98 u8 temp[5];

99 GT9147_INT_DIR(1);

100 GT9147_INT(1);

101 IIC_Init(); //初始化電容屏的 I2C 總線

102 GT9147_RST(0); //復位

103 delay_ms(10);

104 GT9147_RST(1); //釋放復位

105 delay_ms(10);

106 GT9147_INT_DIR(0);

107 delay_ms(100);

108 GT9147_RD_Reg(GT_PID_REG,temp,4);//讀取產品 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);//軟復位 GT9147

114 GT9147_RD_Reg(GT_CFGS_REG,temp,1);//讀取 GT_CFGS_REG 寄存器

115 if(temp[0]<0X60) { //默認版本比較低,需要更新 flash 配置

116 // printf("Default Ver:%d\r\n",temp[0]);

117 if(lcddev.id==0X5510)

118 GT9147_Send_Cfg(1);//僅 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);//結束復位

123 return 0;

124 }

125 return 1;

126 }

以上代碼，GT9147_Init 用于初始化 GT9147，該函數通過讀取 0X8140~0X8143 這 4 個寄存

器，并判斷是否是：“9147”

,來確定是不是 GT9147 芯片，在讀取到正確的 ID 后，軟復位 GT9147，

然后根據當前芯片版本號，確定是否需要更新配置，通過 GT9147_Send_Cfg 函數，發送配置信

息（一個數組），配置完后，結束軟復位，即完成 GT9147 初始化。

130 //掃描觸摸屏(采用查詢方式)

131 //mode:0,正常掃描.

132 //返回值:當前觸屏狀態.

133 //0,觸屏無觸摸;1,觸屏有觸摸

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;//控制查詢間隔,從而降低 CPU 占用率

142 t++;

143 if((t%10)==0||t<10) { //空閑時,每進入 10 次 CTP_Scan 函數才檢測 1 次,從而節省 CPU 使用率

144 GT9147_RD_Reg(GT_GSTID_REG,&mode,1); //讀取觸摸點的狀態

145 if((mode & 0X80) &&((mode&0XF)<6)) {

146 temp=0;

147 GT9147_WR_Reg(GT_GSTID_REG,&temp,1);//清標志

148 }

149 if((mode&0XF)&&((mode&0XF)<6)) {

150 temp=0XFF<<(mode&0XF); //將點的個數轉換為 1 的位數,匹配 tp_dev.sta 定義

151 tempsta=tp_dev.sta; //保存當前的 tp_dev.sta 值

152 tp_dev.sta=(~temp)|TP_PRES_DOWN|TP_CATH_PRES;

153 tp_dev.x[4]=tp_dev.x[0]; //保存觸點 0 的數據

154 tp_dev.y[4]=tp_dev.y[0];

155 for(i=0; i<5; i++) {

156 if(tp_dev.sta&(1<<i)) { //觸摸有效?

157 GT9147_RD_Reg(GT9147_TPX_TBL[i],buf,4); //讀取 XY 坐標值

158 if(lcddev.id==0X5510) { //4.3 寸 800*480 MCU 屏

159 if(tp_dev.touchtype & 0X01) { //橫屏

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 480*272 RGB 屏

167 if(tp_dev.touchtype & 0X01) { //橫屏

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) { // 坐標超出了

180 if((mode&0XF)>1) { //有其他點有數據,則復第二個觸點的數據到第一個觸點.

181 tp_dev.x[0]=tp_dev.x[1];

182 tp_dev.y[0]=tp_dev.y[1];

183 t=0; //觸發一次,則會最少連續監測 10 次,從而提高命中率

184 } else { //非法數據,則忽略此次數據(還原原來的)

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; //恢復 tp_dev.sta

189 }

190 } else t=0; //觸發一次,則會最少連續監測 10 次,從而提高命中率

191 }

192 }

193 if((mode&0X8F)==0X80) { //無觸摸點按下

194 if(tp_dev.sta&TP_PRES_DOWN) { //之前是被按下的

195 tp_dev.sta &=~(1<<7); //標記按鍵松開

196 } else { //之前就沒有被按下

197 tp_dev.x[0]=0xffff;

198 tp_dev.y[0]=0xffff;

199 tp_dev.sta&=0XE0; //清除點有效標記

200 }

201 }

202 if(t>240)

203 t=10;//重新從 10 開始計數

204 return res;

205 }

GT9147_Scan 函數用于掃描電容觸摸屏是否有按鍵按下，由于我們不是用的中斷方式來讀

取 GT9147 的數據的，而是采用查詢的方式，所以這里使用了一個靜態變量來提高效率，當無

觸摸的時候，盡量減少對 CPU 的占用，當有觸摸的時候，又保證能迅速檢測到。對 GT9147 數

據的讀取，先讀取手勢 ID 寄存器（GT_GSTID_REG），判斷是不是有有效數據，如果有，則讀

取，否則直接忽略，繼續后面的處理。

最后我們打開 qsys_touch.c，這里就不全部貼出來了，僅介紹 main 函數和電容觸摸屏測試

函數。main 函數代碼如下：

17 int main(void) {

18 printf("Hello from Nios II!\n");

19 MCULCD_Init(); //初始化 MCU LCD

20 tp_dev.init(); //觸摸屏初始化

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(); //電容屏測試

33 }

main 函數比較簡單，初始化相關外設，輸出提示信息，然后根據觸摸屏類型，去選擇執

行 ctp_test 函數。ctp_test 函數代碼如下：

83 //電容觸摸屏測試函數

84 void ctp_test(void) {

85 u8 t =0;

86 u8 i =0;

87 u16 lastpos[10][2]; //最后一次的數據

88 u8 maxp =5; //最大觸摸點數

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]); //畫線

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(); //清除

106 }

107 }

108 } else

109 lastpos[t][0]=0XFFFF;

110 }

111 delay_ms(5);

112 i++;

113 }

114 }

ctp_test，該函數用于電容觸摸屏的測試，由于我們采用 tp_dev.sta 來標記當前按下的觸摸

屏點數，所以判斷是否有電容觸摸屏按下，也就是判斷 tp_dev.sta 的最低 5 位，如果有數據，

則劃線，如果沒數據則忽略，且 5 個點劃線的顏色各不一樣，方便區分。另外，電容觸摸屏不

需要校準，所以沒有校準程序。

軟件部分就介紹到這里，接下來看看下載驗證。

下載驗證

講完了軟件工程，接下來我們就將該實驗下載至我們的開拓者開發板進行驗證。

首先我們將 4.3 寸的 ATK-4.3’TFTLCD 與開發板上的 MCU TFT LCD 接口連接。再將下載器

一端連電腦，另一端與開發板上對應端口連接，最后連接電源線并打開電源開關。

我們在 Quartus II 軟件中將 qsys_touch.sof 文件下載至我們的開拓者開發板，qsys_ touch.sof

下載完成后，我們還需要在 Nios II SBT for Eclipse 軟件中將 qsys_ touch.elf 文件下載至我們的開

拓者開發板，qsys_ touch.elf 下載完成以后，我們的 C 程序將會執行在我們的開拓者開發板上。

手指在觸摸屏上劃動時顯示劃動的軌跡（寫一個“正”字），結果如下圖所示。

圖 12.5.1 實驗結果圖

至此，我們的 TFT LCD 觸摸屏實驗就完成了。