基于ARM的少数民族文字手写输入系统设计

许 爽，孙炎辉，丁纪峰，崔艳秋

(大连民族学院信息与通信工程学院，辽宁大连 116605)

基于ARM的少数民族文字手写输入系统设计

许 爽，孙炎辉，丁纪峰，崔艳秋

(大连民族学院信息与通信工程学院，辽宁大连 116605)

设计了一种基于ARM的少数民族文字手写输入系统。以S3C2440A嵌入式微处理器为核心，对手写板的书写笔迹进行实时采集和预处理。利用USB接口与上位机通信，具有使用方便、传输速度快和稳定性高等特点，上位机将采集到的笔迹信息转换为汉字或图形等，显示并且保存，保证了书写的稳定性、准确性和实时性。

ARM;少数民族文字;手写输入系统;嵌入式微处理器;USB

随着信息技术的飞速发展，便携式智能化的电子消费品已经正式走入了普通人的生活，其传统的按键操作方式已经越来越不能满足要求，而手写输入的方式因为其符合人的自然习惯，简单直接，受到用户的欢迎，成为近年来电子技术的热门研究方向。手写板作为最简单直接的人机交互手段，在智能设备中有重要作用。传统的8/16位MCU的手写板，其MCU内核性能比较低，而新兴的精简指令集ARM系列处理器，相比于传统的复杂指令集处理器，功耗更低、计算能力更强大，近年来在嵌入式领域得到广泛的应用［1－3］。

中国是一个多民族、多语言、多文化的国家，大约有30种文字。民族文字是发扬传承民族文化的载体，信息化程度不断发展对于少数民族文化是一种机遇。和世界上其它复杂文字如阿拉伯文、希伯莱文、泰文、印度的文字进行比较，民族文字的信息化程度还处在相对比较落后的水平。而ARM处理器的广泛应用为少数民族文字实时化的输入、输出和编辑等提供了可靠的保证。针对ARM处理器功能多样性的特点，设计了一种基于ARM的少数民族文字手写输入系统。该系统具有稳定性好、可靠性高和实时性好的特点。

1 少数民族文字手写输入系统的总体机构

少数民族文字手写输入系统由4个模块组成，包括触摸屏模块、书写信息显示模块、USB通信模块和核心处理器模块。系统总体设计原理如图1。

图1 少数民族文字手写输入系统的原理框图

触摸屏模块主要由电阻式触摸屏和触摸屏控制器组成，负责笔迹数据信息的采集，为后面的识别提供原始的数据。触摸屏控制器ADS7846根据控制系统的命令向触摸屏发出对应的指令，然后接受从触摸屏返回的模拟信号，并将其转换成精确的数字信号，传回给控制系统。

书写信息显示模块主要由320×240像素的TFT液晶显示屏和液晶显示屏控制器组成。液晶显示屏控制器收到控制系统传来的数据，转化成液晶屏的点像素数据，从而在液晶屏上显示出来。显示模块可以帮助书写者更好的书写，也使得输入的笔迹直观可见。

USB通信模块是由S3C2440A中内部集成的USB控制器以及外围电路组成，USB通信系统主要负责把采集到的大量书写数据准确快速地传输给PC机终端进行保存和处理，以便进行后续工作。

核心处理器选择三星公司的ARM9内核处理器S3C2440A。负责整个系统的运行控制，包括对书写信息显示模块、触摸屏模块及USB通信模块的控制，还包括坐标的映射、采集点数据的平滑滤波预处理等。

1.1 触摸屏的工作原理

触摸屏模块中采用的电阻式触摸屏基层是玻璃，在玻璃上面涂有一层透明氧化金属(ITO氧化铟)导电层，导电层上面再盖有一层玻璃或是外表面硬化处理的光滑塑料层，它的内表面也涂有一层ITO导电层，他们之间有许多细小的透明隔离点把两导电层隔开绝缘，每当有笔或是手指按下时，两个导电层就相互接

触，从而形成了回路，通过测量触点的电压值经过转换后就可以得到其在屏幕上的坐标值［4］。

导电层的两端都涂有一条银胶，组成了工作面的一组电极。上下两个导电层一个是水平方向，一个是竖直方向，分别用来测量X和Y的坐标位置。在水平面上的电极称为X+电极和X－电极，在竖直平面的电极称为Y+电极和Y－电极，如图2。工作时，两个电极根据测量需要提供参考电压或是作为测量端对接触点的位置进行测量。当测量接触到点X坐标的时候，导电层上的X+电极和X－电极分别接上参考电压和地;Y电极不加电压，那么X电极间会形成均匀的电压分布，用Y+电极作为测量点，得到的电压值通过A/D转换后就可对应地判断出接触点X的坐标。Y坐标亦是类似，只需改成对Y电极加电压而X电极不加电压即可。X坐标和Y坐标的计算公式分别为

其中VREF为内部A/D转换器上的参考电压，可以接VCC作为参考电压［5］。

图2 触摸屏内部结构示意图

1.2 压力测量

触摸屏书写信息时需要有压力测量，压力测量有两个作用:消除书写抖动造成的数据冗余;为服务器提供丰富的认证信息［6］。

压力测量首先要送打开测量X通道的命令字0x90，返回得到的数字值即为X坐标，再送打开测量Y通道的命令字0xD0，得到的值为Y坐标。同理送打开Z1，Z2的命令字0xB0、0xC0得到 Z1、Z2的值，通过转换公式(3)得到压力测量电阻值

式中，RXPlate是X轴电阻值大小，与触摸屏的性能参数有关;XPosition是X坐标值。Z1、Z2是经12位A/D转换后的数字值，是指接触点间两层ITO氧化膜的电阻值大小。压力测量后就完成了在某一个时刻的三维信息采集。

1.3 触摸屏驱动原理

触摸屏一种常用工作方式为等待中断模式。当触摸屏控制器处于等待中断模式下时，实际上是在等待触摸笔的点击。在触摸笔点击到触摸屏上时，控制器产生中断信号(INC_TC)。中断产生之后，在中断服务程序中就可以设置适当的转换模式。但是在这种模式下，当产生中断后，需要查询中断向量表，程序代码较多，比较复杂。因此在设计中采用了自动X/Y轴坐标转换模式。

触摸屏工作在自动X/Y轴坐标转换模式时，设置AUTO_PST=1且XY_PST=0。其工作流程图如图3。当触摸笔按下触摸屏时，触摸屏控制器自动地切换X轴坐标和Y轴坐标并读取两个坐标轴方向上的坐标。由于书写笔记信息时触摸屏采集的数据点非常多，所以在设计中取5个邻近点的均值做滤波平滑预处理得到输出信息，而相邻2个点的X轴和Y轴坐标差的阈值为(4，2)。最后将把转化的坐标数据点在LCD上显示，同时通过USB传输，把坐标数据传送到PC机上。RTouch。

图3 触摸屏工作流程图

1.4 LCD 驱动原理

在系统设计中，LCD利用显示点像素的原理，显示书写信息。TFT液晶显示屏上显示单个像素的函数很简洁，只需要 LCD_BUFFER［(y)］［(x)］=c这一个指令就可以实现。其原因就是在设置好各个LCD寄存器之后，通过将 LCD_BUFFER地址与 LCDBANK以及 LCDBASEU、LCDBASEL对应之后，通过改变LCD_BUFFER里不同单元存储的像素颜色值，即可在LCD相应位置上做出显示。那么在应用不同LCD的时候，只需对LCDCONx以及LCDSADDRx做出相应的配置，再创建一个数组，做出相应的地址映射即可。LCD工作流程图如图4。

图4 LCD工作流程图

2 触摸屏与LCD坐标映射关系

触摸屏控制器获得的X坐标与Y坐标值仅是当前触摸点电压值经A/D转换后的数字值，没有实用价值，而且LCD与触摸屏二者的坐标原点并不重合。因此触摸屏与LCD的坐标不是一一对应关系。在系统设计中，如果想得到体现LCD坐标的触摸屏位置，程序需要坐标转换，把触摸屏坐标映射到LCD上［7］。如图5为二者映射关系示意图。

图5 触摸屏与LCD坐标映射关系图坐标轴

二者转换关系如下:

3 实验结果与分析

如图6的(a)、(b)、(c)和(d)是四种少数民族文字手写输入系统的上位机输出结果。(a)是汉字的输出结果，(b)是彝族文字中的“楚”字，(c)是仡佬族文字中的“和”字，(d)是朝鲜族文字中的“你好”俩字。从实验结果中可以看出实验中采集到的数据转换成笔迹信息的输出结果清晰，稳定性好，准确性高。

图6 少数民族文字上位机输出结果

4 结语

基于ARM的少数民族文字手写输入系统实现了对书写笔迹的实时采集，将触摸屏采集的模拟量变成数字信息并对笔迹信息进行处理，对触摸屏坐标到LCD显示坐标的映射显示关系。基于ARM的少数民族文字手写输入系统的实现，保证了各种民族文字书写的稳定性、准确性和实时性。

［1］支艳华，王金全，唐友怀.基于ARM的配电柜数字化技术研究［J］.仪表技术与传感器，2011(9):67－69.

［2］于洋，陈亮，裴晓光.基于ARM9的牛奶成分快速检测仪的研究［J］.仪表技术与传感器，2010(3):89－91.

［3］张军伟，叶春生，莫建华.基于ARM的FDM控制系统［J］.仪表技术与传感器，2011(1):88－91.

［4］刘荣林，刘亚坤，武华，等.基于ARM嵌入式触摸屏的设计与研究［J］.内蒙古大学学报:自然科学版，2009，40(6):708 －7111.

［5］郑建彬，刘慧敏，曾勇.基于ADS7846动态签名认证的数据采集和预处理［J］.武汉理工大学学报，2004(11):35－37.

［6］赵孔新，王占英，刘丽伟，等.内含DAC及键盘控制器的触摸屏控制器MAX1233/MAX1234(上)［J］.电子技术应用，2006(11):94－98.

［7］王田苗，魏洪兴.嵌入式系统设计与实例开发［M］.3版.北京:清华大学出版社，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

国家科技支撑计划课题(2009BAH41B05);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(DC110309);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(DC110324)。

许爽(1978－)，女，辽宁大连人，讲师，主要从事图像处理与模式识别研究。

(责任编辑 刘敏)