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[摘 要]在点阵式液晶上显示丰富的图文，离不开字库，尤其在基于单片机和点阵式液晶的型智能仪表中的更离不开小字库技术的支持。本文论述了点阵字模的原理和基于单片机裸机和无字库点阵式液晶平台上小字库技术的应用。
[关键词]单片机点阵式液晶字模小字库
中图分类号：TN104 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）35-0382-01
0.概述
在智能仪表的设计中，文字显示占有很重要的地位，使用带有中文字库支持的液晶可轻松显示GB2312标准汉字和西文（这里所说的西文是以ASCII标准的字符符号，下同）；然而在有些项目中，材料成本是项目成败的关键，使用低成本的单片机和无字库液晶完成相同的人機界面往往成为最终选择，这种解决方案就要求建立一个专用字库供单片机索引，该字库仅包含所需要显示的字符信息，降低了存储器资源的需求，从而降低了材料成本。因此小字库技术有实际的应用需求，本文对该技术的原理和应用进行了探讨。
1.标准的点阵字模及提取
点阵式液晶以亮暗点的组合显示字符，把这些亮暗点以横向（或纵向）8点为一个字节，按照一定规律排列下来，所形成的数据就是字符的点阵字模。
1.1.中文字模
在DOS2.13的系统中汉字库与西文字库是分开存储的，符合GB2312标准的16×16点宋体汉字存储在HZK16中，以“中”字的16×16点阵字模为例，如图1，按先从左到右，再从上到下的顺序可得到其字模数据，把这些数据按一定的规则组织起来，和专用的索引方法，就做好了专用汉字小字库。这里可以看出N×N点阵汉字所需要的存储单元是N×N/8。
汉字在内存中是以2个字节的机内码存放的，当需要显示字符时，以机内码索引到字模在字库中的位置，然后将32个字节的字模数据写入显存，字符就在屏幕上显示出来了。HZK16为节省存储空间，只存储了字模数据，这些字模数据是按照区位的方式存储的。GB2312将代码表分为94个区，对应第一字节（0xA1-0xFE）；每个区又分94个位（0xA1-0xFE），對应第二字节，把这两个字节组合起来就是所谓的区位码。机内码与区位码的对应关系可用关系式（1）和关系式（2）表示[1]，[2]：
汉字机内码=区位码+0xA0A0 （1）
字模位置=[（区码-1）×94+（位码-1）]×32 （2）
既然机内码与区位码有严格的对应关系，而区位码又对应着字模的存放位置，则根据这两条关系即可定位汉字在HZK16中的位置，一旦确定字模位置，连续读取32个字节数据就得到汉字的字模。
1.2.西文字模
在一个智能仪表中，除了显示汉字外，往往也需要显示一些英文字母和阿拉伯数字，所以也需要建立西文小字库。同样可以在DOS2.13的系统中找到8×16点的西文字库，存储在ASC16中。
西文字符在内存中以ASCII码存放，ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国标准信息交换代码）是基于拉丁字母的一套电脑编码系统，主要用于显示现代英语和其他西欧语言。它是现今最通用的单字节编码系统，并等同于国际标准ISO/IEC 646。标准ASCII码由7位二进制组成[3]，暂且以[6][5][4][3][2][1][0]表示[4]，最多可表示127个字符，其中[6][5]用来表示ASCII编码的组分类，00表示控制字符组，01表示数字字符和标点符号组，10大写字符和特殊字符，11小写字符和特殊字符，由此可见只要把大写字母的第6位也就是[5]置位就实现了到小写字母的转换，反之亦然；数字的ASCII码[3]～[0]位的值与它要表示的数值相同，例如字符0的ASCII码是0x30，字符1的ASCII码是0x31……。
依照上面的编码规则，可以知道在ASC16字库中，字模的存放位置，用关系式（3）表示，一旦确定字模位置，连续读取16个字节数据就得到西文字符的字模。
字模位置=ASCII码×8×16 （3）
1.3.自定义字符
有些情况下，标准字符不能满足显示的要求，需要显示一些自定义的符号来精确表义，这就需要建立自定义字符的字模。比如需要显示一个五角星符号，则可以根据显示精细程度的需要在N×N格子内打好对应形状的点，再用标准字符的方法取数据即得到自定义字符的字模。
2.建立小字库
把前述中文字模、西文字模与自定义字符的字模数据重新存储起来，并且建立新的索引表，就建成了专用小字库，显示时则按照新的索引表提取字模数据并将其写入显存，即可完成显示。
小字库的建设和应用原理并不复杂，在具体实现方法上也有多种，常见的方法之一是将字模存放在一个大的表格中，用数据结构的术语来说，这通常是一个数组（一维或二组数组皆可，使用上没有本质差别，关于数组的议属于数据结构研究的内容，在此不做论述。笔者喜欢使用一维数组），该数组做为软件代码的一部分参与编译、链接过程，最终嵌入到CPU的可执行代码中。
笔者认为将中文字模与西文字模既可以分开建立两个单独的小字库，也可以将两种不同宽度的字符统一存放在一个小字库中，关键是建立索引表；自定义字符字模编入小字库后可用任意在小字库中不存在的字符的机内码来索引其在小字库中的位置。
根据前述原理，笔者用标准C语言写了两个小工具，专门用于从HZK16及ASC16字库中提取字模，并自动建立好对应的索引接口，使用起来极为方便。该工具生成的字库数组，索引接口返回的是字符在字库中字符的序号，序号从0开始，表示第1个字符，因此取字模起始位置与字符序号的关系是：字模起始位置=（字符序号+1）×32，从该位置起，连续读取32个字节，即获得该字符的字模数据。请读者仔细理解本文所述内容，同时欢迎感兴趣的读者与笔者联系，获取工具，交流小字库经验。
3.总结
小字库的应用技术的实质是获取所需字模数据，按序存储，并建立新的机内码与存储位置的关系；在标准字符可以满足显示要求的情况下，主要工作就变成了完成标准字库的抽取、重组的过程，重组的过程就是建立索引表的过程。
参考文献
[1] 刘署光，点阵式液晶汉字显示技术[J].西北纺织工学院学报，1994第8卷第4期：1
[2] 邢炬慧，液晶汉字显示的原理与设计[J].电子工程师，2007第33卷第11期：2
[3] 360百科，ASCII代码[B].360百科网站
[4] GorgonMeducer，怎样在点阵屏上绘图——基于LCD12864[B].ouravr网站，2006
作者简介
金开兴（1982—），男，工学学士，毕业于南京邮电大学自动化专业，现从事环境控制设备软、硬件研发设计工作。
[关键词]单片机点阵式液晶字模小字库
中图分类号：TN104 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）35-0382-01
0.概述
在智能仪表的设计中，文字显示占有很重要的地位，使用带有中文字库支持的液晶可轻松显示GB2312标准汉字和西文（这里所说的西文是以ASCII标准的字符符号，下同）；然而在有些项目中，材料成本是项目成败的关键，使用低成本的单片机和无字库液晶完成相同的人機界面往往成为最终选择，这种解决方案就要求建立一个专用字库供单片机索引，该字库仅包含所需要显示的字符信息，降低了存储器资源的需求，从而降低了材料成本。因此小字库技术有实际的应用需求，本文对该技术的原理和应用进行了探讨。
1.标准的点阵字模及提取
点阵式液晶以亮暗点的组合显示字符，把这些亮暗点以横向（或纵向）8点为一个字节，按照一定规律排列下来，所形成的数据就是字符的点阵字模。
1.1.中文字模
在DOS2.13的系统中汉字库与西文字库是分开存储的，符合GB2312标准的16×16点宋体汉字存储在HZK16中，以“中”字的16×16点阵字模为例，如图1，按先从左到右，再从上到下的顺序可得到其字模数据，把这些数据按一定的规则组织起来，和专用的索引方法，就做好了专用汉字小字库。这里可以看出N×N点阵汉字所需要的存储单元是N×N/8。
汉字在内存中是以2个字节的机内码存放的，当需要显示字符时，以机内码索引到字模在字库中的位置，然后将32个字节的字模数据写入显存，字符就在屏幕上显示出来了。HZK16为节省存储空间，只存储了字模数据，这些字模数据是按照区位的方式存储的。GB2312将代码表分为94个区，对应第一字节（0xA1-0xFE）；每个区又分94个位（0xA1-0xFE），對应第二字节，把这两个字节组合起来就是所谓的区位码。机内码与区位码的对应关系可用关系式（1）和关系式（2）表示[1]，[2]：
汉字机内码=区位码+0xA0A0 （1）
字模位置=[（区码-1）×94+（位码-1）]×32 （2）
既然机内码与区位码有严格的对应关系，而区位码又对应着字模的存放位置，则根据这两条关系即可定位汉字在HZK16中的位置，一旦确定字模位置，连续读取32个字节数据就得到汉字的字模。
1.2.西文字模
在一个智能仪表中，除了显示汉字外，往往也需要显示一些英文字母和阿拉伯数字，所以也需要建立西文小字库。同样可以在DOS2.13的系统中找到8×16点的西文字库，存储在ASC16中。
西文字符在内存中以ASCII码存放，ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国标准信息交换代码）是基于拉丁字母的一套电脑编码系统，主要用于显示现代英语和其他西欧语言。它是现今最通用的单字节编码系统，并等同于国际标准ISO/IEC 646。标准ASCII码由7位二进制组成[3]，暂且以[6][5][4][3][2][1][0]表示[4]，最多可表示127个字符，其中[6][5]用来表示ASCII编码的组分类，00表示控制字符组，01表示数字字符和标点符号组，10大写字符和特殊字符，11小写字符和特殊字符，由此可见只要把大写字母的第6位也就是[5]置位就实现了到小写字母的转换，反之亦然；数字的ASCII码[3]～[0]位的值与它要表示的数值相同，例如字符0的ASCII码是0x30，字符1的ASCII码是0x31……。
依照上面的编码规则，可以知道在ASC16字库中，字模的存放位置，用关系式（3）表示，一旦确定字模位置，连续读取16个字节数据就得到西文字符的字模。
字模位置=ASCII码×8×16 （3）
1.3.自定义字符
有些情况下，标准字符不能满足显示的要求，需要显示一些自定义的符号来精确表义，这就需要建立自定义字符的字模。比如需要显示一个五角星符号，则可以根据显示精细程度的需要在N×N格子内打好对应形状的点，再用标准字符的方法取数据即得到自定义字符的字模。
2.建立小字库
把前述中文字模、西文字模与自定义字符的字模数据重新存储起来，并且建立新的索引表，就建成了专用小字库，显示时则按照新的索引表提取字模数据并将其写入显存，即可完成显示。
小字库的建设和应用原理并不复杂，在具体实现方法上也有多种，常见的方法之一是将字模存放在一个大的表格中，用数据结构的术语来说，这通常是一个数组（一维或二组数组皆可，使用上没有本质差别，关于数组的议属于数据结构研究的内容，在此不做论述。笔者喜欢使用一维数组），该数组做为软件代码的一部分参与编译、链接过程，最终嵌入到CPU的可执行代码中。
笔者认为将中文字模与西文字模既可以分开建立两个单独的小字库，也可以将两种不同宽度的字符统一存放在一个小字库中，关键是建立索引表；自定义字符字模编入小字库后可用任意在小字库中不存在的字符的机内码来索引其在小字库中的位置。
根据前述原理，笔者用标准C语言写了两个小工具，专门用于从HZK16及ASC16字库中提取字模，并自动建立好对应的索引接口，使用起来极为方便。该工具生成的字库数组，索引接口返回的是字符在字库中字符的序号，序号从0开始，表示第1个字符，因此取字模起始位置与字符序号的关系是：字模起始位置=（字符序号+1）×32，从该位置起，连续读取32个字节，即获得该字符的字模数据。请读者仔细理解本文所述内容，同时欢迎感兴趣的读者与笔者联系，获取工具，交流小字库经验。
3.总结
小字库的应用技术的实质是获取所需字模数据，按序存储，并建立新的机内码与存储位置的关系；在标准字符可以满足显示要求的情况下，主要工作就变成了完成标准字库的抽取、重组的过程，重组的过程就是建立索引表的过程。
参考文献
[1] 刘署光，点阵式液晶汉字显示技术[J].西北纺织工学院学报，1994第8卷第4期：1
[2] 邢炬慧，液晶汉字显示的原理与设计[J].电子工程师，2007第33卷第11期：2
[3] 360百科，ASCII代码[B].360百科网站
[4] GorgonMeducer，怎样在点阵屏上绘图——基于LCD12864[B].ouravr网站，2006
作者简介
金开兴（1982—），男，工学学士，毕业于南京邮电大学自动化专业，现从事环境控制设备软、硬件研发设计工作。