SAM4E单片机之旅——15、触屏输入与SPI通信

开发板上配了一个电阻触摸屏，它的控制器是ADS7843，使用SPI进行通信。这次实现的功能是通过SPI接口与该控制器交互，获取触摸屏点击的坐标，并显示在LCD上。略为难点的是SPI作为同步时钟的一种，需要判断时钟的极性以及相位。

为了突出主题，就没有对电阻屏进行校准，显示的是控制器原始的输出值。

一、 电路图

PA12、PA13和PA14引脚的外设A为SPI相关引脚，PA11为SPI的NPCS0。即，该控制器连接在SPI的片选设备0。

二、ADS7843简介

• 和该控制器交互过程大概如下：

  1. 根据设置，当控制器检测到有触摸时，PENIRQ引脚会拉低。
  2. 为获取触摸的位置，需要向控制器发送一个8bit的控制字。
  3. 控制器完成模数转换后，会拉高BUSY引脚电平。
  4. 因为SPI主设备在读取从设备的数据时，需要通过发送数据来提供时钟信息，所以需要发送数据给从设备，才能读取数据。

• 控制字的格式（只说明本次用到的值的含义）：

  

  • S为起始位：

    必须为1。需要发送无效指令时，该位为0。

  • A[0-2]为通道选择位：

    值为1时表示读取坐标Y值；为5时读取坐标X。

  • MODE为模式选择位：

    值为0时表示进行12位转换。

  • SER/DFR为单端/差分模式选择位：

    为低时表示控制器工作在差分模式。

  • PD[0-1]为休眠模式选择位：

    值为0时表示该两次转换之间进行休眠，且在有触摸操作时开启IRQ中断；

    值为3时表示不进行休眠，且禁用中断。

• 通信时序与时钟极性、相位:

  

  上图是ADS7843，在进行12位转换时，通信的时序图。

  可以看到，每次传输的数据为8位。而在时钟无效时，时钟引脚是保持低电平的。并且，在一个时钟周期内，在第一个时钟边沿（即上升沿）时，传输的数据不变，即表示在时钟的第一个边沿进行数据采集；而在时钟第二个边沿（即下降沿）时，数据改变。

• 接收数据时的注意事项：

  

  单独注意下ADS7843输出时的时序。

  在第一次传输的过程中，在第一个时钟的上升沿时，其输出为低电平。而有效的数据在第二个时钟才开始被采集到。这意味着，第一次传输时SPI主机的接收到的数据中，只有低7位是有效的。

  同样也可以看到，在第二次传输时，则有5位有效数据被传输。

三、 辅助函数

先实现一些辅助的函数，完成一些子功能。

1. 引脚及常用命令的宏定义。

   /* ADS7843 引脚 */
   #define RT_BUSY_PIN		PIO_PA17
   #define RT_IRQ_PIN		PIO_PA16
   /* ADS7843 命令相关 */
   #define RT_CMD_START		(1<<7)
   #define RT_CMD_SWITCH_SHIFT 4
   #define RT_CMD_PD_MOD		0x3		//不休眠且不产生中断
   /* ADS7843 常用命令 */
   #define RT_CMD_ENABLE_PENIRQ  \
   		((1 << RT_CMD_SWITCH_SHIFT) | RT_CMD_START)
   #define RT_CMD_X_POS \
   		((5 << RT_CMD_SWITCH_SHIFT) | RT_CMD_START| RT_CMD_PD_MOD)
   #define RT_CMD_Y_POS \
   		((1 << RT_CMD_SWITCH_SHIFT) | RT_CMD_START | RT_CMD_PD_MOD)

2. SPI发送数据，并返回接收到的数据。在实际运用中，可能需要进行超时的处理。

   uint16_t SPISend(uint16_t data)
   {
   	/* 发送 */
   	while(!(SPI->SPI_SR & SPI_SR_TDRE));
   	SPI->SPI_TDR = data;
   	/* 接收 */
   	while(!(SPI->SPI_SR & SPI_SR_RDRF));
   	return (SPI_RDR_RD_Msk & SPI->SPI_RDR);
   }

3. 向ADS7843发送命令，并取得返回值。

   /*这个函数默认发送完命令后，ADS7843会返回两次数据 */
   uint32_t RTouchSendCmd(uint8_t uc_cmd)
   {
   	SPISend(uc_cmd);
   	/* 等待输出 */
   	while ((PIOA->PIO_PDSR & RT_BUSY_PIN) ==0);
   	/* 读取数据 */
   	uint32_t rec_data = SPISend(0);
   	uint32_t uResult = rec_data << 8;
   	rec_data = SPISend(0);
   	uResult |= rec_data;
   	uResult >>= 3;
    
   	return uResult;
   }

四、 初始化

1. GPIO引脚复用配置。将PA11—PA14复用为外设A，PA16和PA17配置为输入引脚。

   // 代码略……

2. SPI设置。下面直接给我设置的代码，如此设置的原因已经在上一小节说明。对于波特率的选择，ADS7843的芯片手册中只要求了一个在时钟脉冲中，高电平和低电平的出现时间不少于200ns。在这里选择的波特率为1 MHz（MCK为96 MHz）

   /* PMC */
   PMC->PMC_PCER0 = (1 << ID_SPI);
    
   const uint32_t RT_SPI_CS = 0;		// 片选设备0
   SPI->SPI_MR = SPI_MR_MSTR		// Master 模式
   	| SPI_MR_MODFDIS		// 关闭模式检测
   	| SPI_MR_PCS(~(1<<RT_SPI_CS))	// 外设选择
   	| (SPI_MR_PS & 0)		// 选择固定外设
   	;
    
   SPI->SPI_CSR[RT_SPI_CS] =
   	  SPI_CSR_BITS_8_BIT	// 每次传输8比特数据
   	| (SPI_CSR_CPOL & 0)	// 时钟无效时为低电平
   	| SPI_CSR_NCPHA		// 在时钟的首边沿进行数据采集
   	| SPI_CSR_CSAAT		// 传输完成后保持片选
   	| SPI_CSR_SCBR(96)	// 波特率为对MCK进行96分频
   	;
    
   SPI->SPI_CR = SPI_CR_SPIEN;		// 使能SPI

3. 使能ADS7843中断

   RTouchSendCmd(RT_CMD_ENABLE_PENIRQ);

五、 具体功能实现

需要实现的功能在有触摸输入时，将ADS7843的输出绘制在LCD上。有了前面的基础，而且功能不复杂，所以实现起来也较为简单，直接看代码即可。

#include <stdio.h>
 
int pos_x, pos_y;
char print_buf[64];
const ili93xx_color_t bg_color = COLOR_WHITE;
const ili93xx_color_t fg_color = COLOR_BLACK;
ili93xx_fill(bg_color);
 
while (1)
{
	/* 判断是否有触摸输入 */
	if ((PIOA->PIO_PDSR & RT_IRQ_PIN) == 0)
	{
		/* 获取坐标 */
		pos_x = RTouchSendCmd(RT_CMD_X_POS);
		pos_y = RTouchSendCmd(RT_CMD_Y_POS);
		/* 清屏 */
		ili93xx_fill(bg_color);
		/* 将坐标绘制在屏幕上 */
		ili93xx_set_foreground_color(fg_color);
		sprintf(print_buf, "X: %x", pos_x);
		ili93xx_draw_string(100,100, print_buf);
		sprintf(print_buf, "Y: %x", pos_y);
		ili93xx_draw_string(100,150, print_buf);
		/* 等待 */
		for (volatile int i = 0; i < 500000; ++i)
			;
		/* 在获取输入坐标时停用了中断，需要重新启用*/
		RTouchSendCmd(RT_CMD_ENABLE_PENIRQ);
	}
}