LCD—液晶显示中英文

本节主要介绍以下内容：

字符编码

字模

各种模式的液晶显示字符实验

本节字符编码说明参考网站

字符编码及转换测试：导航菜单 - 千千秀字

Unicode官网：http://www.unicode.org。

一、字符编码

由于计算机只能识别0和1，文字也只能以0和1的形式在计算机里存储，所以我们需要对文字进行编码才能让计算机处理，编码的过程就是规定特定的01数字串来表示特定的文字，最简单的字符编码例子是ASCII码。

1.1 ASCII编码

在程序设计中使用ASCII编码表约定了一些控制字符、英文及数字。它们在存储器中，本质也是二进制数，只是我们约定这些二进制数可以表示某些特殊意义，如以ASCII编码解释数字“0x41”时，它表示英文字符“A”。

1.1.1 ASCII编码表

十进制	十六进制	缩写/字符	解释
0	0	NUL(null)	空字符
1	1	SOH(start of headline)	标题开始
2	2	STX (start of text)	正文开始
3	3	ETX (end of text)	正文结束
4	4	EOT (end of transmission)	传输结束
5	5	ENQ (enquiry)	请求
6	6	ACK (acknowledge)	收到通知
7	7	BEL (bell)	响铃
8	8	BS (backspace)	退格
9	9	HT (horizontal tab)	水平制表符
10	0A	LF (NL line feed, new line)	换行键
11	0B	VT (vertical tab)	垂直制表符
12	0C	FF (NP form feed, new page)	换页键
13	0D	CR (carriage return)	回车键
14	0E	SO (shift out)	不用切换
15	0F	SI (shift in)	启用切换
16	10	DLE (data link escape)	数据链路转义
17	11	DC1 (device control 1)	设备控制1
18	12	DC2 (device control 2)	设备控制2
19	13	DC3 (device control 3)	设备控制3
20	14	DC4 (device control 4)	设备控制4
21	15	NAK (negative acknowledge)	拒绝接收
22	16	SYN (synchronous idle)	同步空闲
23	17	ETB (end of trans. block)	传输块结束
24	18	CAN (cancel)	取消
25	19	EM (end of medium)	介质中断
26	1A	SUB (substitute)	替补
27	1B	ESC (escape)	换码(溢出)
28	1C	FS (file separator)	文件分割符
29	1D	GS (group separator)	分组符
30	1E	RS (record separator)	记录分离符
31	1F	US (unit separator)	单元分隔符

十进制	十六进制	缩写/字符	解释
0	0	NUL(null)	空字符
1	1	SOH(start of headline)	标题开始
2	2	STX (start of text)	正文开始
3	3	ETX (end of text)	正文结束
4	4	EOT (end of transmission)	传输结束
5	5	ENQ (enquiry)	请求
6	6	ACK (acknowledge)	收到通知
7	7	BEL (bell)	响铃
8	8	BS (backspace)	退格
9	9	HT (horizontal tab)	水平制表符
10	0A	LF (NL line feed, new line)	换行键
11	0B	VT (vertical tab)	垂直制表符
12	0C	FF (NP form feed, new page)	换页键
13	0D	CR (carriage return)	回车键
14	0E	SO (shift out)	不用切换
15	0F	SI (shift in)	启用切换
16	10	DLE (data link escape)	数据链路转义
17	11	DC1 (device control 1)	设备控制1
18	12	DC2 (device control 2)	设备控制2
19	13	DC3 (device control 3)	设备控制3
20	14	DC4 (device control 4)	设备控制4
21	15	NAK (negative acknowledge)	拒绝接收
22	16	SYN (synchronous idle)	同步空闲
23	17	ETB (end of trans. block)	传输块结束
24	18	CAN (cancel)	取消
25	19	EM (end of medium)	介质中断
26	1A	SUB (substitute)	替补
27	1B	ESC (escape)	换码(溢出)
28	1C	FS (file separator)	文件分割符
29	1D	GS (group separator)	分组符
30	1E	RS (record separator)	记录分离符
31	1F	US (unit separator)	单元分隔符

54	36	6		102	66	f
55	37	7		103	67	g
56	38	8		104	68	h
57	39	9		105	69	i
58	3A	:		106	6A	j
59	3B	;		107	6B	k
60	3C	<		108	6C	l
61	3D	=		109	6D	m
62	3E	>		110	6E	n
63	3F	?		111	6F	o
64	40	@		112	70	p
65	41	A		113	71	q
66	42	B		114	72	r
67	43	C		115	73	s
68	44	D		116	74	t
69	45	E		117	75	u
70	46	F		118	76	v
71	47	G		119	77	w
72	48	H		120	78	x
73	49	I		121	79	y
74	4A	J		122	7A	z
75	4B	K		123	7B	{
76	4C	L		124	7C	|
77	4D	M		125	7D	}
78	4E	N		126	7E	~
79	4F	O		127	7F	DEL (delete) 删除

ASCII码表分为两部分，第一部分是控制字符或通讯专用字符，它们的数字编码从0~31，它们并没有特定的图形显示，但会根据不同的应用程序，而对文本显示有不同的影响。ASCII码的第二部分包括空格、阿拉伯数字、标点符号、大小写英文字母以及“DEL（删除控制）”，这部分符号的数字编码从32~127，除最后一个DEL符号外，都能以图形的方式来表示，它们属于传统文字书写系统的一部分。

后来，计算机引进到其它国家的时候，由于他们使用的不是英语，他们使用的字母在ASCII码表中没有定义，所以他们采用127号之后的位来表示这些新的字母，还加入了各种形状，一直编号到255。从128到255这些字符被称为ASCII扩展字符集。至此基本存储单位Byte(char)能表示的编号都被用完了。

1.2. GB2312标准

我国首先定义的是GB2312标准。它把ASCII码表127号之后的扩展字符集直接取消掉，并规定小于127的编码按原来ASCII标准解释字符。当2个大于127的字符连在一起时，就表示1个汉字，第1个字节使用 (0xA1-0xFE) 编码，第2个字节使用(0xA1-0xFE)编码，这样的编码组合起来可以表示了7000多个符号，其中包含6763个汉字。在这些编码里，我们还把数学符号、罗马字母、日文假名等都编进表中，就连原来在ASCII里原本就有的数字、标点以及字母也重新编了2个字节长的编码，这就是平时在输入法里可切换的“全角”字符，而标准的ASCII码表中127号以下的就被称为“半角”字符。

下表说明了GB2312是如何兼容ASCII码的，当我们设定系统使用GB2312标准的时候，它遇到一个字符串时，会按字节检测字符值的大小，若遇到连续两个字节的数值都大于127时就把这两个连续的字节合在一起，用GB2312解码，若遇到的数值小于127，就直接用ASCII把它解码。

第1字节	第2字节	表示的字符	说明
0x68	0x69	(hi)	两个字节的值都小于127(0x7F)， 使用ASCII解码
0xB0	0xA1	(啊)	两个字节的值都大于127(0x7F)， 使用GB2312解码

区位码

在GB2312编码的实际使用中，有时会用到区位码的概念。GB2312编码对所收录字符进行了“分区”处理，共94个区，每区含有94个位，共8836个码位。而区位码实际是GB2312编码的内部形式，它规定对收录的每个字符采用两个字节表示，第一个字节为“高字节”，对应94个区；第二个字节为“低字节”，对应94个位。所以它的区位码范围是：0101-9494。为兼容ASCII码，区号和位号分别加上0xA0偏移就得到GB2312编码。在区位码上加上0xA0偏移，可求得GB2312编码范围：0xA1A1－0xFEFE，其中汉字的编码范围为0xB0A1-0xF7FE，第一字节0xB0-0xF7（对应区号：16－87），第二个字节0xA1-0xFE（对应位号：01－94）。 

例如，“啊”字是GB2312编码中的第一个汉字，它位于16区的01位，所以它的区位码就是1601，加上0xA0偏移，其GB2312编码为0xB0A1。其中区位码为0101的码位表示的是“空格”符。

1.3. GBK编码

据统计，GB2312编码中表示的6763个汉字已经覆盖中国大陆99.75%的使用率，单看这个数字已经很令人满意了，但是不能因为那些文字不常用就不让它进入信息时代，而且生僻字在人名、文言文中的出现频率是非常高的。

 为此我们在GB2312标准的基础上又增加了14240个新汉字(包括所有后面介绍的Big5中的所有汉字)和符号，这个方案被称为GBK标准。增加这么多字符，按照GB2312原来的格式来编码，2个字节已经存储不下，我们的程序员修改了一下格式，不再要求第2个字节的编码值必须大于127，只要第1个字节大于127就表示这是一个汉字的开始，这样就做到兼容ASCII和GB2312标准了。

说明了GBK是如何兼容ASCII和GB2312标准的，当我们设定系统使用GBK标准的时候，它按顺序遍历字符串，按字节检测字符值的大小，若遇到一个字符的值大于127时，就再读取它后面的一个字符，把这两个字符值合在一起，用GBK解码，解码完后，再读取第3个字符，重新开始以上过程，若该字符值小于127，则直接用ASCII解码。

第1字节	第2字节	第3字节	表示的字符	说明
0x68(<7F)	0xB0(>7F)	0xA1(>7F)	(h啊)	第1个字节小于127，使用ASCII解码， 每2个字节大于127，直接使用GBK解码 ，兼容GB2312
0xB0(>7F)	0xA1(>7F)	0x68(<7F)	(啊h)	第1个字节大于127，直接使用GBK码 解释，第3个字节小于127，使用ASCII 解码
0xB0(>7F)	0x56(<7F)	0x68(<7F)	(癡h)	第1个字节大于127，第2个字节虽然小 于127，直接使用GBK解码，第3个字节 小于127，使用ASCII解码

1.4. GB18030

随着计算机技术的普及，我们后来又在GBK的标准上不断扩展字符，这些标准被称为GB18030，如GB18030-2000、GB18030-2005等(“-”号后面的数字是制定标准时的年号)，GB18030的编码使用4个字节，它利用前面标准中的第2个字节未使用的“0x30-0x39”编码表示扩充四字节的后缀，兼容GBK、GB2312及ASCII标准。

GB18030-2000主要在GBK基础上增加了“CJK(中日韩)统一汉字扩充A”的汉字。加上前面GBK的内容，GB18030-2000一共规定了27533个汉字（包括部首、部件等）的编码，还有一些常用非汉字符号。

  GB18030-2005的主要特点是在GB18030-2000基础上增加了“CJK(中日韩)统一汉字扩充B”的汉字。增加了42711个汉字和多种我国少数民族文字的编码（如藏、蒙古、傣、彝、朝鲜、维吾尔文等）。加上前面GB18030-2000的内容，一共收录了70244个汉字。

1.5 各个标准的对比说明

GB2312、GBK及GB18030是汉字的国家标准编码，新版向下兼容旧版，各个标准简要说明见下表，目前比较流行的是GBK编码，因为每个汉字只占用2个字节，而且它编码的字符已经能满足大部分的需求，但国家要求一些产品必须支持GB18030标准。

1.6. Big5编码

在台湾、香港等地区，使用较多的是Big5编码，它的主要特点是收录了繁体字。而从GBK编码开始，已经把Big5中的所有汉字收录进编码了。即对于汉字部分，GBK是Big5的超集，Big5能表示的汉字，在GBK都能找到那些字相应的编码，但他们的编码是不一样的，两个标准不兼容，如GBK中的“啊”字编码是“0xB0A1”，而Big5标准中的编码为“0xB0DA”。

主要做嵌入式的同学学习到这就可以了，因为我们平时用的主要就是GB2312/GBK.

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1.7 Unicode字符集和编码

由于各个国家或地区都根据使用自己的文字系统制定标准，同一个编码在不同的标准里表示不一样的字符，各个标准互不兼容，而又没有一个标准能够囊括所有的字符，即无法用一个标准表达所有字符。国际标准化组织(ISO)为解决这一问题，它舍弃了地区性的方案，重新给全球上所有文化使用的字母和符号进行编号，对每个字符指定一个唯一的编号(ASCII中原有的字符编号不变)，这些字符的号码从0x000000到0x10FFFF，该编号集被称为Universal Multiple-Octet Coded Character Set，简称UCS，也被称为Unicode。最新版的Unicode标准还包含了表情符号(聊天软件中的部分emoji表情)，可访问Unicode官网了解：http://www.unicode.org。

  Unicode字符集只是对字符进行编号，但具体怎么对每个字符进行编码，Unicode并没指定，因此也衍生出了如下几种unicode编码方案(Unicode Transformation Format)。

1.7.1 UTF-32

对Unicode字符集编码，最自然的就是UTF-32方式了。编码时，它直接对Unicode字符集里的每个字符都用4字节来表示，转换方式很简单，直接将字符对应的编号数字转换为4字节的二进制数。

  由于UTF-32把每个字符都用要4字节来存储，因此UTF-32不兼容ASCII编码，也就是说ASCII编码的文件用UTF-32标准来打开会成为乱码。

字符	GBK编码	Unicode编号	UTF-32编码
A	0x41	0x0000 0041	大端格式0x0000 0041
啊	0xB0A1	0x0000 554A	大端格式0x0000 554A

对UTF-32数据进行解码的时候，以4个字节为单位进行解析即可，根据编码可直接找到Unicode字符集中对应编号的字符。

  UTF-32的优点是编码简单，解码也很方便，读取编码的时候每次都直接读4个字节，不需要加其它的判断。它的缺点是浪费存储空间，大量常用字符的编号只需要2个字节就能表示。其次，在存储的时候需要指定字节顺序，是高位字节存储在前(大端格式)，还是低位字节存储在前(小端格式)。

1.7.2 UTF-16

针对UTF-32的缺点，人们改进出了UTF-16的编码方式，它采用2字节或4字节的变长编码方式(UTF-32定长为4字节)。对Unicode字符编号在0到65535的统一用2个字节来表示，将每个字符的编号转换为2字节的二进制数，即从0x0000到0xFFFF。而由于Unicode字符集在0xD800-0xDBFF这个区间是没有表示任何字符的，所以UTF-16就利用这段空间，对Unicode中编号超出0xFFFF的字符，利用它们的编号做某种运算与该空间建立映射关系，从而利用该空间表示4字节扩展，感兴趣的读者可查阅相关资料了解具体的映射过程。

字符	GB18030编码	Unicode编号	UTF-16编码
A	0x41	0x0000 0041	大端格式0x0041
啊	0xB0A1	0x0000 554A	大端格式0x554A
	0x9735 F832	0x0002 75CC	大端格式0xD85D DDCC

注： 五笔：TLHH(不支持GB18030码的输入法无法找到该字，感兴趣可搜索它的Unicode编号找到) 

UTF-16解码时，按两个字节去读取，如果这两个字节不在0xD800到0xDFFF范围内，那就是双字节编码的字符，以双字节进行解析，找到对应编号的字符。如果这两个字节在0xD800到 0xDFFF之间，那它就是四字节编码的字符，以四字节进行解析，找到对应编号的字符。

UTF-16编码的优点是相对UTF-32节约了存储空间，缺点是仍不兼容ASCII码，仍有大小端格式问题。

1.7.3 UTF-8

UTF-8是目前Unicode字符集中使用得最广的编码方式，目前大部分网页文件已使用UTF-8编码，如使用浏览器查看百度首页源文件，可以在前几行HTML代码中找到如下代码：

equiv=Content-Type content="text/html;charset=utf-8">

其中“charset”等号后面的“utf-8”即表示该网页字符的编码方式UTF-8。 

UTF-8也是一种变长的编码方式，它的编码有1、2、3、4字节长度的方式，每个Unicode字符根据自己的编号范围去进行对应的编码。它的编码符合以下规律：

• 对于UTF-8单字节的编码，该字节的第1位设为0(从左边数起第1位，即最高位)，剩余的位用来写入字符的Unicode编号。即对于Unicode编号从0x0000 0000-0x0000 007F的字符，UTF-8编码只需要1个字节，因为这个范围Unicode编号的字符与ASCII码完全相同，所以UTF-8兼容了ASCII码表。
• 对于UTF-8使用N个字节的编码(N>1)，第一个字节的前N位设为1，第N+1位设为0，后面字节的前两位都设为10，这N个字节的其余空位填充该字符的Unicode编号，高位用0补足。

Unicode(16进制)	UTF-8（2进制）
编号范围	第一字节	第二字节	第三字节	第四字节	第五字节
00000000-0000007F	0xxxxxxx
00000080-000007FF	110xxxxx	10xxxxxx
00000800-0000FFFF	1110xxxx	10xxxxxx	10xxxxxx
00010000-0010FFFF	11110xxx	10xxxxxx	10xxxxxx	10xxxxxx
…	111110xx	10xxxxxx	10xxxxxx	10xxxxxx	10xxxxxx

UTF-8解码的时候以字节为单位去看，如果第一个字节的bit位以0开头，那就是ASCII字符，以单字节进行解析。如果第一个字节的数据位以“110”开头，就按双字节进行解析，3、4字节的解析方法类似。

  UTF-8的优点是兼容了ASCII码，节约空间，且没有字节顺序的问题，它直接根据第1个字节前面数据位中连续的1个数决定后面有多少个字节。不过使用UTF-8编码汉字平均需要3个字节，比GBK编码要多一个字节。

二、什么是字模

有了编码，我们就能在计算机中处理、存储字符了，但是如果计算机处理完字符后直接以编码的形式输出，人类将难以识别。因此计算机与人交互时，一般会把字符转化成人类习惯的表现形式进行输出，如显示、打印的时候。

但是如果仅有字符编码，计算机还不知道该如何表达该字符，因为字符实际上是一个个独特的图形，计算机必须把字符编码转化成对应的字符图形人类才能正常识别，因此我们要给计算机提供字符的图形数据，这些数据就是字模，多个字模数据组成的文件也被称为字库。计算机显示字符时，根据字符编码与字模数据的映射关系找到它相应的字模数据，液晶屏根据字模数据显示该字符。

2.1 字模的构成

已知字模是图形数据，而图形在计算机中是由一个个像素点组成的，所以字模实质是一个个像素点数据。为方便处理，我们把字模定义成方块形的像素点阵，且每个像素点只有0和1这两种状态(可以理解为单色图像数据)。

下图两个宽、高为16x16的像素点阵组成的两个汉字图形，其中的黑色像素点即为文字的笔迹。计算机要表示这样的图形，只需使用16x16个二进制数据位，每个数据位记录一个像素点的状态，把黑色像素点以“1”表示，无色像素点以“0”表示即可。这样的一个汉字图形，使用16x16/8=32个字节来就可以记录下来。

 16x16的“字”的字模数据以C语言数组的方式表示，见下面的代码，在这样的字模中，以两个字节表示一行像素点，16行构成一个字模。

2.2 字模显示原理

如果使用LCD的画点函数，按位来扫描这些字模数据，把为1的位以黑色来显示(也可以使用其它颜色)，为0的数据位以白色来显示，即可把整个点阵还原出来，显示在液晶屏上。

为方便讲解，编写一个使用串口printf利用字模打印字符到串口上位机的实验，

代码：

/*阴码*/
uint8_t test_modul[] = 
{0x02,0x00,0x01,0x00,0x7F,0xFE,0x40,0x02,
0x80,0x04,0x1F,0xE0,0x00,0x40,0x00,0x80,
0x01,0x00,0xFF,0xFE,0x01,0x00,0x01,0x00,
0x01,0x00,0x01,0x00,0x05,0x00,0x02,0x00};/* 字 */

///*阳码*/
//uint8_t test_modul[] = 
//{0xFD,0xFF,0xFE,0xFF,0x80,0x01,0xBF,0xFD,
//	0x7F,0xFB,0xE0,0x1F,0xFF,0xBF,0xFF,0x7F,
//	0xFE,0xFF,0x00,0x01,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,
//0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xFA,0xFF,0xFD,0xFF}; /*"字",0*/


void Display_char_test(void)
{
	uint8_t row_count,byte_count,bit_count;
	
	for(row_count=0;row_count < 16;row_count++ )
	{
		printf("\n");
		for(byte_count=0;byte_count<2;byte_count++)
		{
			for(bit_count=0;bit_count<8;bit_count++)
			{
				if(test_modul[row_count*2+byte_count] & (0x80>>bit_count) )
				{
					printf("*");
				}
				else
				{
					printf(" ");
				}			
			}		
		}		
	}

}

实验效果如下：

2.3  如何制作字模

为方便使用，需要制作所有常用字符的字模，如程序只需要英文显示，那就需要制作包含ASCII码表中所有字符的字模，如程序只需要使用一些常用汉字，则可以选择制作GB2312编码里所有字符的字模，而且希望字模数据与字符编码有固定的映射关系，以便我们在程序中使用字符编码作为索引，查找字模。

  在网上搜索可找到一些制作字模的软件工具，可满足这些需求。在我们提供的《LCD—液晶显示汉字》的工程目录下提供了一个取模软件“PCtoLCD”，这里以它为例讲解如何制作字模，其它字模软件也是类似的。

• 配置字模格式，打开取模软件，点击“选项”菜单，会弹出一个对话框。

• 选项“点阵格式”中的阴、阳码是指字模点阵中有笔迹像素位的状态是“1”还是“0”，像我们前文介绍的那种就是阴码，反过来就是阳码。本工程中使用阴码。
• 选项“取模方式”是指字模图形的扫描方向，修改这部分的设置后，选项框的右侧会有相应的说明及动画显示，这里我们依然按前文介绍的字模类型，把它配置成“逐行式”
• 选项“每行显示的数据”里我们把点阵和索引都配置成16，设置这个点阵的像素大小为16x16。
• 字模选项的格式保持不变，设置完我们点击确定即可，字模选项的这些配置会影响到显示代码的编写方式。 

（阴码和阳码的区别，有笔记的地方是1   没有笔记地方1，是阳码）

•  生成GB2312字模

配置完字模选项后，点击软件中的导入文本图标，会弹出一个“生成字库”的对话框，点击右下角的生成国标汉字库按钮即可生成包含了GB2312编码里所有字符的字模文件。

  在《LCD—液晶显示汉字》的工程目录下的《GB2312_H1616.FON》是我们用这个取模软件生成的字模原文件，若不想自己制作字模，可直接使用该文件。

字模寻址公式

        使用字模软件制作的字模数据一般会按照编码格式排列。如我们利用以上软件生成的字模文件《GB2312_H1616.FON》中的数据，是根据GB2312的区位码表的顺序存储的，它存储了区位码为0101-9494的字符，每个字模的大小为16x16/8=36字节。其中第一个字符“空格”的区位码为0101，它是首个字符，所以文件的前36字节存储的是它的字模数据；同理，36-72字节存储的则是0102字符“、”的字模数据。所以我们可以导出任意字符的寻址公式:

  Addr = (((CodeH-0xA0-1)*94) +(CodeL-0xA0-1))*16*16/8

        其中CodeH和CodeL分别是GB2312编码的第一字节和第二字节；94是指一个区中有94个位(即94个字符)。公式的实质是根据字符的GB2312编码，求出区位码，然后区位码乘以每个字符占据的字节数，求出地址偏移。

        上面生成的《GB2312_H1616.FON》文件的大小为576KB，比很多STM32芯片内部的所有FLASH空间都大，如果我们还是在程序中直接以C语言数组的方式存储字模数据，STM32芯片的程序空间会非常紧张，一般的做法是把字模数据存储到外部存储器，如SD卡或SPI-FLASH芯片，当需要显示某个字符时，控制器根据字符的编码算好字模的存储地址，再从存储器中读取，而FLASH芯片在生产前就固化好字模内容，然后直接把FLASH芯片贴到电路板上，作为整个系统的一部分。