Počítače a programování 2

OSNOVA:

a) Programování BMP

b) Práce se sériovým portem

Jiří ŠebestaJiří ŠebestaÚstav radioelektroniky, FEKT VUT v BrněÚstav radioelektroniky, FEKT VUT v Brně

Počítače a programování 2 pro obor ESTBPC2E

PŘEDNÁŠKA 2

PrograProgramování BMP (1/19)mování BMP (1/19)

Soubor typu BMP – pixelový RGB obrázek

BMP je jednoduchý pixelový formát obrázků původně definovaný jako součást operačního systému OS/2. Později bzl přebrán i do Windows.

Obrázky BMP jsou ukládány po jednotlivých pixelech nekomprimovaně (existuje i málo používaná varianta RLE komprese), přičemž každý pixel je definován barvou z definovatelné palety barev.

Standardem jsou 2 barvy (1 bit na pixel), 16 barev (4 bity na pixel), 256 (8 bitů), 65 536 (16 bitů) nebo cca 16,8 miliónů barev (24 bitů).

V případě 24 bitů na pixel, každá barevná složka – čevená R, zelená G a modrá B má rozlišení 8 bitů (1 byte).


Definice barvy pixelu


Příklad při 24 bitech na pixel

Data jsou uloženy v pořadí úroveň R-G-B od levého dolního rohu po řádcích.


Každý korektní soubor typu BMP je složen z několika datových struktur, jejichž hodnoty položek jsou binárně zakódovány v BMP souboru.

Pro zjednodušení programování jsou tyto struktury definovány ve WinAPI (nutno přilinkovat knihovnu windows.h):

Název struktury Význam

BITMAPFILEHEADER hlavička BMP souboru

BITMAPINFOHEADER informační hlavička o obrázku

RGBQUAD[] tabulka barev (barvová paleta)

BITSpole bitů obsahujících vlastní

rastrová data (pixely)


Uspořádání hlaviček, palety a dat v BMP souboru:

Barvy jsou definovány jako součtové příspěvky složek R-G-B:


Hlavička souboru typu BMP, tj. datová struktura BITMAPFILEHEADER, má délku čtrnácti bytů a obsahuje údaje o typu, velikosti a celkovém uspořádání dat v souboru.

Název položkyDélka

položkyVýznam

bfType 2 bytyIdentifikátor formátu BMP. Aktuální verze formátu BMP zde obsahuje ASCII kód znaků "BM", tj. 0×42 a 0×4d hexadecimálně.

bfSize 4 bytyCelková velikost souboru s obrazovými údaji. Některé aplikace tuto položku ignorují a dosazují zde nulu.

bfReserved1 2 bytyTento údaj je rezervovaný pro pozdější použití. V současné verzi formátu BMP zde musí být uložena nulová hodnota.



položkyVýznam

bfReserved2 2 bytyI tento údaj je rezervovaný pro pozdější použití. V současné verzi formátu BMP zde musí být uložena nulová hodnota.

bfOffBits 4 bytyPosun struktury BITMAPFILEHEADER od začátku vlastních obrazových dat.

PrograProgramování BMP mování BMP (8/19)(8/19)

Datová struktura BITMAPINFOHEADER obsahuje základní metainformace o rastrovém obraze. Mezi tyto informace patří především jeho rozměry, tj. výška a šířka, dále pak identifikace použité komprimační metody a specifikace formátu rastrových dat. Celková velikost této struktury je vždy rovna 40 bytů.

Název položky

Délka položky

Význam

biSize 4 bytyTato položka specifikuje celkovou velikost datové struktury BITMAPINFOHEADER

biWidth 4 bytyTato položka udává šířku obrazu zadávanou v pixelech

biHeight 4 bytyTato položka udává výšku obrazu zadávanou taktéž v pixelech



položkyVýznam

biPlanes 2 byty

V této položce je zadaný počet bitových rovin pro výstupní zařízení. V BMP, jakožto formátu nezávislém na zařízení, je zde vždy hodnota 1. Položka existuje z historických důvodů.

biBitCount 2 byty

V této položce je specifikovaný celkový počet bitů na pixel. Podle počtu barev zde mohou být hodnoty 1, 4, 8 nebo 24 (to odpovídá postupně 2, 16, 256ti barvám popř. plnobarevnému režimu).

biCompression 4 byty

Udává typ komprimační metody obrazových dat. Musí být nastavené na jednu z hodnot:0 (BI_RGB), 1 (BI_RLE8) nebo 2 (BI_RLE4).



položkyVýznam

biSizeImage 4 byty

Tato položka udává velikost obrazu v bytech. Pokud je bitmapa nekomprimovaná, může zde být nulová hodnota, protože ji je možno vypočítat z rozměrů obrázků a počtu bitů na pixel.

biXPelsPerMeter 4 byty

Udává horizontální rozlišení výstupního zařízení v pixelech na metr. Tato hodnota může být použita například pro výběr obrazu ze skupiny obrazů, který nejlépe odpovídá rozlišení daného výstupního zařízení. Většina aplikací však nemá potřebné informace o výstupním zařízení, a proto do této položky vkládá hodnotu 0.



položkyVýznam

biYPelsPerMeter 4 byty

Udává vertikální rozlišení výstupního zařízení v pixelech na metr. Opět, jako u předchozí položky, zde většina programů zapisuje hodnotu 0.

biClrUsed 4 byty

Udává celkový počet barev, které jsou použité v dané bitmapě. Jestliže je tato hodnota nastavena na nulu (což provádí většina aplikací), znamená to, že bitmapa používá maximální počet barev. Tento počet lze jednoduše zjistit z položky biBitCount. Nenulová hodnota může být použita například při optimalizacích zobrazování.



položkyVýznam

biClrImportant 4 byty

Udává počet barev, které jsou důležité pro vykreslení bitmapy. Pokud je tato hodnota nulová (téměř vždy), jsou všechny barvy důležité. Tento údaj je používán při zobrazování na zařízeních, které mají omezený počet současně zobrazitelných barev (například starší grafické karty se 16ti resp. 256ti barevnými režimy). Ovladač displeje může upravit systémovou paletu tak, aby zobrazil daný obrázek co nejvěrněji. Také je vhodné upravit paletu metodou seřazení jednotlivých barev podle důležitosti.


RGBQUAD[] obsahuje pole definující barevnou paletu pro omezený počet barev (jinak nemusí být definováno, pak se použije plnobarevná paleta, tj. 1,68 mil. barev ).

BITS obsahuje pole definující jednotlivé pixely, tak jak jdou za sebou, při kompresním RGB jsou to čísla jednotlivých barev, při nekompresním RGB obsahují úroveň složek R, G a B.

V knihovně windovs.h je definována i struktura pro jeden pixel:

RGBTRIPLE s položkami pro jednotlivé barvy s rozsahem unsigned char (0x00 – 0xFF) rgbtRed, rgbtGreen, rgbtBlue

PrograProgramování BMP (mování BMP (114/19)4/19)

Příklad: Vygenerujte ze vstupního bezkompresního BMP obrázku, obrázek inverzní, obrázek stupňů šedi, obrázek jen s červenou složkou, jen se zelenou složkou, jen s modrou složkou.

#include <windows.h>#include <stdio.h>

int main(){ BITMAPFILEHEADER bmp_fh; //struct. BMP file header BITMAPINFOHEADER bmp_ih; //struct. BMP info header RGBTRIPLE bmp_rgb; //struct. triplet of one pixel unsigned char Red, Gre, Blu, Av; FILE *fRGB, *fRED, *fGRE, *fBLU, *fINV, *fBAW; size_t padd; int i, j;


fRGB = fopen("RGB.bmp", "rb"); //old BMP fRED = fopen("RED.bmp", "wb"); //new BMP red fGRE = fopen("GREEN.bmp", "wb"); //new BMP green fBLU = fopen("BLUE.bmp", "wb"); //new BMP blue fINV = fopen("INVERT.bmp", "wb");//new BMP inverted fBAW = fopen("BANDW.bmp", "wb"); //new BMP

black&white

//BITMAPFILEHEADER copy to new BMP files

fread(&bmp_fh, sizeof(bmp_fh), 1, fRGB); //old BMP fwrite(&bmp_fh, sizeof(bmp_fh), 1, fRED); fwrite(&bmp_fh, sizeof(bmp_fh), 1, fGRE); fwrite(&bmp_fh, sizeof(bmp_fh), 1, fBLU); fwrite(&bmp_fh, sizeof(bmp_fh), 1, fINV); fwrite(&bmp_fh, sizeof(bmp_fh), 1, fBAW);


//BITMAPFILEHEADER copy to new BPM files

fread(&bmp_ih, sizeof(bmp_ih), 1, fRGB); //old BMP fwrite(&bmp_ih, sizeof(bmp_ih), 1, fRED);

fwrite(&bmp_ih, sizeof(bmp_ih), 1, fGRE); fwrite(&bmp_ih, sizeof(bmp_ih), 1, fBLU); fwrite(&bmp_ih, sizeof(bmp_ih), 1, fINV); fwrite(&bmp_ih, sizeof(bmp_ih), 1, fBAW);

padd = 0; if((bmp_ih.biWidth * 3) % 4) // padding test padd = 4 - (bmp_ih.biWidth * 3) % 4;


for(i = 0; i < bmp_ih.biHeight; i++) { for(j = 0; j < bmp_ih.biWidth; j++) { fread(&bmp_rgb, sizeof(bmp_rgb),1, fRGB); Red = bmp_rgb.rgbtRed; Gre = bmp_rgb.rgbtGreen; Blu = bmp_rgb.rgbtBlue;

bmp_rgb.rgbtRed = Red; bmp_rgb.rgbtGreen = 0x00; bmp_rgb.rgbtBlue = 0x00; fwrite(&bmp_rgb, sizeof(bmp_rgb), 1, fRED);

bmp_rgb.rgbtRed = 0x00; bmp_rgb.rgbtGreen = Gre; bmp_rgb.rgbtBlue = 0x00; fwrite(&bmp_rgb, sizeof(bmp_rgb), 1, fGRE);


bmp_rgb.rgbtRed = 0x00; bmp_rgb.rgbtGreen = 0x00; bmp_rgb.rgbtBlue = Blu; fwrite(&bmp_rgb, sizeof(bmp_rgb), 1, fBLU);

bmp_rgb.rgbtRed = 0xFF - Red; bmp_rgb.rgbtGreen = 0xFF - Gre; bmp_rgb.rgbtBlue = 0xFF - Blu; fwrite(&bmp_rgb, sizeof(bmp_rgb), 1, fINV);

Av = (Red + Gre + Blu)/3; bmp_rgb.rgbtRed = Av; bmp_rgb.rgbtGreen = Av; bmp_rgb.rgbtBlue = Av; fwrite(&bmp_rgb, sizeof(bmp_rgb), 1, fBAW); }


if(padd != 0) { fread(&bmp_rgb, padd, 1, fRGB); fwrite(&bmp_rgb, padd, 1, fRED); fwrite(&bmp_rgb, padd, 1, fGRE); fwrite(&bmp_rgb, padd, 1, fBLU); fwrite(&bmp_rgb, padd, 1, fINV); fwrite(&bmp_rgb, padd, 1, fBAW); } } fclose(fRGB); fclose(fRED); fclose(fGRE); fclose(fBLU); fclose(fINV); fclose(fBAW); return 0;}

Příklad: BPC2E_Ex98.c

Práce se sériovým portem (1/20)Práce se sériovým portem (1/20)

Sériový (COM) port

Sériový port představuje nejjednodušší rozhraní pro spojení dvou procesorových jednotek – PC (DTE – Data Terminal Equipment) a obecně (periferního) zařízení (DCE – Data Communication Equipment) se dvěmi datovými linkami (komunikace tam a zpět je nezávislá).

Sériový port může obsahovat další signální vodiče pro řízení sériového přenosu v režimu handshakingu.


Se sériovým portem se pracuje podobně jako se souborem. Nejprve se musí otevřít (definovat proud k portu), zápisem a čtením do/z portu se provádí požadovaná komunikace. Součástí kanálu jsou buffery (vyrovnávací paměti), které tvoří datové rozhraní mezi programem a fyzickým hardwarem portu.

U počítačů osazených jen USB portem, lze použít s emulátorem sériového portu (komunikace přes USB je však poloduplexní – jedna linka – data ven a pak dovnitř, ne současně).

RS232 – základní standardní sériový port – definice přenosových rychlostí, signálů, úrovní napětí.

Pro naše účely použijeme řadič sériového portu (pro Windows i Linux) definovaný v knihovně rs232.h, podrobnosti na:

http://www.teuniz.net/RS-232/

Popis nejdůležitějších funkcí knihovny rs232.h je uveden dále.


Popis důležitých funkcí knihovny rs232.h

int RS232_OpenComport(int comport_number, int baudrate, const char * mode)

Otevře sériový port pro komunikaci:

comport_number je číslo portu (začíná 0, ve Windows COM1 je 0, v Linuxu ttyS0 je 0),

baudrate je přenosová rychlost v Bd

mode je řetězec módu přenosu ve tvaru: počet datových bitů – parita – počet stopbitů

Vrací 1 v případě chyby.


int RS232_PollComport (int comport_number, unsigned char * buf, velikost int)

Čte znaky ze sériového portu:

buf je ukazatel do vyrovnávací paměti (řetězec),velikost je velikost vyrovnávací paměti v bajtechVrací počet přijatých znaků do vyrovnávací paměti.

int RS232_SendByte (int comport_number, unsigned char byte)

Odešle byte byte přes sériový port.

Vrací 1 v případě chyby.


int RS232_SendBuf (int comport_number, unsigned char * buf, velikost int)

Odešle více bytů přes sériový port:

buf je ukazatel do vyrovnávací paměti,velikost je velikost vyrovnávací paměti v bajtech.Vrací -1 v případě chyby, jinak vrátí počet bajtů odeslaných.

void RS232_cputs (int comport_number, const char * text)

Odešle řetězec text přes sériový port. Řetězec musí být zakončen znakem null.


void RS232_CloseComport (int comport_number)

Zavře sériový port pro komunikaci.

Další funkce knihovny rs232.h jsou určeny pro monitoring a ovládání handshakových signálů, více informací lze nalézt na:

http://www.teuniz.net/RS-232/


V následujících příkladech budeme prostřednictvím sériového portu ovládat řízený laboratorní zdroj Manson SDP2405. Sériový port je nutno nakonfigurovat na přenosovou rychlost 9600 Bd, bez parity s jedním stop bitem (více o RS232 např. na

http://cs.wikipedia.org/wiki/RS-232

Řídicí příkazy pro tento zdroj jsou vždy textové řetězce zakončené znakem '\r'.

Seznam příkazů:

SESS00 – otevření komunikace s laboratorním zdrojem. Znaky 00jsou povinné a zastupují adresu i v případě komunikace po RS-232, kdy z principu není žádná adresa požadována. Po vykonání tohoto příkazu se na zdroji objeví indikace REMOTE;

ENDS00 – uzavření komunikace s laboratorním zdrojem;


ENDS00 – uzavření komunikace s laboratorním zdrojem;

VOLT00XXX – nastavuje požadované napětí na zdroji v rozmezí 1 až 40 V. Příkaz se skládá ze tří částí: VOLT – uvozuje nastavení napětí, 00 – povinná část zastupující adresu a XXX – které přestavují požadovanou hodnotu napětí ve stovkách mV. Například pro nastavení 7,5 V bude zaslaný příkaz ve tvaru VOLT00075. Nezapomenout na první nulu před číslem 75;

CURR00YYY – nastavuje požadovanou hodnotu výstupního proudu v rozmezí 0 až 5 A. Při dosažení této hodnoty přejde laboratorní zdroj do režimu konstantního zdroje proudu. Hodnota YYY má význam Y,YY A. Například pro proudové omezení na 300 mA je tedy nutné odeslat příkaz CURR00030;

SOUT000 – připojení výstupních svorek. Po provedení tohoto příkazu se aktivuje výstup laboratorního zdroje;


SOUT001 – slouží pro deaktivaci výstupu;

GETD00 – slouží pro vyčítání aktuálních hodnot napětí , které je aktuálně na výstupních svorkách a proudu, který protéká výstupními svorkami zdroje. Tvar návratového řetězce je:

VVVVCCCCM,

kde VVVV je napětí v desítkách mV, CCCC je proud v mA a M indikuje, zda je zdroj v režimu proudového omezení (hodnota 1, jinak 0)Např. 074903060 reprezentuje svorkové napětí 7,49 V a protékající proud 0,306 A.


Příklad: Sestavte program, který bude blikat se žárovkou 24 V/ 100 W připojenou ke zdroji Manson s periodou cca 0,5 s.

K emulaci funkce blikání použijeme příkazy SOUT000 a SOUT001, časový definujeme pomocí funkce usleep() z knihovny unistd.h, kde parametrem je čas „uspání“ v mikrosekundách.

Nejprve si sestavíme pomocnou funkci, která odešle řetězec na výstup sériového portu a přečte stav vstupního bufferu včetně implementace uspávacích intervalů.

#include <stdlib.h>#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <string.h>#include "rs232.h"


int comtxrx(char *str, int cport){ char rx_str[21]; int m,n; printf("\r "); printf("\rSENT: %s \t", str); strcat(str, "\r"); RS232_cputs(cport, str); usleep(250000); // sleep for 0.25 second n=RS232_PollComport(cport, rx_str, 20); if(n>0) { printf("RECEIVED: "); for(m=0; rx_str[m]!='\0'; m++) if(rx_str[m]!='\n' && rx_str[m]!='\r') putchar(rx_str[m]); } usleep(250000); // sleep for 0.25 second return 0;}

int comtxrx(char *str, int cport){ char rx_str[21]; int m,n; printf("\r "); printf("\rSENT: %s \t", str); strcat(str, "\r"); RS232_cputs(cport, str); usleep(250000); // sleep for 0.25 second n=RS232_PollComport(cport, rx_str, 20); if(n>0) { printf("RECEIVED: "); for(m=0; rx_str[m]!='\0'; m++) if(rx_str[m]!='\n' && rx_str[m]!='\r') putchar(rx_str[m]); } usleep(250000); // sleep for 0.25 second return 0;}


int main(){ int cport_nr; // COM port number int cport_bdr=9600; // COM port baudrate 9.6 kBd char cport_mode[]={'8','N','1',0};// COM port mode

//- 8 bits, no parity, 1 stopbit, no control char tx_str[20]; // transmitting string

printf("Insert COM port number: "); scanf("%d", &cport_nr); if(RS232_OpenComport(cport_nr-1, cport_bdr, cport_mode)) { printf("\nCan not open comport\n"); printf("Press ENTER"); getchar(); return(0); }

Práce se sériovým portem Práce se sériovým portem (12/20)(12/20)

else printf("\nComport is open!\n"); strcpy(tx_str, "SESS00"); comtxrx(tx_str,cport_nr-1); strcpy(tx_str, "CURR00500"); comtxrx(tx_str,cport_nr-1); strcpy(tx_str, "VOLT00240"); comtxrx(tx_str,cport_nr-1); while(1) { strcpy(tx_str, "SOUT000"); comtxrx(tx_str,cport_nr-1); strcpy(tx_str, "SOUT001"); comtxrx(tx_str,cport_nr-1); } return(0);}

Příklad: BPC2E_Ex99.c + rs232.h

Práce se sériovým portem Práce se sériovým portem (13/20)(13/20)

Příklad: Sestavte program, který pomocí zdroje Manson změří ampérvoltovou charakteristiku žárovky 24 V/ 100 W, výsledky nechť jsou uloženy jako formát CSV. Port a jméno souboru jsou parametry při spouštění programu.

Program bude postupně nastavovat napětí na výstupních svorkách zdroje pomocí příkazu VOLT00XXX a pomocí příkazu GETD00 bude vyčítat skutečnou změřenou hodnotu napětí a proudu. CSV (Comma-separated values) je jednoduchý textový formát pro ukládání číselných hodnoty oddělených čárkami (nebo středníky). Je určený pro výměnu tabulkových dat a umožňuje snadný přenos např. do MS Excelu (oddělovač středník). Budeme uvažovat následující formu:

napětí';'proud'\n'


int comtxrx(char *t_str, char *r_str, int cport){ int m,n;

strcat(t_str, "\r"); RS232_cputs(cport, t_str); usleep(250000); // sleep for 0.25 second n=RS232_PollComport(cport, r_str, 20); for(m=0; r_str[m]!='\r' && r_str[m]!='\0'; m++); if(r_str[m]=='\r') r_str[m]='\0'; return 0;}

Upravená funkce pro zápis a čtení textových zpráv ze sériového portu.


int main(int argc, char *argv[]){ int cport_nr; // COM port number int cport_bdr=9600; // COM port baudrate 9.6 kBd char cport_mode[]={'8','N','1',0};// COM port mode

//- 8 bits, no parity, 1 stopbit, no control char tx_str[20]; // transmitting string char rx_str[20]; // received string char test; char file_name[20]; double volt, volt_incr; char str_volt[20], str_curr[20]; char csv_str[13]; FILE *ptrf; int slen, i, j; int csv_ind[]={0, 1, 3, 4, 6, 8, 9, 10};

Hlavní program


if(argc!=3) { printf("\nError: Incorrect number of

parameters!\n"); printf("Press ENTER"); getchar(); return 0; } slen=strlen(argv[1]); if(slen>3) { printf("\nError: Incorrect characters in the

COM port number!\n"); printf("Press ENTER"); getchar(); return 0; }


else { test=1; for(i=0; i<(slen-1); i++) if(!isdigit(argv[1][i])) test=0; if(test) cport_nr=atoi(argv[1])-1; else { printf("\nError: COM port number consists

non-numeric character!\n"); printf("Press ENTER"); getchar(); return 0; } }


if(RS232_OpenComport(cport_nr, cport_bdr, cport_mode))

{ printf("\nCan not open comport\n"); printf("Press ENTER"); getchar(); return(0); } else printf("\nComport is open!\n");

ptrf=fopen(argv[2], "w");

strcpy(tx_str, "SESS00"); comtxrx(tx_str, rx_str, cport_nr); strcpy(tx_str, "CURR00500"); comtxrx(tx_str, rx_str, cport_nr);


strcpy(tx_str, "VOLT00000"); comtxrx(tx_str, rx_str, cport_nr); strcpy(tx_str, "SOUT000"); comtxrx(tx_str, rx_str, cport_nr); csv_str[2]=','; csv_str[5]=';'; csv_str[7]=','; csv_str[11]='\n'; csv_str[12]='\0'; volt_incr=0.1; for(volt=2; volt<=24; volt+=volt_incr) { sprintf(str_volt, "%d", (int)(volt*10)); strcpy(tx_str, "VOLT00"); if(volt<1) strcat(tx_str, "0"); if(volt<10) strcat(tx_str, "0"); strcat(tx_str, "0"); strcat(tx_str, str_volt);


printf("%s\n", tx_str); comtxrx(tx_str, rx_str, cport_nr); strcpy(tx_str, "GETD00"); comtxrx(tx_str, rx_str, cport_nr); printf("%s\n", rx_str); for(i=0; i<8; i++) csv_str[csv_ind[i]]=rx_str[i]; fprintf(ptrf, "%s", csv_str); } fclose(ptrf); strcpy(tx_str, "SOUT001"); comtxrx(tx_str, rx_str, cport_nr); strcpy(tx_str, "ENDS00"); comtxrx(tx_str, rx_str, cport_nr); return(0);}

Příklad: BPC2E_Ex100.c + rs232.h

Téma následující přednášky

– Úvod do objektově orientovaného programování a C++

DĚKUJI ZA POZORNOST

Date post:	13-Jan-2016
Category:	Documents
Upload:	zarita
View:	23 times
Download:	0 times

Počítače a programování 2

Documents