字模介绍

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。

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。

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，实验效果如下：

LCD像素点显示字模正是运用了这个原理。

字模制作

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。下面以一取模软件“PCtoLCD”为例讲解如何制作字模，其它字模软件也是类似的。

如何制作字模

（1）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，该设置会改变生成的字模数据位数的顺序，我们一般把它配置成“逐行式”
取模走向，分为顺向（低位在前）和逆向（高位在前），此设置不影响不影响生成的字模数据位数的顺序，只是字模软件生成字体位序的不同，我们可任意设置
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。

（2）生成ASCII字模

使用取模软件生成ASCII字库步骤如下

使用Sublime text 3

先打开索引文件，发现文件末尾默认添加了一个结束符，我们必须要删掉

再打开字模文件，自动以16进制形式打开，全选之后使用ctrl+shift+L可以进行所有行同时光标操作，添加0x和','

我们打开野火提供的两个ASCII文件

发现除了删除了文末结束符还删除了ASCII码前面32个无意义的字符，从0x20的“ ”空格开始表示

（3）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。

由于区位码0000没有存储任何字符，第一个字符的区位码是0101，编码是0xA1A1，所以字符的高字节减去0xA0再减1，区码偏移量；字符的低字节减去0xA0再减1算出位码偏移量；最后乘字节数16*16/8就得到了该字符在字符数组中的起始下标。

存储字模文件

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。