基于ARM的少數民族文字手寫輸入系統設計

許 爽，孫炎輝，丁紀峰，崔艷秋

(大連民族學院信息與通信工程學院，遼寧大連 116605)

基于ARM的少數民族文字手寫輸入系統設計

許 爽，孫炎輝，丁紀峰，崔艷秋

(大連民族學院信息與通信工程學院，遼寧大連 116605)

設計了一種基于ARM的少數民族文字手寫輸入系統。以S3C2440A嵌入式微處理器為核心，對手寫板的書寫筆跡進行實時采集和預處理。利用USB接口與上位機通信，具有使用方便、傳輸速度快和穩定性高等特點，上位機將采集到的筆跡信息轉換為漢字或圖形等，顯示并且保存，保證了書寫的穩定性、準確性和實時性。

ARM;少數民族文字;手寫輸入系統;嵌入式微處理器;USB

隨著信息技術的飛速發展，便攜式智能化的電子消費品已經正式走入了普通人的生活，其傳統的按鍵操作方式已經越來越不能滿足要求，而手寫輸入的方式因為其符合人的自然習慣，簡單直接，受到用戶的歡迎，成為近年來電子技術的熱門研究方向。手寫板作為最簡單直接的人機交互手段，在智能設備中有重要作用。傳統的8/16位MCU的手寫板，其MCU內核性能比較低，而新興的精簡指令集ARM系列處理器，相比于傳統的復雜指令集處理器，功耗更低、計算能力更強大，近年來在嵌入式領域得到廣泛的應用［1－3］。

中國是一個多民族、多語言、多文化的國家，大約有30種文字。民族文字是發揚傳承民族文化的載體，信息化程度不斷發展對于少數民族文化是一種機遇。和世界上其它復雜文字如阿拉伯文、希伯萊文、泰文、印度的文字進行比較，民族文字的信息化程度還處在相對比較落后的水平。而ARM處理器的廣泛應用為少數民族文字實時化的輸入、輸出和編輯等提供了可靠的保證。針對ARM處理器功能多樣性的特點，設計了一種基于ARM的少數民族文字手寫輸入系統。該系統具有穩定性好、可靠性高和實時性好的特點。

1 少數民族文字手寫輸入系統的總體機構

少數民族文字手寫輸入系統由4個模塊組成，包括觸摸屏模塊、書寫信息顯示模塊、USB通信模塊和核心處理器模塊。系統總體設計原理如圖1。

圖1 少數民族文字手寫輸入系統的原理框圖

觸摸屏模塊主要由電阻式觸摸屏和觸摸屏控制器組成，負責筆跡數據信息的采集，為后面的識別提供原始的數據。觸摸屏控制器ADS7846根據控制系統的命令向觸摸屏發出對應的指令，然后接受從觸摸屏返回的模擬信號，并將其轉換成精確的數字信號，傳回給控制系統。

書寫信息顯示模塊主要由320×240像素的TFT液晶顯示屏和液晶顯示屏控制器組成。液晶顯示屏控制器收到控制系統傳來的數據，轉化成液晶屏的點像素數據，從而在液晶屏上顯示出來。顯示模塊可以幫助書寫者更好的書寫，也使得輸入的筆跡直觀可見。

USB通信模塊是由S3C2440A中內部集成的USB控制器以及外圍電路組成，USB通信系統主要負責把采集到的大量書寫數據準確快速地傳輸給PC機終端進行保存和處理，以便進行后續工作。

核心處理器選擇三星公司的ARM9內核處理器S3C2440A。負責整個系統的運行控制，包括對書寫信息顯示模塊、觸摸屏模塊及USB通信模塊的控制，還包括坐標的映射、采集點數據的平滑濾波預處理等。

1.1 觸摸屏的工作原理

觸摸屏模塊中采用的電阻式觸摸屏基層是玻璃，在玻璃上面涂有一層透明氧化金屬(ITO氧化銦)導電層，導電層上面再蓋有一層玻璃或是外表面硬化處理的光滑塑料層，它的內表面也涂有一層ITO導電層，他們之間有許多細小的透明隔離點把兩導電層隔開絕緣，每當有筆或是手指按下時，兩個導電層就相互接

觸，從而形成了回路，通過測量觸點的電壓值經過轉換后就可以得到其在屏幕上的坐標值［4］。

導電層的兩端都涂有一條銀膠，組成了工作面的一組電極。上下兩個導電層一個是水平方向，一個是豎直方向，分別用來測量X和Y的坐標位置。在水平面上的電極稱為X+電極和X－電極，在豎直平面的電極稱為Y+電極和Y－電極，如圖2。工作時，兩個電極根據測量需要提供參考電壓或是作為測量端對接觸點的位置進行測量。當測量接觸到點X坐標的時候，導電層上的X+電極和X－電極分別接上參考電壓和地;Y電極不加電壓，那么X電極間會形成均勻的電壓分布，用Y+電極作為測量點，得到的電壓值通過A/D轉換后就可對應地判斷出接觸點X的坐標。Y坐標亦是類似，只需改成對Y電極加電壓而X電極不加電壓即可。X坐標和Y坐標的計算公式分別為

其中VREF為內部A/D轉換器上的參考電壓，可以接VCC作為參考電壓［5］。

圖2 觸摸屏內部結構示意圖

1.2 壓力測量

觸摸屏書寫信息時需要有壓力測量，壓力測量有兩個作用:消除書寫抖動造成的數據冗余;為服務器提供豐富的認證信息［6］。

壓力測量首先要送打開測量X通道的命令字0x90，返回得到的數字值即為X坐標，再送打開測量Y通道的命令字0xD0，得到的值為Y坐標。同理送打開Z1，Z2的命令字0xB0、0xC0得到 Z1、Z2的值，通過轉換公式(3)得到壓力測量電阻值

式中，RXPlate是X軸電阻值大小，與觸摸屏的性能參數有關;XPosition是X坐標值。Z1、Z2是經12位A/D轉換后的數字值，是指接觸點間兩層ITO氧化膜的電阻值大小。壓力測量后就完成了在某一個時刻的三維信息采集。

1.3 觸摸屏驅動原理

觸摸屏一種常用工作方式為等待中斷模式。當觸摸屏控制器處于等待中斷模式下時，實際上是在等待觸摸筆的點擊。在觸摸筆點擊到觸摸屏上時，控制器產生中斷信號(INC_TC)。中斷產生之后，在中斷服務程序中就可以設置適當的轉換模式。但是在這種模式下，當產生中斷后，需要查詢中斷向量表，程序代碼較多，比較復雜。因此在設計中采用了自動X/Y軸坐標轉換模式。

觸摸屏工作在自動X/Y軸坐標轉換模式時，設置AUTO_PST=1且XY_PST=0。其工作流程圖如圖3。當觸摸筆按下觸摸屏時，觸摸屏控制器自動地切換X軸坐標和Y軸坐標并讀取兩個坐標軸方向上的坐標。由于書寫筆記信息時觸摸屏采集的數據點非常多，所以在設計中取5個鄰近點的均值做濾波平滑預處理得到輸出信息，而相鄰2個點的X軸和Y軸坐標差的閾值為(4，2)。最后將把轉化的坐標數據點在LCD上顯示，同時通過USB傳輸，把坐標數據傳送到PC機上。RTouch。

圖3 觸摸屏工作流程圖

1.4 LCD 驅動原理

在系統設計中，LCD利用顯示點像素的原理，顯示書寫信息。TFT液晶顯示屏上顯示單個像素的函數很簡潔，只需要 LCD_BUFFER［(y)］［(x)］=c這一個指令就可以實現。其原因就是在設置好各個LCD寄存器之后，通過將 LCD_BUFFER地址與 LCDBANK以及 LCDBASEU、LCDBASEL對應之后，通過改變LCD_BUFFER里不同單元存儲的像素顏色值，即可在LCD相應位置上做出顯示。那么在應用不同LCD的時候，只需對LCDCONx以及LCDSADDRx做出相應的配置，再創建一個數組，做出相應的地址映射即可。LCD工作流程圖如圖4。

圖4 LCD工作流程圖

2 觸摸屏與LCD坐標映射關系

觸摸屏控制器獲得的X坐標與Y坐標值僅是當前觸摸點電壓值經A/D轉換后的數字值，沒有實用價值，而且LCD與觸摸屏二者的坐標原點并不重合。因此觸摸屏與LCD的坐標不是一一對應關系。在系統設計中，如果想得到體現LCD坐標的觸摸屏位置，程序需要坐標轉換，把觸摸屏坐標映射到LCD上［7］。如圖5為二者映射關系示意圖。

圖5 觸摸屏與LCD坐標映射關系圖坐標軸

二者轉換關系如下:

3 實驗結果與分析

如圖6的(a)、(b)、(c)和(d)是四種少數民族文字手寫輸入系統的上位機輸出結果。(a)是漢字的輸出結果，(b)是彝族文字中的“楚”字，(c)是仡佬族文字中的“和”字，(d)是朝鮮族文字中的“你好”倆字。從實驗結果中可以看出實驗中采集到的數據轉換成筆跡信息的輸出結果清晰，穩定性好，準確性高。

圖6 少數民族文字上位機輸出結果

4 結語

基于ARM的少數民族文字手寫輸入系統實現了對書寫筆跡的實時采集，將觸摸屏采集的模擬量變成數字信息并對筆跡信息進行處理，對觸摸屏坐標到LCD顯示坐標的映射顯示關系。基于ARM的少數民族文字手寫輸入系統的實現，保證了各種民族文字書寫的穩定性、準確性和實時性。

［1］支艷華，王金全，唐友懷.基于ARM的配電柜數字化技術研究［J］.儀表技術與傳感器，2011(9):67－69.

［2］于洋，陳亮，裴曉光.基于ARM9的牛奶成分快速檢測儀的研究［J］.儀表技術與傳感器，2010(3):89－91.

［3］張軍偉，葉春生，莫建華.基于ARM的FDM控制系統［J］.儀表技術與傳感器，2011(1):88－91.

［4］劉榮林，劉亞坤，武華，等.基于ARM嵌入式觸摸屏的設計與研究［J］.內蒙古大學學報:自然科學版，2009，40(6):708 －7111.

［5］鄭建彬，劉慧敏，曾勇.基于ADS7846動態簽名認證的數據采集和預處理［J］.武漢理工大學學報，2004(11):35－37.

［6］趙孔新，王占英，劉麗偉，等.內含DAC及鍵盤控制器的觸摸屏控制器MAX1233/MAX1234(上)［J］.電子技術應用，2006(11):94－98.

［7］王田苗，魏洪興.嵌入式系統設計與實例開發［M］.3版.北京:清華大學出版社，2008.

Handwriting Input Systems Design of Minority Languages Based on ARM

XU Shuang，SUN Yan－hui，DING Ji－feng，CUI Yan－qiu
(College of Information ＆ Communication Engineering，Dalian Nationalities University，Dalian Liaoning 116605，China)

China is a multi－ethnic，multilingual and multicultural country.Languages of ethnic minorities are a carrier to carry forward the heritage of national culture.ARM processor is widely used which provides a reliable guarantee for the real－ time input，output，and editing of ethnic minority languages.According to the characteristics of functional diversity of the ARM processor，a handwriting input system of Minority Languages based on ARM is designed.The S3C2440A，an embedded microprocessor，is as the core of this system，which collects realtime data of handwriting pad and finishes preprocessing.The collected data is send to PC through Universal Serial Bus interface，which has convenience faster transmission speed and higher stability.Then the collected handwriting information is converted to a Chinese character or graphics to display and save，which can ensure the stability，accuracy and real－ time of handwriting.

ARM;minority languages;handwriting input system;embedded microprocessor;Universal Serial Bus

TP391

A

1009－315X(2012)05－0456－04

2012－01－05;最后

2012－06－11

國家科技支撐計劃課題(2009BAH41B05);中央高校基本科研業務費專項資金資助項目(DC110309);中央高校基本科研業務費專項資金資助項目(DC110324)。

許爽(1978－)，女，遼寧大連人，講師，主要從事圖像處理與模式識別研究。

(責任編輯 劉敏)