正点原子开拓者 Nios II资料连载第十二章MCU TFT-LCD画板实验

1）实验平台：正点原子开拓者FPGA 开发板

2）摘自《开拓者 Nios II开发指南》关注官方微信号公众号，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）

现在几乎所有智能手机，包括平板电脑都是采用电容屏作为触摸屏，电容屏是利用人体感

应进行触点检测控制，不需要直接接触或只需要轻微接触，通过检测感应电流来定位触摸坐标。

在本章中，我们将向大家介绍 Nios II 控制 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，我们来分别介绍。

1) 电阻式触摸屏

在 Iphone 面世之前，几乎清一色的都是使用电阻式触摸屏，电阻式触摸屏利用压力感应

进行触点检测控制，需要直接应力接触，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，下面简单介绍下电阻

式触摸屏的原理。

电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，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、它的内表面也涂有一层涂层、

在它们之间有许多细小的（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接触，电阻发生变化，在 X 和 Y 两个方向上产生

信号，然后送触摸屏控制器。控制器侦测到这一接触并计算出（X，Y）的位置，再根据获得的

位置模拟鼠标的方式运作。这就是电阻技术触摸屏的最基本的原理。

电阻触摸屏的优点：精度高、价格便宜、抗干扰能力强、稳定性好。

电阻触摸屏的缺点：容易被划伤、透光性不太好、不支持多点触摸。

从以上介绍可知，触摸屏都需要一个 AD 转换器，一般来说是需要一个控制器的。ALIENTEK

LCD 模块选择的是四线电阻式触摸屏，这种触摸屏的控制芯片有很多，包括：ADS7843、ADS7846、

TSC2046、XPT2046 和 AK4182 等。这几款芯片的驱动基本上是一样的，也就是你只要写出了

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，完全 PIN TO PIN

兼容。所以在替换起来，很方便。

ALIENTEK LCD 模块自带的触摸屏控制芯片为 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 能通过执行两次 A/D 转换查出被按的屏幕位置，除此之外，

还可以测量加在触摸屏上的压力。内部自带 2.5V 参考电压可以作为辅助输入、温度测量和电

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 的典型工作状态下，关闭参考电压，功耗可小于 0.75mW。XPT2046 采用微小的封装形

式：TSSOP-16,QFN-16(0.75mm 厚度)和 VFBGA－48。工作温度范围为-40℃～+85℃。

该芯片完全是兼容 ADS7843 和 ADS7846 的，关于这个芯片的详细使用，可以参考这两个芯片的 datasheet。

电阻式触摸屏就介绍到这里。

2) 电容式触摸屏

现在几乎所有智能手机，包括平板电脑都是采用电容屏作为触摸屏，电容屏是利用人体感

应进行触点检测控制，不需要直接接触或只需要轻微接触，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用的是电容式触摸屏，下面简单介绍下电容式

触摸屏的原理。

电容式触摸屏主要分为两种：

1、表面电容式电容触摸屏。

表面电容式触摸屏技术是利用 ITO(铟锡氧化物，一种透明的导电材料)导电膜，通过电场

感应方式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。一般用于投射电容传感技术

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，是最广为采用的一种方法，自我电容通常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，控制 IC 依次扫描纵向和横向电极，并根据扫描前

后的电容变化来确定触摸点坐标位置。笔记本电脑触摸输入板就是采用的这种方式，笔记本电

脑的输入板采用 X*Y 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。采用特定的运算法则处理来自行、列传感器的信号来确定手

指的位置。

交互电容又叫做跨越电容，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。

交互电容的扫描方式就是扫描每个交叉处的电容变化，来判定触摸点的位置。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化，因而它需要的扫描时间与自我电容的扫描方式相比要长一些，

需要扫描检测 X*Y 根电极。目前智能手机/平板电脑等的触摸屏，都是采用交互电容技术。

ALIENTEK 所选择的电容触摸屏，也是采用的是投射式电容屏（交互电容类型），所以后面

仅以投射式电容屏作为介绍。

透射式电容触摸屏采用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化，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。以上就是电容触摸屏

的基本原理，接下来看看电容触摸屏的优缺点：

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。

电容触摸屏的缺点：成本高、精度不高、抗干扰能力差。

这里特别提醒大家电容触摸屏对工作环境的要求是比较高的，在潮湿、多尘、高低温环境

下面，都是不适合使用电容屏的。

电容触摸屏一般都需要一个驱动 IC 来检测电容触摸，且一般是通过 IIC 接口输出触摸数据

的。ALIENTEK 7’LCD 模块的电容触摸屏，使用 FT5206/FT5426 做为驱动 IC，采用的是 15*28 的

驱动结构（15 个感应通道，28 个驱动通道）。ALIENTEK 4.3’LCD 模块则使用 GT9147 作为驱

动 IC，采用 17*10 的驱动结构（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，这里只介绍 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。

下面我们简单介绍下 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 18*10 个检测通道，适合小于 4.5 寸的电容触摸

屏使用。

GT9147 与 FPGA 连接是通过 4 根线：SDA、SCL、RST 和 INT。其中：SDA 和 SCL 是 IIC 通信

用的，RST 是复位脚（低电平有效），INT 是中断输出信号。

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，则使用 0X14 作为地址，否则使用 0X5D 作为地址，具体的设置过程，请看：GT9147 数据

手册.pdf 这个文档。本章我们使用 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，介绍一下 GT9147 的几个重要的寄存器。

1，控制命令寄存器（0X8040）

该寄存器可以写入不同值，实现不同的控制，我们一般使用 0 和 2 这两个值，写入 2，

即可软复位 GT9147，在硬复位之后，一般要往该寄存器写 2，实行软复位。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，这些配置一般由厂家提供给我们（一

个数组），所以我们只需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，从而不需要每次上电都更新配

置），我们有几点注意的地方提醒大家：1，0X8047 寄存器用于指示配置文件版本号，程序写

入的版本号，必须大于等于 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 用于控制是否将配

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）

这里总共由 4 个寄存器组成，用于保存产品 ID，对于 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，以便执行不同的初始化。

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。最后，该寄存器在每次读取后，如果 bit7 有效，则必须写 0，清除这个位，

否则不会输出下一次数据！！这个要特别注意！！！

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

我们一般只用到触点的 x，y 坐标，所以只需要读取 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，我们只需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，从而提高读取速度。

GT9147 相关寄存器的介绍就介绍到这里，更详细的资料，请参考：GT9147 编程指南.pdf

这个文档。

GT9147 只需要经过简单的初始化就可以正常使用了，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（需要时）→结束软复位。此时

GT9147 即可正常使用了。

然后，我们不停的查询 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，特别注意，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。

特别说明：FT5206 和 FT5426 的驱动代码完全一模一样，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全是一模一样的。所以，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，就介绍到这里。

实验任务

本章我们使用 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 显示实验框架的基础上添加触摸屏驱动所需的 4

个 PIO 信号，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 时钟信号

20 output epcs_sce , // EPCS 片选信号

21 output epcs_sdo , // EPCS 数据输出信号

22 input epcs_data0 , // EPCS 数据输入信号

23

24 //MCU LCD interface

25 inout [15:0] mlcd_data , // LCD 数据信号

26 output mlcd_bl , // LCD 背光信号

27 output mlcd_cs_n , // LCD 片选信号

28 output mlcd_wr_n , // LCD 写信号

29 output mlcd_rd_n , // LCD 读信号

30 output mlcd_rs , // LCD 命令/数据信号

31 output mlcd_rst_n , // LCD 复位信号

32

33 //TOUCH interface

34 output touch_tcs , // 触摸屏复位信号

35 inout touch_int , // 触摸屏中断信号

36 output touch_scl , // 触摸屏 IIC_SCL 信号

37 inout touch_sda // 触摸屏 IIC_SDA 信号

38 );

39

40 //wire define

41 wire clk_100m; //SDRAM 控制器时钟

42 wire rst_n ; //系统复位信号

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，停止系统复位

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 ), // 复位信号

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 时钟信号

75 .epcs_sce (epcs_sce ), // EPCS 片选信号

76 .epcs_sdo (epcs_sdo ), // EPCS 数据输出信号

77 .epcs_data0 (epcs_data0 ), // EPCS 数据输入信号

78 .mlcd_data_export (mlcd_data ), // LCD 数据信号

79 .mlcd_cs_n_export (mlcd_cs_n ), // LCD 片选信号

80 .mlcd_wr_n_export (mlcd_wr_n ), // LCD 写信号

81 .mlcd_rd_n_export (mlcd_rd_n ), // LCD 读信号

82 .mlcd_rst_n_export(mlcd_rst_n ), // LCD 复位信号

83 .mlcd_rs_export (mlcd_rs ), // LCD 命令/数据信号

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

85 .touch_tcs_export (touch_tcs ), // 触摸屏复位信号

86 .touch_int_export (touch_int ), // 触摸屏中断信号

87 .touch_scl_export (touch_scl ), // 触摸屏 IIC_SCL 信号

88 .touch_sda_export (touch_sda ) // 触摸屏 IIC_SDA 信号

89 );

90

91 endmodule

顶层代码主要实现 PLL 和 Nios II 系统模块的例化。

接下来进行引脚分配，需要在 TFT LCD 显示实验的基础上分配触摸的引脚，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 更改为 qsys_touch.c，并在 qsys_touch 的应用工

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相关的文件，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 工程目录结构

LCD 文件夹的内容在 MCU TFT-LCD 章节已具体介绍，主要用于驱动 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用 IIC 协议的电容触摸屏，myiic 文件是用 C

模拟的 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，方便使用，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(n*1000);

8 }

9

10 //延时函数，单位微秒

11 void delay_us(u32 n)

12 {

13 usleep(n);

14 }

现在我们来看一下使用 C 来模拟 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 开始信号

19 void IIC_Stop(void); //发送 IIC 停止信号

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 信号

23 void IIC_Ack(void); //IIC 发送 ACK 信号

24 void IIC_NAck(void); //IIC 不发送 ACK 信号

25 #endif

代码的第 8~9 行，设置了双向信号 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 起始信号

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 信号:SCL 为高时，SDA 由高变低

20 usleep(2);

21 IIC_SCL(0); //钳住 I2C 总线，准备发送或接收数据

22 }

23

24 //产生 IIC 停止信号

25 void IIC_Stop(void)

26 {

27 SDA_OUT(); //sda 线输出

28 IIC_SCL(0);

29 IIC_SDA(0); //STOP 信号: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 总线结束信号

34 usleep(2);

35 }

36

37 //等待应答信号到来

38 //返回值：1，接收应答失败

39 // 0，接收应答成功

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，只需要调用相关的 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。对于 IIC 协议的具体介绍可以参

见《开拓者 FPGA 开发指南》的第二十八章 EEPROM 读写测试实验。

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 开始信号

19 void IIC_Stop(void); //发送 IIC 停止信号

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 信号

23 void IIC_Ack(void); //IIC 发送 ACK 信号

24 void IIC_NAck(void); //IIC 不发送 ACK 信号

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 //触摸屏控制器

17 typedef struct

18 {

19 u8 (*init)(void); //初始化触摸屏控制器

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:此次扫描时,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,当触摸屏的左右上下完全颠倒时需要用到.

31 //b0:0,竖屏(适合左右为X坐标,上下为Y坐标的TP)

32 // 1,横屏(适合左右为Y坐标,上下为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; //触屏控制器在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 结构体，改结构体用于管理和记录触摸屏相关信息。

通过结构体，在使用的时候，我们一般直接调用 tp_dev 的相关成员函数/变量，即可达到需要

的效果，这种设计简化了接口，且方便管理和维护，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，我们就不一一介绍了，这里我

们仅介绍 TP_Init 函数，该函数根据 LCD 的 ID（即 lcddev.id）判别不同的电容屏，然后执行不

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 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; //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 }

该函数比较简单，重点说一下：tp_dev.scan，这个结构体函数指针，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），执行电容触摸屏的扫描函数。

因为 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，其余的和 GT9147 差别不大。所以下面我们主要针对 GT9147 的驱动进行

介绍。

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 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况

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(采用查询方式)

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。主要用于方便修改和

管理。

接下来看下 gt9147.c 里面的代码，这里我们仅介绍 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); //释放复位

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,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);//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，在读取到正确的 ID 后，软复位 GT9147，

然后根据当前芯片版本号，确定是否需要更新配置，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(采用查询方式)

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;//控制查询间隔,从而降低 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 使用率

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 800*480 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 480*272 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 { //非法数据,则忽略此次数据(还原原来的)

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; //恢复 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; //清除点有效标记

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方式来读

取 GT9147 的数据的，而是采用查询的方式，所以这里使用了一个静态变量来提高效率，当无

触摸的时候，尽量减少对 CPU 的占用，当有触摸的时候，又保证能迅速检测到。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，继续后面的处理。

最后我们打开 qsys_touch.c，这里就不全部贴出来了，仅介绍 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 函数比较简单，初始化相关外设，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]; //最后一次的数据

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(); //清除

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，由于我们采用 tp_dev.sta 来标记当前按下的触摸

屏点数，所以判断是否有电容触摸屏按下，也就是判断 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。另外，电容触摸屏不

需要校准，所以没有校准程序。

软件部分就介绍到这里，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发板进行验证。

首先我们将 4.3 寸的 ATK-4.3’TFTLCD 与开发板上的 MCU TFT LCD 接口连接。再将下载器

一端连电脑，另一端与开发板上对应端口连接，最后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发板，qsys_ touch.sof

下载完成后，我们还需要在 Nios II SBT for Eclipse 软件中将 qsys_ touch.elf 文件下载至我们的开

拓者开发板，qsys_ touch.elf 下载完成以后，我们的 C 程序将会执行在我们的开拓者开发板上。

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。