引言

近年來，以單片機(jī)以及嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)為基礎(chǔ)的各種智能終端廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的專用設(shè)備和產(chǎn)品中，也將逐漸滲透到家用電器和各種消費(fèi)類電子產(chǎn)品中。

單片機(jī)以其價(jià)格低廉、技術(shù)成熟而廣泛應(yīng)用于各種低端產(chǎn)品之中，但是由于單片機(jī)的尋址能力有限，限定了其最大的存儲(chǔ)空間。比如最常用的MCS-51單片機(jī)，其直接尋址的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間為64k字節(jié)，如果通過擴(kuò)展來得到更大的存儲(chǔ)空間，既增加了系統(tǒng)成本，也為數(shù)據(jù)讀取操作帶來了不便（對(duì)擴(kuò)展區(qū)間的訪問要通過端口操作實(shí)現(xiàn)）。所以在單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，存儲(chǔ)空間的大小是一個(gè)很重要的因素。

在PC機(jī)上的漢字顯示，是來自存儲(chǔ)在PC機(jī)上的漢字庫(kù)。漢字庫(kù)中的漢字以點(diǎn)陣形式組成。如果以一個(gè)16x16點(diǎn)陣的漢字庫(kù)作為基本字模庫(kù),每個(gè)漢字占32 個(gè)字節(jié)。GB2312中規(guī)定了6763個(gè)二級(jí)漢字，則需要的存儲(chǔ)空間大體為6763×32字節(jié)，約200多K字節(jié)。顯然，如果要在單片機(jī)終端上顯示漢字，不可能把以上所有的“漢字庫(kù)”信息都放在單片機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間中。

本文以我實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立開發(fā)的智能餐飲信息系統(tǒng)為例，首先介紹關(guān)于漢字顯示的基礎(chǔ)知識(shí)，然后說明在實(shí)際應(yīng)用中如何對(duì)系統(tǒng)漢字庫(kù)進(jìn)行裁減，只保留需要在終端上顯示的“漢字庫(kù)”信息，最后介紹在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)涉及到的有關(guān)字模提取和字模轉(zhuǎn)化的處理方法。

1：關(guān)于漢字顯示的基礎(chǔ)知識(shí)

在中文WIN9X下，我們輸入一個(gè)雙八位字節(jié)，就得到一個(gè)漢字，就會(huì)認(rèn)為這雙八位字節(jié)就是對(duì)應(yīng)這樣的字形，這是錯(cuò)誤的。這個(gè)雙八位字節(jié)被稱為漢字的內(nèi)碼（詳見下文），內(nèi)碼對(duì)于字庫(kù)來說，只是查找字形的索引。通過這個(gè)雙八位字節(jié)可以唯一的從漢字庫(kù)中查詢得到其對(duì)應(yīng)的漢字字形數(shù)據(jù)（字模）。對(duì)應(yīng)不同編碼標(biāo)準(zhǔn)的字體，內(nèi)碼對(duì)應(yīng)了不同的字形。我們常用的是國(guó)標(biāo)GB2312<<信息交換用漢字編碼字符集>>，包含了最常用的簡(jiǎn)體中文文字。

如果系統(tǒng)所使用的“漢字庫(kù)”中每個(gè)漢字按16x16點(diǎn)陣模式存放，則每個(gè)漢字由16x16=256個(gè)點(diǎn)組成，占用16x2=32個(gè)字節(jié)的連續(xù)內(nèi)存單元。每個(gè)字節(jié)有8位，每一位都有兩種狀態(tài)，即亮或暗，分別用1或0來表示。在16x16點(diǎn)陣中，用各個(gè)位的亮暗來表示一個(gè)字,凡是筆畫經(jīng)過的地方都為1(亮), 沒有筆畫的地方都為0(暗),這樣就可以表示不同的漢字。

圖1 是“大”字16x16點(diǎn)陣模式排列放大后的結(jié)果。

在PC機(jī)中，組成字模的32個(gè)字節(jié)默認(rèn)的排列順序如圖2所示：每行兩個(gè)字節(jié)，低字節(jié)為DB0～DB7，高字節(jié)為DB8～DB15，每字節(jié)8比特，共16行32個(gè)字節(jié)。圖中標(biāo)出了第1、第2個(gè)字節(jié)和第31、第32個(gè)字節(jié)的存放位置。

于是，我們可以得到“大”字的漢字字模（32個(gè)字節(jié)，10進(jìn)制表示）：（1，0，1，0，1，0，1，0，1，4，255，254，1，0，2，128，2，128，2，64，4，64，4，32，8，16，16，14，96，4，0，0）

2．字模提取及數(shù)據(jù)文件下載

2．1 在實(shí)際應(yīng)用中，需要進(jìn)行字模提取來適應(yīng)有限的存儲(chǔ)空間

我實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立開發(fā)的餐飲業(yè)信息系統(tǒng)中就是應(yīng)用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)智能點(diǎn)菜終端。系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示：

在以上系統(tǒng)中，終端中存儲(chǔ)著所有的菜譜信息，操作員通過點(diǎn)菜終端可以瀏覽菜譜。簡(jiǎn)單的操作流程為：當(dāng)操作員通過終端點(diǎn)好了菜以后，終端以無(wú)線方式將菜肴信息發(fā)送到基站，基站通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理之后要進(jìn)行入庫(kù)、打印和向終端返回等操作。

在本系統(tǒng)中所采用的單片機(jī)為MSC－51，帶32K的外部RAM和128K的FLASH存儲(chǔ)器。其中，128K字節(jié)的FLASH存儲(chǔ)空間用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，記錄了菜譜、桌位等和業(yè)務(wù)相關(guān)的信息，另外有64K字節(jié)用作存儲(chǔ)漢字庫(kù)（字模）。

GB2312中規(guī)定常用的兩級(jí)漢字6763個(gè)(每個(gè)漢字有32字節(jié))，占用200多K字節(jié)的存儲(chǔ)空間。顯然，不能把漢字庫(kù)中的所有漢字字模都下載到終端上，只能是選擇終端需要顯示的漢字的字模進(jìn)行提取和下載。終端的64K存儲(chǔ)空間可以存儲(chǔ)大約2000個(gè)漢字。在實(shí)際應(yīng)用中一般酒店的菜肴數(shù)量在 200～600之間，要用到的漢字?jǐn)?shù)在400～1800之間，所以64K的存儲(chǔ)空間足夠本系統(tǒng)的應(yīng)用。

2．2 如何進(jìn)行字模提取和下載處理

在本系統(tǒng)中，終端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中的字庫(kù)信息、菜譜、桌位等業(yè)務(wù)信息是從服務(wù)器上下載得到的。首先，服務(wù)器中的處理程序提取相關(guān)數(shù)據(jù)并生成各個(gè)下載信息文件，然后處理程序?qū)⑦@些下載文件下載到終端上。系統(tǒng)和終端通過串口線相連，以串口通信方式將數(shù)據(jù)下傳到終端的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。

字模裁減及填充終端字庫(kù)下載文件流程如圖4 所示：

首先，運(yùn)行在服務(wù)器上的處理程序遍歷數(shù)據(jù)庫(kù)中的菜譜表、桌位表等所有包含下載信息的、帶有漢字的表記錄。從中找到需要下載的漢字，根據(jù)這些漢字的內(nèi)碼，從系統(tǒng)字庫(kù)中得到漢字的字模，經(jīng)過字模轉(zhuǎn)化（在后面介紹），然后保存在字庫(kù)下載文件中。

為了保證下傳的漢字字模不會(huì)重復(fù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建一個(gè)“漢字表”來存儲(chǔ)每個(gè)經(jīng)過篩選的漢字的信息。表中有兩個(gè)字段，一個(gè)用來存儲(chǔ)漢字的內(nèi)碼，另一個(gè)用來存儲(chǔ)該漢字字模在字庫(kù)下載文件中的偏移地址（終端程序可以通過某個(gè)漢字在字庫(kù)下載文件中的偏移地址來唯一確定該漢字的字模存放位置）。每得到一個(gè)漢字的內(nèi)碼時(shí)，先到漢字表中查詢表中是否已經(jīng)包含了該漢字，再?zèng)Q定是否進(jìn)行提取和下載處理。

然后，處理程序逐個(gè)遍歷菜譜表、桌位表等數(shù)據(jù)表項(xiàng)來生成菜譜下載文件、桌位下載文件等。這些下載文件中涉及到的漢字，以該漢字的字模在終端下載字庫(kù)文件中的偏移地址來標(biāo)識(shí)。這樣每個(gè)漢字可以用兩個(gè)字節(jié)唯一標(biāo)識(shí)。

最后，處理程序?qū)⒁陨线@些下載文件通過串口下傳給終端，終端將下載文件的內(nèi)容保存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中，并記錄存放字庫(kù)下載文件數(shù)據(jù)區(qū)的起始地址，記為A。當(dāng)需要顯示漢字時(shí)，終端程序先得到該漢字在下載文件中的偏移地址，記為B，然后計(jì)算出該漢字字模的存放位置（A+B），從此位置開始連續(xù)讀取32字節(jié)，就得到了該漢字字模數(shù)據(jù),之后通過驅(qū)動(dòng)液晶屏將漢字顯示出來。

3．需要注意的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 漢字字模的提取

先說明一下在中文信息交換標(biāo)準(zhǔn)GB2312中涉及到的三個(gè)概念：區(qū)位碼、國(guó)標(biāo)碼、內(nèi)碼。

中文國(guó)標(biāo)字符集是一個(gè)94×94的矩陣，其中每一個(gè)漢字（包括數(shù)字、英文字母和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)）都是二維矩陣中的某個(gè)元素。這樣，每一個(gè)漢字都可以用一個(gè)二元組來表示（x，y）。其中，x是該字所在的行號(hào)，y為列號(hào)。

GB2312在此基礎(chǔ)上對(duì)矩陣進(jìn)行劃分，分為94個(gè)區(qū)，每區(qū)94位，x定義了該字所在的行號(hào)，y表示該字所在的位號(hào)，x和y均以二進(jìn)制或十六進(jìn)制表示。這就是“區(qū)位碼”，例如：“啊”字的區(qū)位碼為（0x10，0x01），表示位于16區(qū)第一位。于是漢字庫(kù)中的字模存放位置（相對(duì)于字庫(kù)文件頭的偏移地址）可以由區(qū)位碼計(jì)算得到：偏移地址＝區(qū)碼×94＋位碼。那么“啊”字的字模相對(duì)于字庫(kù)文件頭的偏移地址等于16×94＋1＝1505（十進(jìn)制表示）。

但是許多低位數(shù)字已被其它領(lǐng)域所占用，比如：0x06表示通信確認(rèn)回答標(biāo)志。為了不與已經(jīng)存在的信碼相混淆，GB2312在每個(gè)區(qū)位碼上加上0x20，這樣形成的碼叫國(guó)標(biāo)碼。例如：“啊”字的國(guó)標(biāo)碼為（0x30，0x21）。

由于通用的ASCII字符的最高位為0，為了在計(jì)算機(jī)內(nèi)部和之間傳輸漢字時(shí)可以和ASCII碼區(qū)別開來，將表示漢字的兩個(gè)字節(jié)的最高位都置1。這樣，相當(dāng)于在國(guó)標(biāo)碼基礎(chǔ)上高低字節(jié)同時(shí)加了0x80，這就是上面提到的內(nèi)碼。比如：“啊”字的內(nèi)碼為（0xB0，0xA1）。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，用內(nèi)碼來唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)漢字。在程序中，通過調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)取得某個(gè)漢字的ASCII字符表示，也就得到了這個(gè)漢字的內(nèi)碼。

在明白了內(nèi)碼和區(qū)位碼之間的關(guān)系后，我們可以根據(jù)某個(gè)漢字的內(nèi)碼計(jì)算得到該漢字的區(qū)位碼；再通過區(qū)位碼計(jì)算得到該漢字的字模在漢字庫(kù)表中的偏移地址；從此地址開始的連續(xù)32個(gè)字節(jié)就是該漢字的字模信息。

3．2 字模轉(zhuǎn)換

圖1中所示的漢字顯示與字模存放的關(guān)系是PC機(jī)中的字模存儲(chǔ)格式。而在單片機(jī)系統(tǒng)中，選擇不同的液晶驅(qū)動(dòng)器要求有不同的字模存儲(chǔ)方式。比如我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中，使用的是清華蓬遠(yuǎn)科貿(mào)公司的HD61202液晶驅(qū)動(dòng)器。圖5 指示了HD61202液晶驅(qū)動(dòng)器所要求的字模存放與漢字顯示的關(guān)系。圖中標(biāo)明了標(biāo)出了第1、第2個(gè)字節(jié)和第31、第32個(gè)字節(jié)的存放位置。

造成漢字顯示與字模存放有這樣關(guān)系是因?yàn)椴煌囊壕?qū)動(dòng)器有不同的掃描顯示方式。所以，為了能夠?qū)h字正確的顯示出來，針對(duì)不同的液晶驅(qū)動(dòng)要做相應(yīng)的字模轉(zhuǎn)化。字模轉(zhuǎn)化可以自編一個(gè)轉(zhuǎn)化函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，在寫入終端字庫(kù)下載文件前將32個(gè)字節(jié)的字模按位轉(zhuǎn)化為需要的格式，再按字節(jié)順序存入下載文件。

經(jīng)過轉(zhuǎn)化之后，“大”字的字模（32個(gè)字節(jié)）變成：（32，32，32，32，32，32，160，127，0，64，64，32，16，12，3，0，160，32，32，32，32，48，32，0，1，6，8，16，32，96，32，0）, 這就是存放在終端下載字庫(kù)中的字模格式。

參考資料：
1：《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 何立民 北京航空航天大學(xué)出版社 1994
2：《漢字編碼標(biāo)準(zhǔn)與識(shí)別》