CN1033539A - 手写并显示字符图形的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种手写并显示字符图形的装置与方法，其装置 包括一个由发光二极管构成的LED矩阵，一个由光 敏元件构成的笔状感光器及一个微处理系统。本发 明将字符图形的写入与显示利用一个LED矩阵完 成：感光器接收LED扫描时发光单元的信号，处理 后存入与LED单元相对应的画面输入缓冲存储区， 控制LED相应单元显示，感光器移动的轨迹构成字 符图形。本发明无需键盘、输入板等输入装置和字 库，结构简单、操作方便、成本低。还可作为其他设备 的输入装置。

Description

本发明是一种用笔状感光器（下称光笔）在LED矩阵上手写并显示字符图形的装置及方法。

本发明的装置及方法主要可用作“用光笔手写并显示字符图形的LED发光二极管显示装置”。还可作为“具有自身显示功能的手写字符图形的LED输入装置”。下面分别加以说明。

通常的LED显示装置一般都要配备键盘用以输入字符，因而需懂得编码规则，还要记忆一定量的编码，并且受字库限制不能显示任意的汉字以及其他民族文字等字符，对于输入图形或者再配制另外的图形输入装置，或者用键盘本身，而用键盘不论是编程作图，还是击键移动光标来勾划图形都是不很方便的。即使是LED显示装置能够用上一种所谓的手写字符输入板，虽然输入字符不必懂编码规则，不用记忆编码，但显示内容要受字库的限制，何况还不能满足图形输入的需要。除了输入字符、图形使用方面的不足外，上述所有的外加字符及图形输入装置都还使得整个LED显示装置构成复杂，制作成本高。

本发明的装置作为用光笔手写并显示出字符图形的显示装置，把LED矩阵既作为能同时显示若干字符图形的显示矩阵又直接利用这个能显示的LED矩阵本身，作为光笔手写出字符图形的光信号“依托”。所谓“依托”就是指整个LED矩阵高速扫描发光，给光笔以信号，使整个LED矩阵一兼两用，这样就实现了只用一支以光敏元件为主体的光笔，就可以在整个LED矩阵上自如地手写出字符、图形。当光笔无需接触只通过光线传递接收到LED矩阵（做发光板用）上LED单元发的光，就能使那个LED单元做出显示。光笔按照人们的意图书写欲写入的字符或图形时光笔移动轨迹对着的LED单元逐个显示，从而LED矩阵（做显示器用）就显示出已写入的字符或图形来。本发明把整个LED矩阵做为一幅画面来处理，用户写入的字符或图形都被当做画面的一部分进入画面输入缓冲存储区（在详细说明中说明），并显示出来，因而不需要配置字符发生器（字库）不需要在线识别，只要不超出这个画面大小，不超过画面的分辨率（由矩阵中发光单元的个数决定）用户可写出任意的字符或图形，或者是相间混的字符和图形。字体形状、相互间隔可较随意。除了可手写出汉字，还可写出其它各民族的文字，尤其是用笔画出图形非常方便。一幅画面不够用，可按实际设置若干幅，幅与幅之间可连续，也可非连续地写入、显示字符和图形。

本发明把输入（手写）和显示两者巧妙地统一在一个LED短阵上，作为能用光笔自如地写出多幅字符图形的显示装置，不仅省去了一般的LED显示装置需配置的诸如键盘、输入板等字符、图形输入装置，省去了字符发生器（字库）使之装置减少结构简化，制造成本低，而且使用时能够类似在普通黑板上写字画图那样，写上什么内容就显示什么内容，自如、方便、直观。

通常的手写字符输入装置一般自身都不具备显示功能，在手写入字符时不易记准笔道，操作者要去记亿辨别已写入的笔画和未写入的笔画之间的相应位置，增加了作业时的精力负担，影响手写字符图形的效率。有的手写字符输入装置虽然带显示功能，但那是输入板和显示器的组合，即在一个液晶或其它材料做的显示器上面再放上一块透明材料做的手写字符输入块，这样来实现手写字符时的实时笔划显示，结构复杂，制作复杂，控制也复杂化。

然而，本发明的装置作为输入装置其突出的优点是在于LED矩阵它自身已具备显示功能，在手写字符图形时光笔移动轨迹下的LED单元马上就做出显示，直观、清晰、准确，具有结构简化、制作容易，控制容易、手写方便的优点。

手写并显示字符图形的装置，除了显示手写在上面的字符图形外，同时还可以把这些字符图形的信息传输到另外的设备中去，起到输入装置的作用。

以下结合附图并以本发明的一个实施例来对本发明详细叙述：

图一，用笔状感光器手写并显示字符图形的一个示意图，图中（1）是LED矩阵，（2）是笔状感光器。LED矩阵上是用光笔手写并显示的二个汉字“飞机”，五个英文字母“PLANE”，以及一个飞机图案。

图二，笔状感光器（2）接收LED矩阵（1）的发光信号手写并显示字符图形的示意。图中（3）是由集成电路芯片构成的微处理器系统。

图三，光笔在LED矩阵上手写并显示字符图形的子程序。

图四，用光笔手写并显示字符图形的装置线路框图。

图五，用光笔手写并显示字符图形的装置控制流程图。

本发明的装置主要由一个LED矩阵（1）;一个笔状感光器（2）;一个微处理器系统（3）;这三部分构成。

LED矩阵（1）用几千个LED单元组成m行n列的矩阵，其尺寸可按实际需要做成零点几平方米以至几平方米，随着尺寸的变化，m根行线和n根列线的数目也会改变，那么矩阵所用的LED单元的数目也可从零点几千个至几十千个之间变化。每个LED单元可用一只LED管子，也可以用一只以上的LED管子适当地相联结而成，LED管子可用各种规格，多种颜色的，具体怎样把LED单元之间做成矩阵，可有多种普通工艺来实现。如焊在双面铜箔板上或焊在单面铜箔板上再架空焊另一根导线等。甚至可采用器件厂生产的现成LED矩阵。矩阵中m根行线的任何一根和n根列线的任何一根的交叉点通过一个LED单元连接，所有的LED单元极性一致，分别连接在m根行线和n根列线的所有交叉点上。例如在一个实施例中的LED矩阵就是有32行×64列共2048个LED单元组成，如附图一中（1）所示意的。

LED矩阵在本发明中要起到双重作用。在控制电路的控制下，LED矩阵高速扫描发光，光笔接收到其光信号，经过控制电路处理，就使光笔轨迹下的LED单元作出显示，从而构成字符或图形。如附图一所示的手写并显示的“飞机”的文字及图案。

LED矩阵与微处理器由接口连接，此接口分为行输出驱动接口和列输出驱动接口，行与列控制信号经行、列驱动接口转化成LED矩阵所要求的电压（或电流）向LED矩阵输出。微处理器与LED接口的连接方法可采用并行方式，也可采用串行方式，在并行方式中，行列信号由软件实现扫描，在串行方式中准将别由硬件实现扫描，也可用复合方式，如行信号用串行传送，列信号用并行传送等。

笔状感光器（2）由光敏元件和笔杆构成，光敏元件对光谱的敏感区域应与采用的LED元件的发光谱相适应，光敏元件要有一定的响应速度以便能跟上LED矩阵扫描时光点改变的速度，光笔中的光敏元件的受光面积和光笔轨迹对应的笔道粗细有相关性笔杆周围及后部都不透光，光笔前端有一进光孔，光敏元件就放于进光孔稍进去一点的位置，光敏元件的受光面正对着进光孔，只能接受从笔杆前端射来的光线，避免杂散光的干扰，如附图二中的2所示。

光笔信号通过一个接口电路与微处理器系统相连接。如附图二所示在书写字符图形时，光笔中的光敏元件无需接触LED矩阵，只要能够接收到LED矩阵中LED单元发出的光信号，即可将信息写入。附图四中所示还有配合光笔“写”、“擦”字符图形的“写”功能开关4，“擦”功能开关5，开关4和5也可装在光笔上。附图四中所示还有根据需要设置的诸如“上一幅“下一幅”“插入”“删除”等其它功能键。

微处理器系统（3）可采用通常的微机系统，也可采用通常的单板机，还可采用由若干块集成电路芯片组成的专用微处理器小系统。当采用专用微处理器小系统时，体积小，造价低，控制方便。因此本发明的一个实施例中，就是采用专用的微处理器小系统。如附图二所示微处理器系统（3）就紧置于LED矩阵（2）后面，使得结构紧凑。

附图四中（6）是画面输入缓冲存储区。它是通过CPU（中央处理单元）从RAM（随机读写存储器）中划出的一些存储单元，这些存储单元同LED矩阵上的LED单元数目一样，并且每一位存储单元对应于一个LED单元，以解决写入过程中每个LED单元的信息存储，整个画面称为一幅。如附图所示的一个实施例中画面输入缓冲存储区的存储单元同LED矩阵上的LED单元都是2048个，存储一幅画面的字符图形信息。RAM中另外部分是画面存储器（7），它接在加有断电保持信息的电路中，用以存储从画面输入缓冲存储区送来的多幅画面信息，画面存储器的容量＝画面输入缓冲存储区×所需存储画面幅数，可根据需要来定，该存储器也可使用磁盘等存储器。

下面结合附图来详细说明在LED矩阵上用光笔手写出字符图形的两种实现方案：

方案一：由控制电路控制LED矩阵中LED单元逐行依次发光（光点扫描）。在任何时刻不能有多于一个发光单元发光的现象出现。与此同时画面输入缓冲存贮区指针也依次指在与发光单元相应的位置上。每个LED单元发光后，控制电路检测光笔有无输入信号，若无输入信号，本LED单元停止发光，下一个LED单元开始发光。当光笔指到LED矩阵某一LED单元的位置时，由于光点扫描速度比起手执光笔的写入的动作来说非常快，相对的看光笔移动时每对应的一个LED单元，都会遇上不止一次的光点扫描，因而光点扫描到与光笔相对应的那一个LED单元时，光笔接收到光信号并转变成电信号送至控制电路，控制电路将根据“写”、“擦”功能开关被接通在“写”状态还是“擦”状态，来决定此刻画面缓冲存储区指针所指的存储单元“置1”还是“清零”，这样就把光笔所指的那一个单元作为一个点信息，“写入”或“擦除”了，同时LED矩阵上那一个LED单元作出相应的显示，“写入”就发亮光，“擦除”就从发亮光状态恢复到未发亮光的状态，如果此刻功能开关“写”和“擦”都未被接通，控制电路就不接受光笔信号不改变画面缓冲存贮区存贮单元的状态，也就是说这种情况下光笔的轨迹不会改变LED矩阵的画面内容，这就防止了误“写”、“擦”，方便了操作，一点“写”或“擦”完后，光点扫描继续在进行着，可进行下一点的“写”或“擦”，诸如此般，连点成线、成面可完成整幅画面的信息写入工作，也就是光笔在LED矩阵上写出了字符、图形。

方案二由控制电路控制LED矩阵中LED单元整行发光，逐行扫描，当光笔指在某一LED单元的位置时，逐行扫描到这一位置所在的行，光笔接收到信号后，送进控制电路来记忆这一行，并将逐行扫描变为整列发光，逐列扫描。由于扫描速度远远超过光笔的手写速度，当逐行扫描结速后又逐列扫描到同一点时，光笔位置还不会改变，控制电路又将光笔送来的列信号与所记忆的行信号相结合，确定出行列交叉的这一点就是光笔要写入的点，其它过程都与方案一相同不必再重复说明。

方案一由于逐点扫描，一点对应于一点，所以写入准确，但由于逐点扫描，扫描一幅的点数多，在相同扫描速度下，写入速度较慢。而方案二由于行、列扫描比起方案一的逐点扫描，扫描次数少得多，所以在相同扫描速度下写入速度可以较快，但由于是分两次扫描来决定一点，在两次扫描之间光笔位置有可能改变，有的写入准确度稍差。实施本发明时，较小的LED矩阵用方案一最好，较大的LED矩阵用方案二为宜。

不论方案一，还是方案二，为了方便整幅的擦、写都另设置一个恒定发光的LED（可由电源指示LED兼任），将光笔对着此管，按下“写”开关可将整幅都写入，使矩阵上所有LED单元重发亮光，按下“擦”开关可整幅擦除，使矩阵上所有LED单元都不发光。

最后参考图五叙述本发明装置的操作过程。

开机后，如果要用光笔在LED矩阵上写出字符图形，可将微处理器系统（3）置于“写、擦”状态，并接通“写”功能开关，这时矩阵（1）做光点扫描，形成满幅的微弱亮光，操作者手持光笔（2），对着矩阵1移动（书写），光笔中的光敏元件无需接触矩阵，只需接收到某个LED单元发出的光，这个单元就发出了比原来扫描时亮度明显高得多的亮光，光笔划过的轨迹一直以亮光显示着，构成（写出）了字符图形。直到写满一幅存入画面存储器保存下来，并且可以继续转一幅或别的一幅进行书写，如欲整幅一次写入（即让矩阵（1）所有单元都发亮光）只要把光笔对着一个恒定发光的LED管子（由电源指示灯兼任）按下“写”开关即可。

用光笔“擦”去已写入的字符图形只是把已发亮光的LED单元恢复到光点扫描指时发弱光的状态，其它操作不论是局部擦去，整幅擦去，还是多幅擦去都类似于用光笔写出字符图形不再赘述。

开机后，或者到书写字符图形至某一幅时，如要显示画面存储器里的字符图形，只要将微处理器系统（3）置于显示状态，LED矩阵（1）即可按预置的显示功能自动显示或者按用户选择的显示功能进行显示。是“写”入的LED单元都发亮光是“擦”除的或本来就没写入的LED单元就不发亮光，从而显示出字符图形来。

Claims (10)

1、一种手写并显示字符图形的装置，其特征为：由一个由发光二极管构成的LED矩阵和由光敏元件构成的笔状感光器及一个微处理系统构成；LED矩阵既作为能同时显示若干字符、图形的显示发光矩阵，又兼作用笔状感光器在上面手写入字符图形的的扫描发光矩阵。

2、按照权利要求1所述的手写并显示字符图形的装置，其特征是LED矩阵中的LED单元数目一般为几千个至几万个，根据实际需要也可低于一千个，每个单元可以由一只LED组成，也可以由一只以上的LED联结而成。

3、按照权利要求1所述的手写并显示字符图形的装置，其特征在于微处理系统中设置有一个与LED矩阵单元一一对应的画面输入缓冲存储区，用来把整个LED矩阵作为一幅画面来处理。

4、按照权利要求1所述的手写并显示字符图形的装置，其特征在于其可与其它的设备、显示器连接，作为输入装置使用。

5、一种手写并显示字符图形的方法，其特征在于：笔状感光器接收LED矩阵扫描的发光单元信号，经处理后存入控制系统的画面输入缓冲存储区相对应的一位，并由控制电路使LED矩阵中被感光器接收的单元作出显示，感光器移动的轨迹对着的LED矩阵单元逐个显示，构成字符和图形。

6、按照权利要求5所述的手写并显示字符图形的方法，其特征是字符图形的写入显示是利用一个LED矩阵完成的。

7、按照权利要求5所述的手写并显示字符图形的方法，其特征是把整个LED矩阵作为一个画面来处理，可同时手写并显示一个以上的字符、图形、相间混的字符和图形。

8、按照权利要求5所述的手写并显示字符图形的方法，其特征是本方法可与其他显示方式结合使用，为其他设备、显示装置输送所需字符、图形。

9、按照权利要求1或5所述的手写并显示字符图形的装置及方法，其特征是手写输入显示的文字是汉字。

10、按照权利要求1或5所述的手写并显示字符图形的装置及方法，其特征是手写输入显示的文字是其他民族文字。

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