便攜設備中的漢字庫設計
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1 便攜式設備的常用設計方法
一般的便攜式設備采用如圖1所示的電路框圖設計（根據需要可增可減）。在該系統中，用圖形點(diǎn)陣液晶模塊作為顯示，24C256用作漢字庫的存儲，X1203用于日歷時(shí)鐘，鍵盤(pán)／觸摸屏作為輸入設備，RS232用于通訊，ISD系列語(yǔ)音芯片可以記錄語(yǔ)音及播放語(yǔ)音。這里只討論使用點(diǎn)陣液晶顯示漢字的情況以及漢字庫的設計方法。一般漢字庫有以下幾種方案實(shí)現。
?。?）使用程序空間做小字庫。這在漢字用量不大的情況下，是一種完美的解決方法。但若要用AT89C2051、AVR系列、PIC系列、430F11X系列等作為主控芯片，其主要程序空間就只有2K字節左右，這種方案是不可行的。以500個(gè)漢字為例，16×16點(diǎn)陣的字庫將需要500×32＝16 000字節的ROM空間，如果使用12×12點(diǎn)陣的漢字，也需要500×24＝12 000字節的ROM空間。所以，漢字庫的大小在500字已經(jīng)不能接受，設計小型的掌上設備，要使用引腳數較少的MCU時(shí)（如前所述），ROM空間已經(jīng)感到相當緊張，再占用其空間做漢字庫更不能想像。
（2）使用大容量的ROM芯片專(zhuān)門(mén)做漢字庫。用這種方式可以使用全部的國標漢字，是一種較常用的方法。一般采用27C040芯片，但占用系統I／O數較多，占印刷板面積大，單是27C040就需要19根地址線(xiàn)，8根數據線(xiàn)，還有一些控制信號，還可能需要一片地址鎖存芯片。這種方法在便攜式設備的設計時(shí)一般不采用。
（3）使用自帶漢字庫的液晶模塊。這較為方便，但成本較為高昂，一般為固定規格的漢字，常用的是16×16點(diǎn)陣，使用不靈活。
?。?）使用I2C器件實(shí)現漢字庫的設計。下面將詳細討論這種方法。
2 設計綜述
用串行I2C方式的EEPROM實(shí)現漢字庫設計，這種方式下系統的構成成本低廉，體積小巧，方便靈活。在圖1的設計中，使用128×64點(diǎn)陣規模的常用液晶模塊，可以顯示12×12點(diǎn)陣的漢字5排，每排10個(gè)漢字。使用了一片24C512做漢字庫，它有64K字節的存儲空間，可以存放64K／24＝2 730個(gè)漢字的12×12點(diǎn)陣字模。如果采用壓縮的方法，每個(gè)12×12點(diǎn)陣的漢字占用18個(gè)字節，則可存放64K／18＝3 640個(gè)漢字。如果使用兩片則可以容納7 280個(gè)漢字，而使用多片時(shí)同樣占用兩根口線(xiàn)，且不額外占用資源，同時(shí)還可以連接其他的I2C器件，如日歷芯片、I2C方式的A／D、D／A等，如果24Cxxx還有空余空間，則可以作為記錄器，記錄數據。在實(shí)際應用時(shí)，我們使用尺寸小的液晶模塊（50 mm×40 mm×3 mm），這樣，整個(gè)電路除鍵盤(pán)外全蓋在液晶模塊的下面，如果使用液晶上的觸摸屏作為鍵盤(pán)，則所有電路的大小可以與液晶屏的尺寸一樣，整個(gè)系統相當小巧，非常適合掌上設備或其他便攜式設備應用。
如果使用其他方式實(shí)現漢字庫，則體積將會(huì )較大：使用程序空間做字庫，則只能實(shí)現很少的漢字字模，而ROM尺寸小的芯片還不能實(shí)現；若用27C040等則體積肯定大；使用帶字庫的模塊則厚度較大。
24C512芯片與MCU接口只占用兩根I／O口線(xiàn)：SDA，SCL。因此，隨便使用89C51的I／O連接即可，見(jiàn)圖1（注意：需要10kΩ的上拉電阻），多片時(shí)只是在每一片的地址端加以區別，而不需要額外的I／O口線(xiàn)。
3 設計方法
3．1 漢字字模數據
下面以“使用此漢字庫”為例說(shuō)明字模點(diǎn)陣的形成情況。液晶屏的“使用此漢字庫”是按如圖2所示的方式一點(diǎn)一點(diǎn)地顯示的。圖中的每一點(diǎn)對應液晶屏上的每一點(diǎn)。我們只須將所有的點(diǎn)陣數據寫(xiě)入液晶模塊的緩沖區就可以了。
常用的12864液晶模塊使用HD61202作液晶控制器，所以，該模塊是豎著(zhù)取模的（由HD61202所決定），而且最高位在下面（請參見(jiàn)HD61201的詳細資料）。所以“漢”的字模數據為：
這里，以“漢”為例，第一個(gè)數據088H是最左邊的上面第一豎排有點(diǎn)的位置所對應的數據，而且下面為高位。第二個(gè)數據091H為左邊的上面第二豎排有點(diǎn)的位置所對應的數據，依次類(lèi)推，得到“漢”上半部分的前12個(gè)點(diǎn)陣數據，同樣可以得到“漢”下半部分的后12個(gè)點(diǎn)陣數據?？梢钥闯?，在下半部分的字模，實(shí)質(zhì)上只有一半數據有用，另一半全是0，故，可以采用壓縮的辦法，縮減字模數據，即下半部分的點(diǎn)陣數據完全可以?xún)蓚€(gè)數據縮減成一個(gè)數據。比如“漢”壓縮后的字模數據為，上半部分不變，前12個(gè)數據與原來(lái)相同，下半部分兩兩組合為一個(gè)字節，后半部分只有6個(gè)字節，這樣，一個(gè)漢字就只需要18個(gè)字節，這樣可以大大節省存儲器的使用：
088H，091H，064H，018H，002H，01EH，062H，082H，062H，01FH，002H，000H，00FH，008H 084H，021H，024H，088H
如果液晶模塊所使用的控制器是6963或1330／1335等，則必須橫著(zhù)取字模，相應的“漢”的字模數據為（每字節右邊為高位）：
DB 000H，002H，0F2H，007H，024H，002H，029H，002HDB 02AH，002H，044H，001H，044H，001H，083H，000HDB 082H，000H，042H，001H，022H，002H，01AH，00CH
壓縮算法與61202的不一樣，為左邊不變，右邊壓縮，數據組織上為奇數（對應點(diǎn)陣的右半邊）壓縮，偶數不變。
3．2 漢字字模數據存放在24Cxxx中
在一般情況下為自定義漢字庫，也有使用全漢字庫的情況。在全字庫的情況下，可以把現有的漢字庫直接存放在兩片24C512中（采用壓縮方法，每個(gè)漢字18字節）。這兩片的地址分別是：0－0FFFFH，10000H－1FFFFH。
漢字首地址＝（（區碼－1）×94＋位碼－1）×18。
大多數情況下使用漢字不會(huì )很多，一般用的是自定義漢字庫。用一片24C256芯片（見(jiàn)Atmel公司24C256技術(shù)手冊）可以存放用戶(hù)常用漢字1 820（32K／18）個(gè)，或1 365（32K／24）個(gè)，剩余空間可以用作數據記錄，對一般用戶(hù)來(lái)說(shuō)足夠了。但放在程序ROM里，將占用32K程序區，對使用小ROM容量（比如89C2051，PIC系列，430F11x等）芯片的場(chǎng)合是不可能的，而用一片24Cxxx芯片就完全解決了，只占用兩根I／O口線(xiàn)！這么多數據怎么存放在24C256中呢？很簡(jiǎn)單，使用編程器。大多數的編程器都支持24Cxxx的編程。先使用字模提取軟件得到你所需要的漢字的字模數據，一般情況在購買(mǎi)液晶時(shí)會(huì )附送的。一般情況會(huì )用匯編的DB偽指令來(lái)定義，或使用C語(yǔ)言的數組來(lái)定義：unsigned char code hzdot〔24＊xxxx〕＝｛0x12，0x32，．．．．．．｝。得到這些數據后，用相應的單片機編譯軟件得到編程器能用的．hex或．bin文件，再使用編程器燒寫(xiě)。在用字模軟件取漢字模的時(shí)候，必須將漢字按照一定的順序進(jìn)行排列，使用此漢字庫的時(shí)候再按照這個(gè)順序就可以將漢字依次顯示出來(lái)。
3．3 字模數據在24Cxxx中的存放情況舉例
用戶(hù)自定義的漢字庫已經(jīng)存放在24Cxxx中了，下面是字庫中的開(kāi)始部分，漢字“使用此漢字庫……”的字模，取模方式為縱向、下為高位，其中地址列為在24C256中的片內地址。
從表1與圖2可以看出，漢字字模在24C256中的存放規則：第一個(gè)漢字的字模數據放在24C256中從0000H開(kāi)始的24個(gè)單元，即0000－0017H。第二個(gè)放在24C256中從0018H開(kāi)始的24個(gè)單元，即0018H－002FH……，依次類(lèi)推。每個(gè)漢字在字庫中的第一個(gè)字模數據在24C256中的地址為：X×24＋0，（X為用戶(hù)漢字庫中的第幾個(gè)漢字）第二個(gè)字模數據在24C256中的地址為：X×24＋1，第三個(gè)字模數據在24C256中的地址為：X×24＋2，……，依次類(lèi)推，用戶(hù)漢字庫中的第X個(gè)漢字的第I個(gè)字模數據為：
X×24＋I。
由此，我們在液晶屏上顯示漢字的時(shí)候依次寫(xiě)出X×24＋I（I為00－23）就可以了。24Cxxx為I2C總線(xiàn)方式的EEPROM存儲器，用作漢字庫時(shí)，我們只需要掌握從中讀出數據的方法，寫(xiě)入數據的工作就讓編程器去完成。下面介紹如何讀取漢字庫中的漢字信息。
4 24Cxxx漢字庫的使用
所需要的漢字庫已經(jīng)存放在24Cxxx存儲器中了，只需要將它們取出來(lái)顯示在液晶屏上。下面舉例說(shuō)明：在系統中需要1 300個(gè)漢字，使用24C256作為漢字庫，可以存放32 768／24＝1 365個(gè)12×12點(diǎn)陣的漢字，能滿(mǎn)足要求。在使用中每一個(gè)漢字有一個(gè)唯一的編碼，序號從0000到1299。要寫(xiě)某一個(gè)漢字在液晶屏上只需要給出它的編碼即可。
4．1 24C256的讀寫(xiě)
24C256的讀寫(xiě)遵循I2C總線(xiàn)的規約，需進(jìn)行總線(xiàn)啟動(dòng)、數據讀寫(xiě)、應答信號查詢(xún)、總線(xiàn)停止等操作，這些子程序假設都已經(jīng)有了，在程序中聲明如下：
4．2 將器件中的數據讀取出來(lái)在液晶屏上顯示
下面，我們在液晶屏的的第2行的開(kāi)始顯示“使用此漢字庫”。先讀取連續的24個(gè)漢字點(diǎn)陣數據，程序如下：
這六個(gè)漢字在漢字庫中的編碼依次為：
0000 0001 002 0003 0004 0005，
則每一個(gè)漢字點(diǎn)陣數據的第一個(gè)位置分別為：
0000×24，0001×24，0002×240003×24，0004×24，0005×24
以每一個(gè)漢字的第一個(gè)數據位置為起始地址依次讀取24個(gè)數據到顯示緩存，再調用顯示程序（寫(xiě)顯示緩存的數據到液晶模塊中）……。相應的程序如下：
參考文獻
1 胡漢才．單片機原理及其接口技術(shù)．北京：清華大學(xué)出版社，1998
2 徐愛(ài)鈞．單片機高級語(yǔ)言C51應用程序設計．北京：電子工業(yè)出版社，1998
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