單片機(jī)處理LED點(diǎn)陣書寫屏圖像拖移方法

戴 娟，孫亞中

DAI Juan1, SUN Ya-zhong2

（1. 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣與電子工程學(xué)院，南京 210046；2. 中國(guó)電子科技集團(tuán) 第五十五研究所，南京 210046）

0 引言

LED顯示屏已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)社會(huì)中，許多從事該行業(yè)的人員都經(jīng)歷過(guò)相應(yīng)編程設(shè)計(jì)，但在LED顯示屏實(shí)現(xiàn)書寫顯示功能方面，涉及的人員并不多，相關(guān)資料也很少，特別是用單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)LED顯示屏中較復(fù)雜功能——圖像拖移方面的處理編程，觸及的人員和可查資源就更少。

早期在一個(gè)N×N點(diǎn)陣LED書寫屏中，用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)完成任意圈定圖像拖移的功能編程時(shí)，采用圈定圖像地址中顯示數(shù)據(jù)的搬家、覆蓋，出現(xiàn)再次移動(dòng)時(shí)會(huì)將原顯示圖形修改，移動(dòng)過(guò)的區(qū)域圖像，會(huì)出現(xiàn)拖動(dòng)痕跡，即移動(dòng)區(qū)域的圖形不能恢復(fù)的問(wèn)題。本文給出了一個(gè)用51單片機(jī)控制系統(tǒng)，借助C語(yǔ)言中的動(dòng)態(tài)數(shù)組完成移動(dòng)圈定圖形，并能將拖移過(guò)的軌跡消除，恢復(fù)原圖形的功能設(shè)計(jì)方法構(gòu)思及相應(yīng)程序。

1 設(shè)計(jì)方法

LED點(diǎn)陣書寫顯示屏結(jié)構(gòu)分：點(diǎn)陣模塊，光筆控制器，圖像控制器。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖2(a)中光敏電陰與三個(gè)運(yùn)放器構(gòu)成光筆；圖2(b)中使用STC12C5410單片機(jī)作控制核心，74HC161與74HC245作譯碼驅(qū)動(dòng)，共同產(chǎn)生LED點(diǎn)陣屏的行譯碼信號(hào)，LED的列信號(hào)則由單片機(jī)的端口P1.5串行輸出。

圖1 LED點(diǎn)陣書寫顯示屏

圖像拖移的處理步驟主要有：對(duì)圖像圈定點(diǎn)的處理、對(duì)圈內(nèi)圖像坐標(biāo)點(diǎn)的處理和顯示圖像數(shù)據(jù)的移動(dòng)。

1.1 處理步驟

1）對(duì)圖像圈定點(diǎn)的處理：把圈上的點(diǎn)按照行進(jìn)行排序，取出列坐標(biāo)的最大值和最小值。

2）對(duì)圈內(nèi)圖像坐標(biāo)點(diǎn)的處理：上一步取出的行和列坐標(biāo)的最大值和最小值可以構(gòu)成一個(gè)矩形，把矩形內(nèi)的地址進(jìn)行坐標(biāo)化并存入數(shù)組。

3）顯示圖像數(shù)據(jù)移動(dòng)：上述兩步執(zhí)行后，光筆觸及屏上的第一點(diǎn)（x1，y1）定為基準(zhǔn)點(diǎn)，第二點(diǎn)（x2,y2） 為結(jié)束點(diǎn)，隨著光筆移動(dòng)，而前面被圈中的點(diǎn)跟隨基準(zhǔn)點(diǎn)移動(dòng)，當(dāng)單片機(jī)處理速度比較高時(shí)，人眼就可察覺(jué)拖移的效果。

圖2 控制器原理圖

圖3 LED點(diǎn)陣圖像顯示數(shù)據(jù)區(qū)結(jié)構(gòu)原理圖

1.2 圖像控制器編程

單片機(jī)軟件編程中針對(duì)圖像拖動(dòng)顯示功能要求，開辟了三個(gè)顯示數(shù)據(jù)RAM區(qū)，如圖3，其中顯示數(shù)據(jù)區(qū)DDS和原圖像數(shù)據(jù)區(qū)OIS為與屏體相關(guān)的、同樣大小的靜態(tài)數(shù)組[a][b]，圈定對(duì)象圖像區(qū)MIS數(shù)據(jù)則應(yīng)根據(jù)程序員習(xí)慣來(lái)構(gòu)建。

1.3 拖動(dòng)軌跡處理

關(guān)鍵是原顯示圖像數(shù)據(jù)不能被拖動(dòng)過(guò)的顯示圖像數(shù)據(jù)修改?？梢圆捎迷赟RAM 中開辟同屏幕同大小的顯示緩存，用來(lái)保存原圖像數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)只有在調(diào)用新的顯示圖像時(shí)才被修改。

LED點(diǎn)陣顯示時(shí)，利用顯示指針?biāo)傅牡刂放c移動(dòng)圖像地址比較，當(dāng)在該移動(dòng)區(qū)域內(nèi)則調(diào)用該區(qū)域數(shù)據(jù)，超出該移動(dòng)區(qū)域則調(diào)用原顯示圖像數(shù)據(jù)。

數(shù)組構(gòu)建：1）顯示數(shù)據(jù)區(qū)DDS(對(duì)應(yīng)顯示數(shù)據(jù)數(shù)組DDS[a][b]）

3.4 抗細(xì)菌生物膜 細(xì)菌生物膜是指細(xì)菌侵入人體后形成的由細(xì)菌及其分泌的含水聚合性基質(zhì)共同組成的膜樣多細(xì)菌復(fù)合體，是細(xì)菌繁殖及對(duì)抗宿主的一種方式。細(xì)菌形成生物膜后其耐藥性是游離狀態(tài)的 500～1 000 倍，可使細(xì)菌逃避宿主的體液免疫及細(xì)胞免疫反應(yīng)。MA 主要通過(guò)以下 2 個(gè)方面發(fā)揮抗細(xì)胞生物膜作用：（1）減少生物膜形成期藻酸鹽等物質(zhì)的含量；（2）于細(xì)胞生物膜的Ⅰ基因區(qū)發(fā)揮作用，通過(guò)降低酰基絲氨酸內(nèi)脂酶濃度、抑制細(xì)菌群體感應(yīng)等功能破壞已生成的生物膜[25]。

2）原圖像數(shù)據(jù)區(qū)OIS(對(duì)應(yīng)顯示數(shù)據(jù)數(shù)組OIS[a][b])

3）圈定圖形數(shù)據(jù)區(qū)MIS有兩種方法：靜態(tài)區(qū)，動(dòng)態(tài)區(qū)?？紤]到靜態(tài)區(qū)的程序處理雖簡(jiǎn)單，但占用資源大；而動(dòng)態(tài)區(qū)程序處理復(fù)雜，但資源重復(fù)利用率較高。我們采用構(gòu)建動(dòng)態(tài)數(shù)組，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)數(shù)組unsigned char xdata *pdat。

所有數(shù)組中的數(shù)據(jù)均以二進(jìn)制形式與LED 點(diǎn)陣一一對(duì)應(yīng)。

2 軟件模塊設(shè)計(jì)

2.1 軟件流程圖

如圖4 所示。

圖4 圖像拖移軟件流程

2.2 過(guò)程實(shí)現(xiàn)

1）通過(guò)控制器采用亮點(diǎn)掃描方式獲取光筆所在的行列x、y坐標(biāo)，將該數(shù)據(jù)按照先x后y順序存入一維動(dòng)態(tài)數(shù)組paddr [n]，即n為偶數(shù)為x坐標(biāo)，n為奇數(shù)為y坐標(biāo)建立初始的移動(dòng)區(qū)域地址坐標(biāo)數(shù)組。

2）利用冒泡法[1]或三目運(yùn)算（x = (x＜y)? x：y和x = (x＞y)? x：y) )在paddr [ ]中找出最大、最小行xmax、 xmin。

3）建立移動(dòng)圖形地址數(shù)組pp[ ][ ],從xmin到xmax， 根據(jù)x依次遞增排序，在數(shù)組paddr[ ]找出同x值時(shí)列y坐標(biāo)，將y值大者送pp [1][x-xmin]，值小者送pp [0][x-xmin]。

4）根據(jù)移動(dòng)圖形地址數(shù)組pp [ ][ ]和原始圖形數(shù)據(jù)數(shù)組OIS [a][b]，建立移動(dòng)圖形數(shù)據(jù)數(shù)組pdat[],行為從xmin到xmax依次增加，只需要保存列數(shù)據(jù)。

5）接收光筆移動(dòng)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，處理需移動(dòng)的偏移值xl=x2-x1、yl=y2-y1，根據(jù)偏移值修改移動(dòng)圖形地址數(shù)組pp [ ][ ]。

6）根據(jù)移動(dòng)圖形地址數(shù)組pp [ ][ ]、移動(dòng)圖形數(shù)據(jù)數(shù)組pdat [ ]和原圖形數(shù)據(jù)數(shù)組OIS [ ][ ],構(gòu)建顯示圖形數(shù)據(jù)數(shù)組DDS [ ][ ]。

顯然在1.1中提及對(duì)圖像圈定點(diǎn)的處理是通過(guò)1）、2）過(guò)程完成，對(duì)圈內(nèi)圖像坐標(biāo)點(diǎn)的處理是通過(guò)3）過(guò)程完成，顯示圖像數(shù)據(jù)的移動(dòng)通過(guò)4）、5）、6）過(guò)程完成。

3 結(jié)束語(yǔ)

利用STC12C5410單片機(jī)控制一個(gè)a×b×8點(diǎn)陣LED模塊的書寫顯示屏系統(tǒng)，借助少許按鍵，實(shí)現(xiàn)圈定圖像拖移功能。該方法已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際工程項(xiàng)目中。

在應(yīng)用中還遇到：圈定的圖形不是封閉的，我們一般采用根據(jù)上下數(shù)據(jù)找出數(shù)據(jù)規(guī)律，上下坐標(biāo)值對(duì)稱求平均值[4]，人為設(shè)定閉合點(diǎn)；圈定的圖形是多拐點(diǎn)，對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)處理不能完全象C++語(yǔ)言那樣方便，比較復(fù)雜，我們也采用了光滑不等距插值算法[5]，對(duì)于LED顯示屏這種分辨率不高的顯示，效果也可以。

[1]Robert Sedgewick. 周良中譯, C算法[M], 人民郵電出版社, 2004.

[2]譚浩強(qiáng), C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)[M], 清華大學(xué)出版社, 2008.

[3]劉文濤, 單片機(jī)語(yǔ)言C51典型應(yīng)用設(shè)計(jì)[M], 人民郵電出版社, 2005.

[4]尹彥芝, C語(yǔ)言常用算法與子程序[M], 清華大學(xué)出版社,1991.

[5]徐士良, C常用算法程序集[M], 清華大學(xué)出版社, 1994.