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利用LabVIEW产生字模的LED显示屏设计
硬件纵横 Hardware Technique
利用LabVIEW 产生字模的LED 显示屏设计
王水鱼 王 淼，西安理工大学 自动化与信息工程学院 陕西 西安
（710048）
摘 要 介绍了一种基于 与 的 字显示屏 其利用 软件灵活 简
： LabVIEW FPGA LED LabVIEW、，汉，便地从计算机的汉字库中提取汉字字模并转换为供 直接调用的十六进制字模数据 通过在FPGA。
中进行图像信息扫描的方式得到任意汉字的字模 然后经串口传递给 控制显示汉字
LabVIEW，FPGA。
该方法的字模由上位机生成 省去了建立字模库步骤 简化了显示过程 实用性较强，。
关键词： LabVIEW ；点阵字库；FPGA ；LED 显示
中图分类号：
TP311.1
文献标识码：
A 文章编号： 1674-7720（2012）05-0017-03
Design of LED display using LabVIEW to generate mateix
Wang Shuiyu，Wang Miao
（Institute of Electronic Information Engineering，Xi ′an University of Science and Technology，Xi ′an 710048，China）
Abstract ： This paper presents a LED characters display based on LabVIEW and FPGA.By using the flexible LabVIEW
software，it extracts Chinese characters from computer and converts them into hexadecimal font data which are directly adopted by
FPGA.Through image scanning in LabVIEW information，the Chinese characters font can be got randomly.Then it transfers to the
FPGA to control and display characters by a serial port.The word-model of this method is generated by PC generation，which saves the font library established steps，simplifies the display of practical stronger.Key words ： LabVIEW ； bitmap fonts ； FPGA ； LED display
随着嵌入式技术的发展 各类智能电子装置日益增，1 的汉字字模的提取
多 在这些电子装置中经常需要显示汉字 如各类由
。，1.1
点阵组成的电子广告牌与液晶显示屏 它们都是以，LED 点阵、点阵及 点阵字库等，基于 LabVIEW 点阵字库 点阵字库包括24 48
点位点亮 的方式显示 因此 在显示汉字时必须通过
“ ”。，点阵数目越多 汉字质量越高 而所用存储空间也就越，某些技术手段获得反映汉字字型点阵数据的汉字字模。多 点阵字库用于存放各个汉字的字模 在同一字库中。，本文介绍了一种直接利用 LabVIEW 的图片处理功能自 各汉字字模所占字节数相同 以便于查找和提取 对于。
动生成字符点阵的方法 它比其他字模提取方法简单直，一个 的点阵字符 其生成方法就是在一个具有，n ×n
观 利用该程序无需使用专门的字库可自动得到各种字
。书写字符 若笔画通过某小格 该小，符的点阵 然后将显示信息通过串行传输方式发送到，n ×n
个小格的坐标纸上格对应数字 笔画不通过 则对应数字 然后将该点；，0。
通过 驱动相应的二极管发光显示信息 本
FPGA，FPGA。为字节后存储 就构成了一个字符的，设计的硬件由计算机、FPGA、驱动电路和点阵数据。
成 结构图如图 所示
。1。1.2 储结构
阵按行或按列切分LED 显示屏构点阵字模的存要显示一个汉
字 就必须知道这个汉字的点阵字模
通
信
串
口
电平，上位机 驱动电路 LED 些字模有 点阵 点阵和 点阵等 目前
转换电路 16、24 32。
FPGA 是 点阵和 点阵两种 不同点阵24。
时钟电路 复位电路 又有宋体 仿宋体 黑体 楷体之分 在计算机、、。
显示屏 信息 这，技术开发中常用的汉字字体、中 相同点阵 相同字体的字符存放在一个字库中 称为
图
总
体
结
构
框图，、，《微型机与应用》
年第卷第 期 欢迎网上投稿 17
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硬件纵横 Hardware Technique
一个汉字库文件 本文所用的点阵字库结构采用行 区码 位码
。16 offset（94 ×（-1）+（-1））× 32（5）
排列的形式 共有
行 每行
个点 每行点阵存入 移动文件指针读出点阵字模数据，16，16，（3）
因此 每个字符占用
字节的存放顺序为从左 打开点阵字库文件 将文件指针从文件头向后移动 B，32 B。，到右 从上到下 如图 所示 点阵字库则主 个字节 然后使用文件读取函数读出字模 如使用、，（a）
。24 ×24 offset，要为了打印方便 一般采用以列为主的存储方式存放字 函数 点阵字库存在分辨率低和不能放大，Windows API。
模点阵 如图 所示 两个致命的缺点 其中 分辨率低导致不能反映字体形，（b）。
反映丰富多彩的字体 可以通过提高
Font[0]
Font[1] Font[69]，辨率 相较于其他字库 点阵字模原理
Font[2]
Font[3] Font[70]
容易 因此 其在大型显示屏等户外电。
。，状细节 也就不能
Font[0]
位图点数提高分
Font[1]
简单且使用非常，„
„
„
„，Font[31] Font[32] Font[2] Font[72] 子装置显示汉字时得到了广泛应用。
（a）16 点阵字模存储方式 1.4 汉字字模提取程序
图 字模存储方式 模提取程序的前面板
形化用户界面 用于设置输入数值和观
1.3 点
阵理
模提取程序的前面板如图 所示 它
（b）24 点阵字模存储方式 汉字字前面板是图字
库
原，察输出量 汉字字，（3
由汉字输入和汉字显示等几部分组成 只需要在汉字输
根据我国颁布的 信息交换用汉字编码字符集。
《 ―――
入窗口输入一个汉字 由 控件组成的矩阵就可以，）
计
算
区
位
码
基本集 汉字库中收集了 个汉字 其中 个 LED
》，6 763，3 755
为常用汉字 其余为次常用汉字 常用汉字按汉语拼音 模拟真实的 LED 显示元件显示所输入的汉字。。的顺序存放在前面 次常用汉字按偏旁部首的顺序存放，在最后 整个字库分 个区 每个区可存放 个汉字，94 94
或符号 各汉字或符号所在区即为区码 在区中的顺序，号则为位码 因而 通过区码和位码便可唯一地确定一
。，个汉字或符号 计算公式为，：
一个汉字或符号在字库中的顺序号 94 ×（区码-1）
+（位码-1）（1）
如果直接利用汉字的区位码作为编码存储 就会无，法区分是汉字还是西文字符 为此 对区位码作统一变，换后作为汉字的存储代码 即机内码 机内码与区位码。
之间的变换关系如下：
汉字字模提取程序的前面板
机内
码
高3
+160
机内码低位字节 位码 字模提取程序框图
+160 2
取程序基本流程为 在输入一个汉字
对于
点
阵
字
位
字
库
每节
个
汉
图
区
码（）汉字汉字字模提字
字
模
使
用 ：，32 B（16 bit×
后 得到该汉字的机内码 从而进一步计算得到该汉字
再由式
和式
可知 一个汉字字模在 点，bit），（1）（2），16
字模首字节在汉字库文件 中的位置 同时将一，阵字库中的起始位置可由式（3）求得： HZK16
× [（机内码高字节-161）×94 +（机内码低字节-个指明汉字库文件 HZK16 路径的常量送入 Open/Create/ 的 端口 将文件 打开并
161）]（3）Replace File VI file path。HZK16
得到文件的标识号 将文件 的标识号和得到的由于汉字库前
个区主要用于存放各种非汉字符。HZK16
号 有些汉字系统为了不同的需要进行了裁减 对此必 汉字字模首字节地址分别送入 Set File Position VI 的，端口和 端口 即指明了汉字字模在文件，须特别注意 应根据所选字库对式 进行适当修改 refnum offset，（3）。
中的起始位置 接着将得到的 送入读二进
同样 一个汉字字模在点阵字库中的起始位置应为 HZK16。refnum，24 ：
制文件节点 的 端口 同时
× [（机内码高字节-176）×94 +（机内码低字节-Read from Binary File VI file，161）]（4）在 count 端口指明读取的字节数量为 32。读二进制文件
库文件
HZK16
取
B
节点就会从汉字中 从得到的字模起始，（2）计算汉字点阵数据存储位置偏移量 位置开始连续读的数据 这样就得到了一个容，偏移量是指字模首字节距离文件头的相对位置 其。
量为 的数组 即输入汉字的点阵字模 然后利用一个
计算原理是 求出被检索汉字之前的汉字个数 再乘每 32。
：，循环 将一维数组的每个十六进制元素通过，个汉字所占的字节数 个 点阵字符所占字节数等 For Number
。1 n ×n
转化为布尔量 这个布尔量与应该
于 n ×n ÷ 8。如 16× 16 点阵占 32 B，其偏移量 offset 计算 To Boolean Array VI，式为： 是前后颠倒的，因此应将转化的布尔量数应用》 年第 卷第 期
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其流程图如 所示。
得到的布尔量《微型机与 中断程序主要用于接
收上位机传送的字模
信息 由于，LabVIEW
和下位机传递的数据
是 形式的 需要
，ASCII
转换为十六进制数。
采用中断的方式接收
数据可以提高数据传
输的时效性。
本文设计了基于
LabVIEW 和 FPGA 的
汉字显示屏 采
LED。
用 LabVIEW 编程方法
产生字模 通过串口，传递给 FPGA，简化了
编程 节省了 程，FPGA
序运行时间 不但能
图
汉字字模提取程序的框图，实现动态输入 还能，组通过 再一次颠倒 并通过转化 根据需要随时修改需要显示的内容 具有较高的实用价
Reverse
1D
Array VI，为
矩阵 送入前面板显示 程序框图如图 所示 值 而下位机系统主要采用了 技术 技术和
16× 16。4。FPGA、SoPC 系统硬件设计概述 Nios Ⅱ处理器技术。
虽然本设计只使用了一块 点阵 电路简，本文需要设计的 LED 控制系统是基于 Nios Ⅱ的嵌 16×16 LED 单 但是包含了 显示屏的电路基本原理和基本编，入式系LED，扩展 只需扩展，FPGA I/O
统 其扩展口 SDRAM RS232 Power 硬件平的，体系结构。接口 增
如图 所示 程思想 如要进行，加一些 点
台 5 阵和相关芯片 就能设计出面积更大 花，、LED
JTAG 通用IO SDRAM 控制器显示屏 实验结果表明 本文所设计的系
LED。，性较高 外围电路简单 硬件易升级 功
Avalon 构
控制系统的一个主要发展方向
样更多的统灵活性和可靠转
换
结，，能扩展性增强 是 UART
，LED。
Nios Ⅱ核 LED 控制器 Flash 存储器
LED 显示屏 外部Flash EPCS
嵌入式系统基础教程 北京 北京航空
[1].SOPC [M].：
图 基于 的 显示控制系统框图Nios Ⅱ LED 版社，参考文献 周立
功
航天大学出
2006.褚振勇 翁木云 设计及应用 西安 西安电子
由图 可知 该
显示控制系统大致可以分为 [2]..FPGA [M].：，LED
科技大学出版社，内部逻辑 存储器模块和外围元件
个部分 2002.FPGA、3。
内部逻辑在芯片内部实现 核心是 [3] Altera Corporation.QuartusII version6.0 handbook [EB/OL].，FPGA FPGA Nios Ⅱ
.2006.核 它集成了 总线控制器 片内存储器 内部定，Avalon、、杨乐程序设计与应用 第 版 北京
[4].LabVIEW（2）[M].：
平 时器 与外围设备的接口等 在 中首、CPU，SoPC Builder
电子工业出版社，2005.要设计的就是
FPGA
编程与虚拟仪器设计
[5].LabVIEW [M].存。北京 清华开始 ：
侯国屏内部逻辑
储器模块由外接的 Flash、SRAM
大学出版社
2005.及 组成 由于现有的 FPGA
SDRAM。
（收稿日期：2011-10-12）
FPGA 还不能集成大容量的存储
器 需要外扩 及 配置，在上位机界面输入汉字存储，启动工程，Flash SDRAM
汉字点阵化 作者简介：
器。
王水鱼 男 年生 本科 副教授 主要研究方向
下
位
机
存
储
汉
字
信息，1954，，：控制系统的软件设计 信号采集系统与电子测量。
软件程序主要由初始化 主 LED 点阵屏显示信息、王淼 女 年生 硕士 主要研究方向 信号采集系，1985，：
程序 中断程序等构成 采用汇编、，语言编写。主程序用于 LED 显示，《微型机与应用》
欢迎网上投稿 19
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结束 图
统与电子测量。系统主程序流程图
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