[嵌入式]串口传输文件练习、汉字点阵学习

一、串口传输文件

1、串口连接

串口连线，用杜邦线将两个usb转TTL模块连接起来并且usb接口连接电脑。
连接方法为：两个USB转TTL模块连接方式为：RXD->TXD 、 TXD->RXD.进行电平转换。如图所示。

USB转TTL模块的作用就是把电平转换到双方都能识别进行通信。
单片机通信接口的电平逻辑和PC机通信接口的电平逻辑不同，PC机上的通信接口有USB接口，相应电平逻辑遵照USB原则；还有DB9接口（九针口），相应电平逻辑遵照RS-232原则。
单片机上的串行通信通过单片机的RXD、TXD、VCC、GND四个引脚，相应电平逻辑遵照TTL原则。

2、文件传输及接收

使用串口调试助手完成文件的传输与接收。
（1）波特率为115200。
① 串口发送文件，如图所示。

对方接收成功，如图所示。

预计时间约为4s，实际接收时间为7.60s。图片大小为47.8KB
②串口接收文件，如图所示。
保存数据文件，并将.dat文件格式改为.ipg格式，并打开文件，如图所示。

对方发送文件成功，如图所示。

预计接收时间为7.35s，实际接收时间为13.47s，文件大小为90kB。
结论：文件越大，传输时间越长，实际传输时间大于预计传输时间。在实验过程中发现野火的串口调试助手不能打开图片。

二、汉字叠加

1、汉字点阵库原理

（1）汉字编码
①区位码

在国标 GD2312—80 中规定，所有的国标汉字及符号分配在一个 94 行、94 列的方阵中，方阵的每一行称为一个“区”，编号为 01 区到 94 区，每一列称为一个“位”，编号为01 位到 94 位，方阵中的每一个汉字和符号所在的区号和位号组合在一起形成的四个阿拉伯数字就是它们的“区位码”。区位码的前两位是它的区号，后两位是它的位号。用区位码就可以唯一地确定一个汉字或符号，反过来说，任何一个汉字或符号也都对应着一个唯一的区位码。汉字“母”字的区位码是 3624，表明它在方阵的 36 区 24 位，问号“?”的区位码为0331，则它在 03 区 3l 位。

②机内码
汉字的机内码是指在计算机中表示一个汉字的编码。为了避免机内码与基本 ASCII 码的冲突，需要避开基本 ASCII 中的控制码(00H~1FH)，还需与基本 ASCII 码中的字符相区别。制定了另外一套方案，用机内码表示一个汉字需要占两个字节，分别 称为高位字节和低位字节，这两位字节的机内码按如下规则表示：
高位字节 = 区码 + 20H + 80H(或区码 + A0H)
低位字节 = 位码 + 20H + 80H(或位码 + AOH)
汉字的高位字节与低位字节的取值范围则为 A1H~FEH(即十进制的 161 ~254)
例：汉字“啊”的区位码为 1601，区码和位码分别用十六进制表示即为 1001H，它的机内码的高位字节为 B0H，低位字节为 A1H，机内码就是 B0A1H。
（2）点阵字库结构

在汉字的点阵字库中，每个字节的每个位都代表一个汉字的一个点，每个汉字都是由一个矩形的点阵组成，0 代表没有，1 代表有点，将 0 和 1 分别用不同颜色画出，就形成了一个汉字，常用的点阵矩阵有 12 * 12, 14* 14, 16* 16 三种字库。
对于 16 * 16 的矩阵来说，它所需要的位数共是 16*16＝256 个位，每个字节为 8 位，因此，每个汉字都需要用 256/8=32 个字节来表示。即每两个字节代表一行的 16 个点，共需要 16 行，显示汉字时，只需一次性读取 32 个字节，并将每两个字节为一行打印出来，即可形成一个汉字，均匀十六进制表示。

16*16点阵结构如下图所示：

• 具体例子：如下图所示
  
• “啊”是汉字区第 1 个汉字，对应的数据为：
  0x00，0x00，0x0E，0xFC，0xEA，0x08，0xAA，0x08， 0xAA，0xE8，0xAA，0xA8，0xAC，0xA8，0xAA，0xA8, 0xAA，0xA8，0xAA，0xA8，0xEA，0xE8，0xAA，0xA8,0x0C，0x08，0x08，0x08，0x08，0x28，0x08，0x10
• 解释：0x00、0x00为0字节和1字节处没有点即为0
  0x0E为2字节，0x0E为16进制等于10进制的14，再转换成2进制表示为00001110，每个字节8位，所以每个字节从右向左8位，1处画出点，0处没有点。（即对应第二行的左边三个点）。
  0xFC为3字节，0xFC(16进制)=15 * 16¹+16* 16⁰ =360(10进制）=2⁷+2⁶+2⁵+2⁴+2³+2²=11111100(2进制)，所以对应3字节的点为第二行右边6个点。
  …依次类推就是每个字节所对应的点。所以可根据自己所画的点实现汉字显示。
  （3）汉字点阵获取
  汉字点阵字库是根据区位码的顺序进行存储的，因此，我们可以根据区位来
  获取一个字库的点阵，它的计算公式如下：
  点阵起始位置 = ((区码- 1 )* 94 + (位码 – 1)) * 汉字点阵字节数
  区码 = 机内码高位字节 - A0H
  位码 = 机内码低位字节 - AOH

2、代码编写

#include<iostream>
#include<opencv/cv.h>
#include"opencv2/opencv.hpp"
#include<opencv/cxcore.h>
#include<opencv/highgui.h>
#include<math.h>
using namespace cv;
using namespace std;

void paint_chinese(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset);
void paint_ascii(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset);
void put_text_to_image(int x_offset,int y_offset,String image_path,char* logo_path);
int main(){
    String image_path="19.jpg";//图片路径
    char* logo_path=(char*)"logo.txt";//学号姓名路径
    put_text_to_image(950,700,image_path,logo_path);
    return 0;
}
void paint_ascii(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset){
    //绘制的起点坐标
	Point p;
	p.x = x_offset;
	p.y = y_offset;
	 //存放ascii字膜
	char buff[16];           
	//打开ascii字库文件
	FILE *ASCII;
	if ((ASCII = fopen("Asci0816.zf", "rb")) == NULL){
		printf("Can't open ascii.zf,Please check the path!");
		//getch();
	exit(0);

	}
	fseek(ASCII, offset, SEEK_SET);
	fread(buff, 16, 1, ASCII);
	int i, j;
	Point p1 = p;
	for (i = 0; i<16; i++)                  //十六个char
	{
		p.x = x_offset;
		for (j = 0; j < 8; j++)              //一个char八个bit

		{
			p1 = p;

			if (buff[i] & (0x80 >> j))    /*测试当前位是否为1*/
			{

				/*
					由于原本ascii字膜是8*16的，不够大，所以原本的一个像素点用4个像素点替换，替换后就有16*32个像素点ps：感觉这样写代码多余了，但目前暂时只想到了这种方法*/
				circle(image, p1, 0, Scalar(0, 0, 255), -1);

				p1.x++;
				circle(image, p1, 0, Scalar(0, 0, 255), -1);
				p1.y++;
				circle(image, p1, 0, Scalar(0, 0, 255), -1);
				p1.x--;
				circle(image, p1, 0, Scalar(0, 0, 255), -1);
			}						
			p.x+=2;            //原来的一个像素点变为四个像素点，所以x和y都应该+2
		}
		p.y+=2;
	}
}

void paint_chinese(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset){//在图片上画汉字

    Point p;

    p.x=x_offset;

    p.y=y_offset;

    FILE *HZK;

    char buff[72];//72个字节，用来存放汉字的

    if((HZK=fopen("HZKs2424.hz","rb"))==NULL){

        printf("Can't open HZKf2424.hz,Please check the path!");

        exit(0);//退出

    }
    fseek(HZK, offset, SEEK_SET);/*将文件指针移动到偏移量的位置*/

    fread(buff, 72, 1, HZK);/*从偏移量的位置读取72个字节，每个汉字占72个字节*/

    bool mat[24][24];//定义一个新的矩阵存放转置后的文字字膜

    int i,j,k;

    for (i = 0; i<24; i++)                 /*24x24点阵汉字，一共有24行*/
	{
		for (j = 0; j<3; j++)                /*横向有3个字节，循环判断每个字节的*/
			for (k = 0; k<8; k++)              /*每个字节有8位，循环判断每位是否为1*/
			if (buff[i * 3 + j] & (0x80 >> k))    /*测试当前位是否为1*/
				{
					mat[j * 8 + k][i] = true;          /*为1的存入新的字膜中*/
				}
				else {
					mat[j * 8 + k][i] = false;
				}
	}
    for (i = 0; i < 24; i++)
	{
		p.x = x_offset;
		for (j = 0; j < 24; j++)
		{		
			if (mat[i][j])
				circle(image, p, 1, Scalar(255, 0, 0), -1);		  //写(替换)像素点
			p.x++;                                                //右移一个像素点
		}
		p.y++;                                                    //下移一个像素点
	}
}

void put_text_to_image(int x_offset,int y_offset,String image_path,char* logo_path){//将汉字弄上图片
//x和y就是第一个字在图片上的起始坐标
    //通过图片路径获取图片

    Mat image=imread(image_path);
    int length=18;//要打印的字符长度
    unsigned char qh,wh;//定义区号，位号
    unsigned long offset;//偏移量
    unsigned char hexcode[30];//用于存放记事本读取的十六进制,记得要用无符号

    FILE* file_logo;

    if ((file_logo = fopen(logo_path, "rb")) == NULL){

		printf("Can't open txtfile,Please check the path!");

		//getch();

		exit(0);

	}

    fseek(file_logo, 0, SEEK_SET);
    fread(hexcode, length, 1, file_logo);
    int x = x_offset,y = y_offset;//x,y:在图片上绘制文字的起始坐标
    for(int m=0;m<length;){
        if(hexcode[m]==0x23){
           break;//读到#号时结束
        }
        else if(hexcode[m]>0xaf){
            qh=hexcode[m]-0xaf;//使用的字库里是以汉字啊开头，而不是以汉字符号开头
            wh=hexcode[m+1] - 0xa0;//计算位码
            offset=(94*(qh-1)+(wh-1))*72L;
            paint_chinese(image,x,y,offset);
            /*

            计算在汉字库中的偏移量

            对于每个汉字，使用24*24的点阵来表示的

            一行有三个字节，一共24行，所以需要72个字节来表示
            如赵字
            区位码是5352
            十六进制位3534
            机内码就是d5d4
            d5-af=38（十进制），因为是从汉字啊开始的，所以减去的是af而不是a0，38+15等于53与区码相对应
            d4-a0=52
            */
            m=m+2;//一个汉字的机内码占两个字节，
            x+=24;//一个汉字为24*24个像素点，由于是水平放置，所以是向右移动24个像素点
        }
        else{//当读取的字符为ASCII码时
        wh=hexcode[m];
        offset=wh*16l;//计算英文字符的偏移量
        paint_ascii(image,x,y,offset);
        m++;//英文字符在文件里表示只占一个字节，所以往后移一位就行了
        x+=16;
 }
    }
    cv::imshow("image", image);
    cv::waitKey();
}

void paint_chinese(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset);//实际在图片上绘制的像素点坐标
void paint_ascii(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset);//绘制的起点坐标
void put_text_to_image(int x_offset,int y_offset,String image_path,char* logo_path);//通过图片路径获取图片
根据图片像素的大小选择文字所显示的位置，可在图片属性中进行查阅该图片的大小，如我的图片是1077*790.我所选择的位置是（950，700）位于图片的右下角。如果不知道汉字显示的具体位置，也可以进行多次修改x，y值进行尝试，找到你想要的位置。添加位置不能大于像素，不然就超出了图片范围。

3、Ubuntu调用opencv

（1）建立文件夹
代码：

mkdir ps
cd ps

如图所示：

并将下载好的中文点阵字库及显示工具程序中的一些所需文件粘贴到该文件夹中。如图所示。

在文件夹中增添自己要进行汉字叠加的图片及添加logo.txt文件为汉字添加内容，编写时需要用ANSI编码编写，不然会出现乱码。

（2）创建代码文件

gedit hanzi.cpp

然后在文件中增添上述代码。
（3）生成可执行文件
代码：

g++ hanzi.cpp -o test1 `pkg-config --cflags --libs opencv`

如图所示：

4、实验结果查看

执行可执行文件：

./test1

结果显示：

三、实验总结

本次主要进行了两个实验，一个是串口传输文件的练习，另一个是理解汉字的机内码、区位码编码规则实现汉字叠加。本次的两个实验都比较简单，代码是老师所提供的，有很多注解也能看懂。串口传输文件是一个体验式的实验过程，我发现SSCOM的串口调试助手比野火的串口调试助手更好用，因为我用野火的传输图片并不能打开。了解了汉字点阵的编码规则我们可以在图片的任意位置添加我们想添加的文字，因最开始的时候我是借鉴他人的代码，然而我所显示文字的长度与他所给出的代码长度不符导致出现了乱码，然后又去查找原因发现需要修改显示文字长度的代码改为相应长度。总的来说整个实验过程还是非常愉快的！如有错误，请指正。

四、参考文献

【1】中文点阵字库及显示工具程序
【2】汉字点阵字库原理
【3】实验作业（3）-汉字叠化-计科1503班-孙西从
【4】串口文件传输