便携设备中的汉字库设计

给出了一种使用串行I2C方式的EEPROM 24Cxxx的汉字库解决方案。该方案能在最节省硬件资源的情况下实现较多汉字字库，并给出了相应的C程序。
    关键词：汉字库，单片机，液晶显示

1　便携式设备的常用设计方法
　　一般的便携式设备采用如图1所示的电路框图设计（根据需要可增可减）。在该系统中，用图形点阵液晶模块作为显示，24C256用作汉字库的存储，X1203用于日历时钟，键盘／触摸屏作为输入设备，RS232用于通讯，ISD系列语音芯片可以记录语音及播放语音。这里只讨论使用点阵液晶显示汉字的情况以及汉字库的设计方法。一般汉字库有以下几种方案实现。

　　（1）使用程序空间做小字库。这在汉字用量不大的情况下，是一种完美的解决方法。但若要用AT89C2051、AVR系列、PIC系列、430F11X系列等作为主控芯片，其主要程序空间就只有2K字节左右，这种方案是不可行的。以500个汉字为例，16×16点阵的字库将需要500×32＝16 000字节的ROM空间，如果使用12×12点阵的汉字，也需要500×24＝12 000字节的ROM空间。所以，汉字库的大小在500字已经不能接受，设计小型的掌上设备，要使用引脚数较少的MCU时（如前所述），ROM空间已经感到相当紧张，再占用其空间做汉字库更不能想像。
　　（2）使用大容量的ROM芯片专门做汉字库。用这种方式可以使用全部的国标汉字，是一种较常用的方法。一般采用27C040芯片，但占用系统I／O数较多，占印刷板面积大，单是27C040就需要19根地址线，8根数据线，还有一些控制信号，还可能需要一片地址锁存芯片。这种方法在便携式设备的设计时一般不采用。
    （3）使用自带汉字库的液晶模块。这较为方便，但成本较为高昂，一般为固定规格的汉字，常用的是16×16点阵，使用不灵活。
　　（4）使用I2C器件实现汉字库的设计。下面将详细讨论这种方法。
2　设计综述
　　用串行I2C方式的EEPROM实现汉字库设计，这种方式下系统的构成成本低廉，体积小巧，方便灵活。在图1的设计中，使用128×64点阵规模的常用液晶模块，可以显示12×12点阵的汉字5排，每排10个汉字。使用了一片24C512做汉字库，它有64K字节的存储空间，可以存放64K／24＝2 730个汉字的12×12点阵字模。如果采用压缩的方法，每个12×12点阵的汉字占用18个字节，则可存放64K／18＝3 640个汉字。如果使用两片则可以容纳7 280个汉字，而使用多片时同样占用两根口线，且不额外占用资源，同时还可以连接其他的I2C器件，如日历芯片、I2C方式的A／D、D／A等，如果24Cxxx还有空余空间，则可以作为记录器，记录数据。在实际应用时，我们使用尺寸小的液晶模块（50 mm×40 mm×3 mm），这样，整个电路除键盘外全盖在液晶模块的下面，如果使用液晶上的触摸屏作为键盘，则所有电路的大小可以与液晶屏的尺寸一样，整个系统相当小巧，非常适合掌上设备或其他便携式设备应用。
　　如果使用其他方式实现汉字库，则体积将会较大：使用程序空间做字库，则只能实现很少的汉字字模，而ROM尺寸小的芯片还不能实现；若用27C040等则体积肯定大；使用带字库的模块则厚度较大。
　　24C512芯片与MCU接口只占用两根I／O口线：SDA，SCL。因此，随便使用89C51的I／O连接即可，见图1（注意：需要10kΩ的上拉电阻），多片时只是在每一片的地址端加以区别，而不需要额外的I／O口线。
3　设计方法
3．1　汉字字模数据
　　下面以“使用此汉字库”为例说明字模点阵的形成情况。液晶屏的“使用此汉字库”是按如图2所示的方式一点一点地显示的。图中的每一点对应液晶屏上的每一点。我们只须将所有的点阵数据写入液晶模块的缓冲区就可以了。

　　常用的12864液晶模块使用HD61202作液晶控制器，所以，该模块是竖着取模的（由HD61202所决定），而且最高位在下面（请参见HD61201的详细资料）。所以“汉”的字模数据为：

　　这里，以“汉”为例，第一个数据088H是最左边的上面第一竖排有点的位置所对应的数据，而且下面为高位。第二个数据091H为左边的上面第二竖排有点的位置所对应的数据，依次类推，得到“汉”上半部分的前12个点阵数据，同样可以得到“汉”下半部分的后12个点阵数据。可以看出，在下半部分的字模，实质上只有一半数据有用，另一半全是0，故，可以采用压缩的办法，缩减字模数据，即下半部分的点阵数据完全可以两个数据缩减成一个数据。比如“汉”压缩后的字模数据为，上半部分不变，前12个数据与原来相同，下半部分两两组合为一个字节，后半部分只有6个字节，这样，一个汉字就只需要18个字节，这样可以大大节省存储器的使用：
088H，091H，064H，018H，002H，01EH，062H，082H，062H，01FH，002H，000H，00FH，008H 084H，021H，024H，088H
　　如果液晶模块所使用的控制器是6963或1330／1335等，则必须横着取字模，相应的“汉”的字模数据为（每字节右边为高位）：
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
　　压缩算法与61202的不一样，为左边不变，右边压缩，数据组织上为奇数（对应点阵的右半边）压缩，偶数不变。
3．2　汉字字模数据存放在24Cxxx中
　　在一般情况下为自定义汉字库，也有使用全汉字库的情况。在全字库的情况下，可以把现有的汉字库直接存放在两片24C512中（采用压缩方法，每个汉字18字节）。这两片的地址分别是：0－0FFFFH，10000H－1FFFFH。
    汉字首地址＝（（区码－1）×94＋位码－1）×18。
　　大多数情况下使用汉字不会很多，一般用的是自定义汉字库。用一片24C256芯片（见Atmel公司24C256技术手册）可以存放用户常用汉字1 820（32K／18）个，或1 365（32K／24）个，剩余空间可以用作数据记录，对一般用户来说足够了。但放在程序ROM里，将占用32K程序区，对使用小ROM容量（比如89C2051，PIC系列，430F11x等）芯片的场合是不可能的，而用一片24Cxxx芯片就完全解决了，只占用两根I／O口线！这么多数据怎么存放在24C256中呢？很简单，使用编程器。大多数的编程器都支持24Cxxx的编程。先使用字模提取软件得到你所需要的汉字的字模数据，一般情况在购买液晶时会附送的。一般情况会用汇编的DB伪指令来定义，或使用C语言的数组来定义：unsigned char code hzdot〔24＊xxxx〕＝｛0x12，0x32，．．．．．．｝。得到这些数据后，用相应的单片机编译软件得到编程器能用的．hex或．bin文件，再使用编程器烧写。在用字模软件取汉字模的时候，必须将汉字按照一定的顺序进行排列，使用此汉字库的时候再按照这个顺序就可以将汉字依次显示出来。
3．3　字模数据在24Cxxx中的存放情况举例
　　用户自定义的汉字库已经存放在24Cxxx中了，下面是字库中的开始部分，汉字“使用此汉字库……”的字模，取模方式为纵向、下为高位，其中地址列为在24C256中的片内地址。

　　从表1与图2可以看出，汉字字模在24C256中的存放规则：第一个汉字的字模数据放在24C256中从0000H开始的24个单元，即0000－0017H。第二个放在24C256中从0018H开始的24个单元，即0018H－002FH……，依次类推。每个汉字在字库中的第一个字模数据在24C256中的地址为：X×24＋0，（X为用户汉字库中的第几个汉字）第二个字模数据在24C256中的地址为：X×24＋1，第三个字模数据在24C256中的地址为：X×24＋2，……，依次类推，用户汉字库中的第X个汉字的第I个字模数据为：
　　X×24＋I。
　　由此，我们在液晶屏上显示汉字的时候依次写出X×24＋I（I为00－23）就可以了。24Cxxx为I2C总线方式的EEPROM存储器，用作汉字库时，我们只需要掌握从中读出数据的方法，写入数据的工作就让编程器去完成。下面介绍如何读取汉字库中的汉字信息。
4　24Cxxx汉字库的使用
　　所需要的汉字库已经存放在24Cxxx存储器中了，只需要将它们取出来显示在液晶屏上。下面举例说明：在系统中需要1 300个汉字，使用24C256作为汉字库，可以存放32 768／24＝1 365个12×12点阵的汉字，能满足要求。在使用中每一个汉字有一个唯一的编码，序号从0000到1299。要写某一个汉字在液晶屏上只需要给出它的编码即可。
4．1　24C256的读写
　　24C256的读写遵循I2C总线的规约，需进行总线启动、数据读写、应答信号查询、总线停止等操作，这些子程序假设都已经有了，在程序中声明如下：

4．2　将器件中的数据读取出来在液晶屏上显示
　　下面，我们在液晶屏的的第2行的开始显示“使用此汉字库”。先读取连续的24个汉字点阵数据，程序如下：



　　这六个汉字在汉字库中的编码依次为：
0000 0001 002 0003 0004 0005，
　　则每一个汉字点阵数据的第一个位置分别为：
0000×24，0001×24，0002×240003×24，0004×24，0005×24
　　以每一个汉字的第一个数据位置为起始地址依次读取24个数据到显示缓存，再调用显示程序（写显示缓存的数据到液晶模块中）……。相应的程序如下：

　

参考文献

1　胡汉才．单片机原理及其接口技术．北京：清华大学出版社，1998
2　徐爱钧．单片机高级语言C51应用程序设计．北京：电子工业出版社，1998