XPT2046使用 - 我的博客

XPT2046是电阻触摸驱动，本质是一个多通道的ADC转换器，通过SPI与单片机连接

应用电路及引脚说明

序号	引脚	说明
1	VCC	电源供电，2.7-5.5V，一般接单片机的3.3V，并并联0.1uF电容
2	XP	触摸屏X输入，接XP或XL
3	YP	触摸屏Y输入，接YP或YU
4	XN	触摸屏X输入，接XN或XR
5	YN	触摸屏Y输入，接XP或YD
6	GND	接地
7	VBAT	额外的ADC测量通道，内部带1/4分压器，可测电池电压（最高6V）
8	AUX	额外的ADC测量通道，不使用空置
9	DCLK	数据时钟，接MCU SPI的SCK
10	CS#	数据有效，接MCU的CS，拉低为有效数据
11	DIN	数据输入，接MCU的MOSI（主出从入）
12	BUSY	忙标志，ADC采样期间会拉高，可以不用接，程序层面控制延迟
13	DOUT	数据输出，接MCU的MISO（主入从出）
14	PENIRQ#	中断标志，在休眠模式下检测是否有触摸按下（给YN接地，给XP上拉，触摸按下时会拉低XP，触发中断，把PENIRQ#拉低）
15	IOVDD	IO供电，与电源相同接3.3V
16	VREF	外部参考电压，不使用，留空

通信过程

基本过程

拉低CS，通信开始
发送1字节的控制命令
略微等待ADC采样
读取2字节的转换数据
拉高CS，通信完成

控制命令说明

控制命令的长度1字节

位	定义	说明
7（MSB）	S	起始标志，必须为1
6，5，4	A2-A0	ADC通道选择
3	MODE	下一次ADC分辨率选择，0=12位，1=8位
2	SER/DFR	ADC单端/差分选额，测量触摸屏时可以使用差分，其他情况使用单端 0=差分，1=单端
1	PD1	是否使用内部参考电压，0=关闭（使用外部参考电压），1=打开
0（LSB）	PD0	控制本次通信结束后是否进入休眠，0=休眠，1=不休眠休眠模式不影响下次采样，而且可以使用PENIRQ

ADC通道表

SER/DFR	A2	A1	A0	说明
0	0	0	1	测量Y坐标（差分）
0	0	1	1
0	1	0	0
0	1	0	1	测量X坐标（差分）
1	0	0	0	测量TEMP0
1	0	0	1	测量Y坐标
1	0	1	0	测量VBAT输入
1	0	1	1
1	1	0	0
1	1	0	1	测量X坐标
1	1	1	0	测量AUX输入
1	1	1	1	测量TEMP1

上面留空的是测量Z的（按压屏幕的力度），没有研究

一般情况下，使用差分模式测量X，Y坐标，可额外通过单端模式测量电池电压、芯片温度

读取ADC转换结果

后两个字节是MISO，即XPT2046发出数据，单片机接收

第一位为0，随后12位为ADC转换结果（高位在前），然后3位的0，代码表示如下

uint16_t adc_value = buf[0] << 5 | buf[1] >> 3;

多次连续采样

单次采样需要占用3个字节（1发送 2接收），XPT2046支持在上次转换未完成之前就开启下次采样，即在接收第二字节的同时，发起下次采样的命令

SCLK: 第一字节       第二字节              第三字节               第四字节              第五字节
MOSI: 发送第一次命令  空闲                 发送第二次采样命令      空闲                 发送第三次采样命令    ...
MISO: 无效数据       接收第一次采样高字节   接收第一次采样低字节    接收第二次采样高字节   接收第二次采样低字节  ...

代码示例

初始化

刚上电时，PD0的值是不确定的，先发送一次命令，让其变为0

void XTP2046_init(void) {
    gpio_cs_value(0);
    spi_transfer_byte(0b10000010);  // PD1=1, PD0=0
    gpio_cs_value(1);
}

采样函数

给定命令，返回对应的ADC值

#define XTP_COMMAND_DIFF_X     // 差分X
#define XTP_COMMAND_DIFF_Y    // 差分Y
#define XTP_COMMAND_VBAT      // 电池电压
#define XTP_COMMAND_TEMP0     // 测温度需要读取两次
#define XTP_COMMAND_TEMP1     // 测温度需要读取两次

uint16_t XTP2046_read_adc(int cmd) {
    gpio_cs_value(0);
    spi_transfer_byte(cmd);
    int high_byte = spi_transfer_byte(cmd);
    int low_byte = spi_transfer_byte(cmd);
    gpio_cs_value(1);
    
    return high_byte << 5 | low_byte >> 3;
}

读取电池电压

内部参考电压为2.5V，测量电阻时内部使用了1/4分压（上电阻7.5k，下电阻2.5k）

uint16_t XTP2046_read_vbat_mv(void) {
    uint16_t adc_raw = XTP2046_read_adc(XTP_COMMAND_VBAT);
    // return 2500.0 / 4096.0 * adc_raw * 4.0;  // 这里使用了浮点数
    return (adc_raw * 625) >> 8; // 优化为整数且避免除法
}

读取温度

根据文档，使用间接测量法，需要测两次电压

uint16_t XTP2046_read_temperature(void) {
    float u1_mv = XTP2046_read_adc(XTP_COMMAND_TEMP0) * 2500 / 4096;
    float u2_mv = XTP2046_read_adc(XTP_COMMAND_TEMP1) * 2500 / 4096;
    
    float dv = u2_mv - u1_mv;
    temperature = 2.573 * dv - 273;
}

读取触摸坐标

电阻触摸屏可以看作是两个滑动变阻器，通过读取中间抽头的电压反推滑动的位置，但是滑动变阻器的两端并不是0欧，而是有一定的电阻，所以电阻屏的使用一定需要先校准，也就是一个映射函数，把ADC的值映射为屏幕坐标

假设触摸屏的电阻分布均匀，则有可以认为坐标与ADC的值为一次函数关系（y = kx + b），即

coord_x = k1 * adc_x + b2
coord_y = k1 * adc_y + b2

这样只需提供两个不在同一横线和竖线上的两点，即可解出四个未知变量