基于嵌入式系統(tǒng)的LCD漢字顯示

引言

隨著嵌入式技術(shù)的迅猛發(fā)展，人機(jī)交互界面也越來越顯示出它的重要性。實(shí)際的LCD應(yīng)用中要顯示的漢字一般很有限，并不需要完整的漢字庫(kù)，再加上完整字庫(kù)在程序中要占用大量空間，因而非完整漢字庫(kù)的研究就有了其自身的現(xiàn)實(shí)必要性。本文以AT91SAM7S256處理器的LCD顯示模塊為例，介紹了非完整漢字庫(kù)的建立方法及其具體實(shí)現(xiàn)。

1 液晶顯示原理

液晶顯示器LCD (Liquid Crystal Display)主要用于文本、圖形及圖像信息的顯示。液晶顯示屏具有輕薄、體積小、耗電量低、無輻射、平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等特點(diǎn)。液晶是一種介于固態(tài)和液態(tài)之間的有機(jī)化合物。當(dāng)被加熱時(shí)，它會(huì)呈現(xiàn)透明的液態(tài)，而冷卻的時(shí)候會(huì)結(jié)晶成混亂的固態(tài)。用于液晶顯示器的是Nematic液晶，當(dāng)向液晶通電時(shí)，液晶體分子便排列得井然有序，可以使光線容易通過；而不通電時(shí)，液晶分子便排列混亂，阻止光線通過。
從整體來看，TN(扭曲向列型)單色液晶顯示器液晶分子的排列就像螺旋形的扭轉(zhuǎn)排列。光線從上向下照射時(shí)，通常只有一個(gè)角度的光線能夠穿透下來，通過上濾光片導(dǎo)入上部夾層的溝槽中，再通過液晶分子扭轉(zhuǎn)排列的通路從下濾光片穿出。一旦通過電極給這些液晶分子加電之后，液晶分子變成豎立的狀態(tài)，這樣光線就無法通過，結(jié)果在顯示屏上出現(xiàn)黑色。這樣會(huì)形成透光時(shí)(即不加電時(shí))為白、不透光時(shí)(加電時(shí))為黑，字符就可以顯示在屏幕上了。

2 漢字信息的編碼知識(shí)

2.1 漢字的編碼標(biāo)準(zhǔn)

漢字系統(tǒng)對(duì)每個(gè)漢字預(yù)先規(guī)定輸入計(jì)算機(jī)中的代碼，即漢字的外部碼。計(jì)算機(jī)為了識(shí)別漢字，要把漢字的外部碼轉(zhuǎn)換成內(nèi)部碼進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。輸出時(shí)，還將漢字的內(nèi)部碼轉(zhuǎn)換成漢字的字形碼。主要的漢字編碼有以下幾種：

1) 國(guó)標(biāo)碼：計(jì)算機(jī)與其他系統(tǒng)或設(shè)備之間進(jìn)行漢字代碼信息交換的標(biāo)準(zhǔn)漢字代碼。它用兩個(gè)字節(jié)代碼來表示一個(gè)漢字。行、列各 94（0-93），用先行后列的兩個(gè) 7 位二進(jìn)制數(shù)表示。

2) 區(qū)位碼：每個(gè)漢字(圖形符號(hào))用兩個(gè)字節(jié)表示，每個(gè)字節(jié)只用低 7 位，即最高位為 0 的二進(jìn)制碼。漢字編碼使用的高字節(jié)稱為區(qū)碼，低字節(jié)稱為位碼。區(qū)位碼共 94 個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)有 94 個(gè)位，組成一個(gè) 94*94 的矩陣。

3) 機(jī)內(nèi)碼：中文或西文信息在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的代碼表示稱為機(jī)內(nèi)碼。是計(jì)算機(jī)對(duì)漢字進(jìn)行存儲(chǔ)、運(yùn)算的實(shí)際代碼。一般用連續(xù)兩個(gè)字節(jié)表示漢字的內(nèi)碼且每個(gè)字節(jié)最高位為 1。

2.2 區(qū)位碼、國(guó)標(biāo)碼和機(jī)內(nèi)碼之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系

（區(qū)位碼的十六進(jìn)制表示）+A0A0H=機(jī)內(nèi)碼。國(guó)標(biāo)碼+8080H =（區(qū)位碼的十六進(jìn)制表示）+A0A0H。國(guó)標(biāo)碼=（區(qū)位碼的十六進(jìn)制表示）+2020H。

3 完整漢字庫(kù)下的漢字顯示以及漢字英文混合顯示

3.1 完整漢字庫(kù)下的漢字顯示原理

漢字的輸出是將漢字的筆劃離散化，用點(diǎn)陣來表示。點(diǎn)陣的中每個(gè)點(diǎn)位只有兩種狀態(tài)：有筆畫（1）、無筆畫（0）。描述漢字點(diǎn)陣信息的二進(jìn)制代碼集稱為漢字的字模。所有漢字和符號(hào)的點(diǎn)陣信息就組成了漢字庫(kù)。

點(diǎn)陣字庫(kù)文件已經(jīng)給使用者提供好了，關(guān)鍵在于如何取得漢字的圖形，即漢字的點(diǎn)陣字模。首先看一下如何取得漢字的區(qū)位碼。計(jì)算機(jī)在處理漢字和 ASCII 字符時(shí) ，使每個(gè) ASCII字符占用一個(gè)字節(jié)，而一個(gè)漢字占用兩個(gè)字節(jié)，其值稱為漢字的內(nèi)碼。其中第一個(gè)字節(jié)的值為區(qū)號(hào)加上 32(20H)，第二個(gè)字節(jié)的值為位號(hào)加上 32(20H)。為了與 ASCII 字符區(qū)別開，表示漢字的兩個(gè)字節(jié)的最高位都是 1，也就是兩個(gè)字節(jié)的值都又加上了 128(80H)。這樣，通過漢字的內(nèi)碼，就可以計(jì)算出漢字的區(qū)位碼。具體算式如下：
　　qh=c1-32-128=c1-160， wh=c2-32-128=c2-160 或 qh=c1-0xa0， wh=c2-0xa0
　　其中 qh 、wh 為漢字的區(qū)號(hào)和位號(hào)，c1、c2 為漢字的第一字節(jié)和第二字節(jié)。
　　根據(jù)區(qū)號(hào)和位號(hào)可以得到漢字字模在文件中的位置：
　　location=(94*(qh－1)+(wh－1))*一個(gè)點(diǎn)陣字模的字節(jié)數(shù)。

字模的表示順序?yàn)椋合葟淖蟮接遥購(gòu)纳系较?，依此類推，畫滿 16×16 個(gè)點(diǎn)。這樣，一個(gè) 16×16 點(diǎn)陣的漢字總共需要 16*16/8=32 個(gè)字節(jié)表示。因此，當(dāng)顯示16×16 點(diǎn)陣的漢字時(shí)，只要根據(jù)區(qū)碼和位碼計(jì)算出該漢字點(diǎn)陣在ROM 中存放的起始地址，然后從此地址連續(xù)地取出 32 個(gè)字節(jié)的漢字點(diǎn)陣，并寫入 LCD 模塊對(duì)應(yīng)的地址中，就可以顯示出該漢字。

3.2 漢字英文混合顯示

在應(yīng)用中，常需要漢字和英文字符混合顯示，在軟件處理時(shí)需要判斷顯示的內(nèi)容是漢字的編碼還是英文字符的編碼，如果是漢字編碼則根據(jù)其機(jī)內(nèi)碼計(jì)算區(qū)位碼，并根據(jù)區(qū)位碼計(jì)算出該漢字在字模中的起始地址。顯示16×16 點(diǎn)陣漢字的混合顯示軟件流程圖如圖1所示：

圖1混合顯示軟件流程圖

按照以上的顯示原理可以編寫出在完整漢字庫(kù)下的漢字英文混合顯示程序，具體程序代碼在很多資料中都有，這里就不再贅述。

4 非完整漢字庫(kù)的建立及漢字英文混合顯示

4.1 非完整漢字庫(kù)的建立

在很多的人機(jī)界面中，雖然顯示的漢字?jǐn)?shù)量較多，但實(shí)際無重復(fù)的漢字?jǐn)?shù)卻較少，而且不同的應(yīng)用環(huán)境用到的漢字也有其自身的特殊性。如果是提供少量的互不重復(fù)的漢字，較好的做法如下：利用 DM Tool 字模轉(zhuǎn)化工具生成所需要的漢字模，然后利用 123.exe 軟件生成相應(yīng)的機(jī)內(nèi)碼。接下來就可將以上所得到的漢字的機(jī)內(nèi)碼和其字模合在一起組成數(shù)組，如此反復(fù)就可以將所需要的所有漢字都形成數(shù)組，最后將這些漢字組成二維數(shù)組。如下所示：

const UINT16T DDSHZTable[][17] = {

{ //時(shí)

0xCAB1, //機(jī)內(nèi)碼

0x0010, 0x0010, 0x7c10, 0x4410, 0x47fe, 0x4410, 0x7c10, 0x4510,

0x4490, 0x4490, 0x7c10, 0x0010, 0x0010, 0x0010, 0x0050, 0x0020//字模

},

……

}

在定義上面的二維數(shù)組時(shí)不規(guī)定數(shù)組的大小，這樣就可以方便地添加自己需要的漢字。要顯示特定漢字的時(shí)候，只需要從數(shù)組中查找內(nèi)碼與要求漢字內(nèi)碼相同的即可獲得字模。

4.2 軟硬件設(shè)計(jì)

下面結(jié)合AT91SAM7S256處理器介紹LCD 模塊的軟硬件設(shè)計(jì)過程。

4.2.1 硬件電路設(shè)計(jì)

LCD 模塊采用 PM04OX1，LED 背光。320*96 點(diǎn)陣，256 色顯示，亮度控制：6位。背光LED :6支（串聯(lián)），亮度控制 2位，背光電流 2.5mA~20mA。CN7，CN8: 連接LCD面板 PM042OX1； CN6: LCD背光電源；U6: Timing Controller，PVI-2003A； U8: VS_ASIC， MCU-LCD 接口轉(zhuǎn)換邏輯。以下介紹 MCU-VS_ASIC-Timing Controller 硬件接口。連接 LCD 面板的接口信號(hào)包括: LCDCLK， R[5:0]，G[5:0]，B[5:0]， VSHS 和 VSVS。其中 VSHS， VSVS 來源于 MCU 的PIO； LCDCLK來源于 MCU-SPI的 NPCS3； R[5:0]，G[5:0]，B[5:0]是 U8 根據(jù) MCU-SPI 的VSCK(SPI-SCK)、VSDO(SPI-MOSI)、LCDCLK (SPI-NPCS3)和 VSVS 產(chǎn)生。

LED 驅(qū)動(dòng) (LED0~LED15) 是 U8 根據(jù) MCU-SPI 的 VSCK(SPI-SCK)、VSDO(SPI-MOSI)、LCDCLK(SPI-NPCS3) 和 VSVS 產(chǎn)生。 LCD掃描方向選擇：RP1、RP2 為 LCD 掃描方向選擇，它們只能焊接其中的 1 只。LCD驅(qū)動(dòng)原理框圖如圖2所示：

圖2 LCD驅(qū)動(dòng)原理框圖

4.2.2 軟件設(shè)計(jì)

通過 SPI-DMA 完成一個(gè)整行的掃描過程。在該過程中，DMA（直接存儲(chǔ)器存?。?向 SPI（串行外設(shè)接口） 傳輸 400 個(gè) 8 位數(shù)據(jù)。一個(gè)完整周期需要有 104 行掃描。其中第 0 行掃描的前 3 個(gè)數(shù)據(jù)為 PMRAM 數(shù)據(jù)，其他數(shù)據(jù)無意義（可以是任何數(shù)）。第 1 行和第 103 行掃描的全部數(shù)據(jù)均無意義；第 2~102行為數(shù)據(jù)掃描，每一行數(shù)據(jù)中前 64 個(gè)和后 16 個(gè)數(shù)據(jù)無意義，中間 320 個(gè)數(shù)據(jù)為顯示數(shù)據(jù)。

LCD驅(qū)動(dòng)過程是由 SPI-DMA 操作配合 SPI-DMA 中斷服務(wù)程序完成的。應(yīng)當(dāng)指出的是，在MCU相應(yīng)的設(shè)備按要求初始化后，由于沒有啟動(dòng)SPI-DMA，LCD驅(qū)動(dòng)過程不能自動(dòng)開始。因此顯示初始化程序應(yīng)當(dāng)：