51單片機(jī)13×14點(diǎn)陣縮碼漢卡的設(shè)計(jì)依據(jù)是什么？有哪些應(yīng)用？

我們歷時(shí)數(shù)載，開發(fā)成“51單片機(jī)13×14點(diǎn)陣縮碼漢卡”，適用于MCSX-51及其兼容系列單片機(jī)。

與此同時(shí)，還開發(fā)了13×14點(diǎn)陣漢字字模。13×14點(diǎn)陣字模，可完全與目前通用的16×16點(diǎn)陣漢字字模媲美，其在單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)的漢字顯示應(yīng)用中也具有明顯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)用意義。

1 單片機(jī)目前的漢字顯示

信息交流的最主要方式之一即文字交流，但由于我國(guó)方塊漢字?jǐn)?shù)量繁多，構(gòu)形迥異，使?jié)h字顯示一直是我國(guó)計(jì)算機(jī)普及的障礙。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，PC機(jī)的漢字顯示已不成問題。但對(duì)于成本低、體積小、應(yīng)用靈活且用量極為巨大的單片機(jī)而言，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，硬件資源十分有限，其漢字顯示仍面對(duì)著捉襟見肘，力不從心的窘境。

目前單片機(jī)的漢字顯示有三種基本方法。

①采用標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)法。即將國(guó)標(biāo)漢字庫(kù)固人ROM中，將單片機(jī)的硬件和軟件進(jìn)行特別擴(kuò)展后以顯示漢字。眾所周知，即使是16×16點(diǎn)陣標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)，也須占用200KB以上的單元內(nèi)存，而就目前主流5l系列單片機(jī)而言，最大尋址范圍僅64KB，即使程序區(qū)與數(shù)據(jù)區(qū)合起來也僅128KB內(nèi)存。因此，若不加特別的擴(kuò)展設(shè)計(jì)，不要說檢字程序和用戶空間，僅字庫(kù)都裝不下。這種方法雖然可以方便地使用現(xiàn)成標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)，但卻需占用大量的硬件和軟件資源，增加很大一部分成本和設(shè)計(jì)難度，所以不經(jīng)常使用。

②字模直接固化法。即將所顯示的漢字，依先后順序?qū)⑵渥帜Ｒ灰粡臉?biāo)準(zhǔn)字庫(kù)中提取后，重新固化，予以顯示。此法雖為簡(jiǎn)捷，但只適于顯示少量漢字，且字模的制取繁瑣，軟件的修改維護(hù)都很困難。

③帶索引小字庫(kù)法。即將欲顯示文件中的漢字字模，從標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)中逐一提取固化，制成小型字庫(kù)，并按其在小字庫(kù)中的位置制成索引表，顯示時(shí)從索引表查出其新的字模取碼地址，取碼顯示。此方法雖比較靈活，可顯示較多的漢字，但仍然局限于只能顯示固定文件內(nèi)容，且字模制取同樣麻煩。

一種較新的單片機(jī)“漢字動(dòng)態(tài)編碼與顯示方案”（見《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》雜志2003年第1期和第9期），實(shí)際上也是一種動(dòng)態(tài)的“小字庫(kù)”法，只是字庫(kù)的制取，索引的編寫及文件的改碼皆由PC機(jī)自動(dòng)完成，免去了繁瑣的人工處理。

由上可見，目前單片機(jī)各種漢字顯示方案均不理想。標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)法，單片機(jī)不堪重負(fù)；而其它方法最大且又無法克服的缺點(diǎn)是，所顯示文字皆有局限。顯示內(nèi)容也皆須專業(yè)人員設(shè)計(jì)而定，用戶難于更改。這便極大地限制了單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的開拓和應(yīng)用。究其原因，皆為單片機(jī)本身無漢卡，而這也正是我們致力于“51漢卡”開發(fā)的初衷。

2 13×14點(diǎn)陣漢字字模

為墊定“5l漢卡”的字型基礎(chǔ)，首先開發(fā)成了l3×14點(diǎn)陣漢字字模。在目前通用的漢字字模中，最簡(jiǎn)單的是16×16點(diǎn)陣字模。在微型打字機(jī)中，也偶見有12×12點(diǎn)陣字模，但實(shí)用中不多見。字模點(diǎn)陣數(shù)直接決定著每一漢字所占單元內(nèi)存值，能否在保證字模準(zhǔn)確、美觀的基礎(chǔ)上，尋找一種較少的點(diǎn)陣字模呢？這便是我們最初的想法。于是我們經(jīng)過反復(fù)選擇比較，終于在國(guó)內(nèi)首個(gè)推出了13×14點(diǎn)陣字模。此設(shè)計(jì)，一是基于我國(guó)漢字為方塊字，故其行、列值需相近；二是漢字多有對(duì)稱1生，故其列值宜奇不宜偶。設(shè)計(jì)實(shí)際表明，若行、列值很少，則難保證字模的準(zhǔn)確性和美觀性。

13×14點(diǎn)陣字模，是以我國(guó)現(xiàn)行簡(jiǎn)化字為準(zhǔn)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成。與目前通用的漢字16×l6點(diǎn)陣字模相比，其準(zhǔn)確性和美觀性并不遜色。然而其單字所占內(nèi)存卻由32個(gè)單元降至26個(gè)單元；另外使得每個(gè)單字顯示由原來的256個(gè)像素降至l82個(gè)像素，使顯示成本和空間均減少近三分之一。100×200點(diǎn)陣LED字屏，可顯示16×l6點(diǎn)陣漢字72個(gè)，而l3×14點(diǎn)陣漢字便可顯示l05個(gè)，且顯示效果并無太大差異。這無疑對(duì)單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)漢字顯示產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用，具有明顯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)用意義。

3 51單片機(jī)13×14點(diǎn)陣縮碼漢卡

“51漢卡”依據(jù)我國(guó)的漢字特點(diǎn)和單片機(jī)的快速構(gòu)字功能，在13×14點(diǎn)陣字模基礎(chǔ)上，以縮碼形式開發(fā)而成單片機(jī)漢卡的開發(fā)，應(yīng)以目前通用的主流單片機(jī)為研發(fā)對(duì)象，還應(yīng)在囊括國(guó)標(biāo)一、二級(jí)漢字及常用字符的前提下，使內(nèi)存占用必須降至主流單片機(jī)可尋址范圍內(nèi)，且需留有足夠的檢字程序和用戶應(yīng)用空間。另外，字模設(shè)計(jì)必須準(zhǔn)確、美觀。字模提取速度也必須滿足實(shí)用要求?！?1漢卡”的開發(fā)正是依據(jù)原則，并達(dá)到了以上各項(xiàng)要求。

顧名思義，“51漢卡，，即以MCS-51系列及其兼容單片機(jī)為研發(fā)對(duì)象。以51系列為代表的8位單片機(jī)，在過去、現(xiàn)在以及可以予見的將來，都將是嵌入式系統(tǒng)低端應(yīng)用的主流機(jī)型。此乃業(yè)界專家的共識(shí)。

“51漢卡”囊括了“GB2312-80”國(guó)標(biāo)字庫(kù)的全部一、二級(jí)漢字，并增補(bǔ)漢字86個(gè)；同時(shí)包括了大、小英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字等160個(gè)常用字符和不到4KB的構(gòu)字程序，卻僅總共占用了不足66KB的內(nèi)存。每字平均約占9.8個(gè)單元，相對(duì)于16×16點(diǎn)陣每字占32單兀內(nèi)存而言，尚不到其三分之一。這對(duì)于具有相互獨(dú)立的64KB程序區(qū)和64KB數(shù)據(jù)區(qū)的51系列單片機(jī)而言，若適當(dāng)配置內(nèi)存，可為檢字程序和用戶留出90％以上的程序空間及相當(dāng)數(shù)量的數(shù)據(jù)空間，對(duì)于一般用戶的應(yīng)用，都將綽綽有余。

另外，為使“51漢卡’’更便于使用和進(jìn)一步節(jié)省內(nèi)存，在上述基礎(chǔ)上又開發(fā)成一套簡(jiǎn)化版本，刪去了部分較偏僻的二級(jí)漢字。簡(jiǎn)化版本包括約5580個(gè)漢字，共占用內(nèi)存58KB。實(shí)際上，按有關(guān)權(quán)威部門的統(tǒng)計(jì)，一般文本99％的文字是由2400個(gè)字寫成的，因此使用簡(jiǎn)化版本，并配以簡(jiǎn)單的造字程序，一般亦可滿足我們的使用要求。

“51漢卡”所用字模，即我們開發(fā)的完全可與16×16點(diǎn)陣字模媲美的I3×14點(diǎn)陣漢字字模。字模提取速度是我們最為關(guān)心的問題之一。經(jīng)測(cè)試及實(shí)際使用表明，“51漢卡’’的提模速度完全可滿足單片機(jī)漢字顯示的實(shí)用要求。

我們使用Intel公司MCS-51經(jīng)典系列87C51單片機(jī)在24MHz頻率下測(cè)試，平均字模提取速度為2.1ms／字。因人的視覺暫留時(shí)間為0.1s，無論理論還是實(shí)際使用都表明，50字字模提取并顯示，并無遲滯和待機(jī)之感。即使在1 2MHz頻率下，20字取模，即點(diǎn)即出，在一般拼音檢字和少量漢字顯示中，完全可滿足使用要求。隨著單片機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，目前，Intel公司、Atmel公司、philips公司、我國(guó)***華邦等公司生產(chǎn)的MCS-51兼容單片機(jī)時(shí)鐘頻率可達(dá)33MHz，增強(qiáng)型可達(dá)40MHz，以至達(dá)60MHz；現(xiàn)市售的“STC89LE”系列單片機(jī)，最高頻率可達(dá)90MHz。這些芯片都完全能與MCS-51芯片兼容，對(duì)于更高需求的場(chǎng)合，更新升級(jí)也十分簡(jiǎn)便。另外，在單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)中，文字顯示速度要求并不高，只要滿足換屏?xí)r的視覺要求即可。其漢字顯示字?jǐn)?shù)，一般也不太多。如用LCD顯示屏，128×64點(diǎn)陣，才顯示32個(gè)字；192×64點(diǎn)陣才顯48個(gè)字；即使使用l3×14點(diǎn)陣字模，滿屏也才56個(gè)漢字。

4“51漢卡”設(shè)計(jì)依據(jù)及說明

“51漢卡”設(shè)計(jì)依據(jù)是，我國(guó)漢字雖然數(shù)量繁多，字型各異，但其中復(fù)合結(jié)構(gòu)者占大部分，并素有“偏旁取義，正字取音”之說。如“寸”字與不同偏旁可組成“村”、“付”、“討”、“守”、“過”等字。因此“51漢卡”除單結(jié)構(gòu)字基本以全碼設(shè)計(jì)外，復(fù)臺(tái)結(jié)構(gòu)字多用相應(yīng)的單體字及其偏旁，以結(jié)構(gòu)代碼寫成。利用單片機(jī)快速的單元積木式構(gòu)字程序，便可迅速生成字模代碼。這既保證了提碼速度，又節(jié)省了大量的漢卡內(nèi)存。

有關(guān)“51漢卡”的幾點(diǎn)說明如下：

①凡漢字庫(kù)中簡(jiǎn)、繁體字都有的用簡(jiǎn)體。如“後”以“后”代，“馀”以“余”代等；

② 《新華字典》未收入字，多未收入，如“酏”、“鼽”等字，但“婧”、“弳”等字仍收入；

③對(duì)于多體字，一般以常用字代，如“摺”以“折”代，“鏇”以“旋，，代等，但“吒”不以“咤”代，“讎”不以“仇”代等；

④對(duì)通常已由其它字取代的字，都以這些字代替，如“崠”以“東”代，“肛’’以“船”代等；

⑤二級(jí)漢字中，不單獨(dú)構(gòu)成漢字的偏旁未收入；

⑥依據(jù)名篇名著，生活用語(yǔ)等，增補(bǔ)漢字86個(gè)；

⑦收編大、小寫英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等各種常用字符160個(gè)。

5“51單片機(jī)漢卡”應(yīng)用舉例

利用“51單片機(jī)漢卡”，將使51系列單片機(jī)的漢字顯示輕而易舉，并可大為降低成本、體積和設(shè)計(jì)開發(fā)的難度，為單片機(jī)在生產(chǎn)控制、信息通信、文化教育和日常生活等領(lǐng)域，特別是計(jì)算機(jī)終端和手持產(chǎn)品的開發(fā)提供極大的便利和支持。

我們現(xiàn)已初步開發(fā)成“51漢卡”的“區(qū)位碼輸入法”和“拼音輸入法，，檢字程序，并利用“51漢卡”成功地開發(fā)了帶有廉價(jià)單片機(jī)控制器的LED漢字顯示屏。這不僅大幅度降低了成本費(fèi)用。而且用戶可以通過單片機(jī)控制器，隨心所欲地改變顯示內(nèi)容。