【正文】 t To Send)請(qǐng)求發(fā)送引腳，CTS(Clear To Send)清除發(fā)送引腳，RI(Ring Indicator)振鈴提示引腳。顯示及驅(qū)動(dòng)電路如圖10所示：圖 10 顯示及驅(qū)動(dòng)電路. 復(fù)位模塊復(fù)位電路用于產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，通過(guò)RST引腳送入單片機(jī)，復(fù)位是單片機(jī)的初始操作，其主要功能是:為一些專用寄存器設(shè)置初始狀態(tài)、程序狀態(tài)字PSW清0、程序計(jì)數(shù)器PC被賦值為0000H等，除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需安裝復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。獨(dú)立式實(shí)際上就是一組獨(dú)立的按鍵，這些按鍵可直接與單片機(jī)的I/O口連接，即每個(gè)按鍵獨(dú)占一條口線，這種接法簡(jiǎn)單。編碼鍵盤采用硬件方法產(chǎn)生鍵碼。通過(guò)在芯片的外部XTAL1和XTAL2兩個(gè)引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩電路。此外，片上資源包括看門狗定時(shí)器、UART、定時(shí)器0和定時(shí)器1，以及定時(shí)器2。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。RST：復(fù)位輸入。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。對(duì)P2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。對(duì)P1端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。在這種模式下，P0不具有內(nèi)部上拉電阻。AT89S52引腳圖如圖6，其主要引腳功能介紹如下：圖 6 AT89S52引腳圖P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。. 系統(tǒng)核心部件單片機(jī)AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。系統(tǒng)總體框圖如圖5所示： AT89S52 單片機(jī)數(shù)碼顯示管指紋模塊獨(dú)立按鍵指示燈蜂鳴器電源、時(shí)鐘電路圖5 系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)主要由MCU（Microcontroller Unit，微程序控制器）、LED屏（若信息經(jīng)核對(duì)相符，即提示該用戶擁有權(quán)限，若不相符，即提示非法操作。能進(jìn)行指紋數(shù)據(jù)的管理，添加和刪除指紋數(shù)據(jù)。(2) 指紋識(shí)別。簡(jiǎn)單的描述本次設(shè)計(jì)的功能即使用指紋模塊檢測(cè)、錄入指紋，將比對(duì)結(jié)果顯示。點(diǎn)匹配算法是通過(guò)某些變換，如平移變換、旋轉(zhuǎn)變化、伸縮變換，可以把兩個(gè)點(diǎn)集中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)匹配起來(lái)?；谔卣鼽c(diǎn)的匹配算法具有簡(jiǎn)單、快速、魯棒性等優(yōu)點(diǎn)。在匹配前還需對(duì)毛刺、小橋等偽特征點(diǎn)加以識(shí)別和處理，這樣有助于后面匹配的進(jìn)行，使匹配更加精確無(wú)誤和快速。. 指紋特征提取和去偽特征目前在細(xì)化二值圖像中提取細(xì)節(jié)特征多是用8鄰域法，該方法比較簡(jiǎn)單，在得到可靠的細(xì)化二值圖像后，只需要一個(gè)33的模板便可將端點(diǎn)和分叉點(diǎn)提取出來(lái)。Galton定義了4種細(xì)節(jié)點(diǎn)類型：分叉點(diǎn)，端點(diǎn)，環(huán)、島，并指出細(xì)節(jié)點(diǎn)具有唯一性，可以用于指紋匹配。(3) 基于細(xì)化圖像的特征提取方法：這種方法是將指紋圖像處理后得到細(xì)化圖像，通過(guò)細(xì)化圖像提取特征點(diǎn)。(3) 緊湊性：要求提取的特征不應(yīng)包含指紋唯一性以外的冗余信息，并且信息量要盡量小，便于存儲(chǔ)、管理和計(jì)算。前面所敘述的指紋圖像預(yù)處理目的就是為指紋的特征提取和最終識(shí)別建立一個(gè)良好的基礎(chǔ)，以保證整個(gè)系統(tǒng)識(shí)別率比較高。細(xì)化結(jié)果如圖3所示： 圖a 指紋分割圖像 圖b 指紋二值化圖像 圖c 指紋細(xì)化圖像圖3 指紋圖像的二值化及細(xì)化結(jié)果從分割后的二值化處理圖像中，我們可以看到，整個(gè)灰度變成了黑白的二值圖像圖，圖像的條紋比較清楚，它的實(shí)現(xiàn)有助于壓縮數(shù)據(jù)量和細(xì)化的實(shí)現(xiàn)。不同的文獻(xiàn)上有不同的關(guān)于細(xì)化方法，如王家隆等以及王業(yè)琳等的細(xì)化模板，制約細(xì)化的直觀表現(xiàn)在計(jì)算速度、毛刺和斷點(diǎn)上。(7) 快速性：算法簡(jiǎn)單，速度快。(3) 拓?fù)湫裕翰灰鸺y線的逐步吞食，保持原圖像的基本結(jié)構(gòu)特性。細(xì)化處理是指在指紋圖像二值化以后，在不影響紋線連通性的基礎(chǔ)上，刪除紋線的邊緣像素，直到紋線為單像素寬為止。細(xì)化可以便我們得到絞線的單像素的骨架。此時(shí)背景為白，紋線為黑。這種方法雖然簡(jiǎn)單，但是對(duì)噪聲較大，圖像質(zhì)量不好的指紋會(huì)產(chǎn)生較大的二值化噪聲?；叶葓D二值化的基本思想是選取適當(dāng)?shù)幕叶乳撝?，將灰度圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像。. 指紋圖像的細(xì)化. 指紋圖像細(xì)化的預(yù)處理這部分預(yù)處理主要為二值化。 （7）其中AVE0和VAR0為期望的灰度均值和方差。 （5） （6）最后，如果計(jì)算得到的方差幾乎接近于零就認(rèn)為是背景，對(duì)于方差不為零的區(qū)域再進(jìn)行閾值分割算法，這種算法主要是根據(jù)計(jì)算得到的方差來(lái)決定其是否為背景區(qū)。該算法基于背景區(qū)灰度方差小，而指紋區(qū)方差大的思想，將指紋圖像分成塊，計(jì)算每一塊的方差，如果該塊的方差小于閾值為背景，否則為前景。這種方法最大的優(yōu)點(diǎn)是易實(shí)現(xiàn)，很好體現(xiàn)出紋理，但缺點(diǎn)是對(duì)于變化太快的部分出錯(cuò)。其中塊指的是將圖像分個(gè)成一個(gè)個(gè)小的圖像塊。特征集合則是幾種的結(jié)合。完成后整體可構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的指紋識(shí)別系統(tǒng)，或作為一個(gè)完整的外部設(shè)備。與國(guó)外相比，我國(guó)在自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)的研究水平上還存在一定的差距。目前許多公司和研究機(jī)構(gòu)在指紋識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域都取得了突破性的進(jìn)展，推出許多指紋識(shí)別與傳統(tǒng)IT技術(shù)完美結(jié)合的應(yīng)用產(chǎn)品，這些產(chǎn)品已經(jīng)被越來(lái)越多的用戶所認(rèn)可。指紋特征多種多樣，有特征點(diǎn)、奇異點(diǎn)、域方向圖、脊線數(shù)目，甚至脊線線型等。這類算法的問(wèn)題在于圖像特征難以定義和匹配，因此算法的拒識(shí)率和誤識(shí)率較高。計(jì)算復(fù)雜性是自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)中一個(gè)重要的研究課題。指紋識(shí)別系統(tǒng)主要包括5部分：指紋圖像采集，指紋圖像預(yù)處理，指紋圖像二值化及細(xì)化，指紋特征提取和指紋特征匹配，如圖1所示。另外，對(duì)輸入的指紋圖提取關(guān)鍵特征后，可以大大減少網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)，便于實(shí)現(xiàn)異地確認(rèn)，支持計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)功能。因此，指紋識(shí)別技術(shù)，作為一種可靠的生物識(shí)別技術(shù)，受到了人們的重視。指紋的細(xì)節(jié)由細(xì)微紋點(diǎn)和紋線的起點(diǎn)、終點(diǎn)、分叉等組成。生物識(shí)別技術(shù)的發(fā)展讓這一問(wèn)題得到很好地解決。 Serial Communications。通過(guò)操作獨(dú)立式鍵盤按鍵，向指紋模塊的DSP芯片發(fā)送相應(yīng)指令，從而執(zhí)行添加用戶、刪除指定用戶、刪除全部用戶、認(rèn)證用戶，以及管理用戶權(quán)限等功能。每個(gè)人都有著自己特有的特征，用本身的特征來(lái)驗(yàn)證身份有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。生物識(shí)別技術(shù)的出現(xiàn)給身份識(shí)別的研究帶來(lái)了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和指紋模塊之間的串口通信。 Fingerprint identification。而我們的生活隨時(shí)都需要進(jìn)行個(gè)人身份的確認(rèn)和權(quán)限的認(rèn)定。(2) 唯一性，指每一個(gè)人的指紋都不同。(4) 指紋與主體的不可分離性：即指紋不存在丟失、遺忘、被竊取的可能。. 指紋識(shí)別技術(shù)相對(duì)于其它生物識(shí)別認(rèn)證技術(shù)而言，自動(dòng)指紋識(shí)別是一種更為理想的身份確認(rèn)技術(shù)，指紋識(shí)別中使用的模板并非最初的指紋圖，而是由指紋圖中提取的關(guān)鍵特征，這樣使系統(tǒng)對(duì)模板庫(kù)的存儲(chǔ)量較小。在實(shí)際應(yīng)用中，有相當(dāng)一部分要處理的指紋圖像的質(zhì)量是比較差的。要想設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)較多真正特征點(diǎn)缺失、較多偽特征點(diǎn)出現(xiàn)和較大形變均不敏感的指紋匹配算法，也是一件十分困難的事。基于圖像的識(shí)別算法認(rèn)為，指紋圖像的頻域和空域信息可以用來(lái)唯一表示并識(shí)別不同的指紋，它是一種使用全局信息進(jìn)行識(shí)別的方法。目前大多數(shù)的自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)使用的都是這類算法。提取該細(xì)節(jié)特征有多種方法：基于灰度指紋圖像直接提取，基于二值圖像的特征提取，基于細(xì)化圖像的特征提取。指紋識(shí)別技術(shù)多用于對(duì)安全性要求比較高的領(lǐng)域，麗在商務(wù)移動(dòng)辦公領(lǐng)域頗具建樹(shù)的富圭通、三星及IBM等國(guó)際知名品牌都擁有技術(shù)與應(yīng)用較為成熟的指紋識(shí)別系統(tǒng)。并采用C語(yǔ)言構(gòu)建系統(tǒng)程序，通過(guò)執(zhí)行不同的按鍵動(dòng)作，使單片機(jī)向模塊發(fā)送相應(yīng)指令，以完成對(duì)應(yīng)功能。圖像特征是指紋圖像的固有屬性，如灰度值，鄰域關(guān)系，紋線的扭曲程度等。代表塊特征的指紋圖像分割目前研究趨勢(shì)為多種塊基本特征如灰度均值、塊灰度方差、塊方向圖等綜合運(yùn)用和重新定義塊特征。Lin Hong等人開(kāi)發(fā)的基于最小均方估計(jì)算法，即公式法如下： （1） （2） （3） （4）它是利用正交坐標(biāo)系下，原點(diǎn)到它們組成的坐標(biāo)點(diǎn)的有向線段與X的正半軸的夾角可來(lái)表示該子塊的塊方向。在這部分將重點(diǎn)介紹均值法差法的計(jì)算方法。設(shè)指紋圖像I的大小為HL，I(i，j)為像素點(diǎn)(i，j)的灰度，AVE和VAR分別為原指紋圖像的均值和方差，AVE和VAR可以通過(guò)公式（5）和公式（6）計(jì)算得到。指紋圖像的歸一化公式如式（7）所示，當(dāng)大于平均值時(shí)為加。在歸一化處理降頻和通過(guò)區(qū)域均值方差的后得到的圖像條紋清晰，輪廓分明，對(duì)于后面的細(xì)化和匹配有很大的幫助。這樣不僅可以壓縮原指紋圖像的數(shù)據(jù)量，而且也方便后面的細(xì)節(jié)特征的提取。一般的圖像處理中的二值化算法主要是計(jì)算整幅圖像的灰度平均值，然后將該值作為門限，高于該門限的像素點(diǎn)就置1，反之置0。背景和灰度值為255的紋線像素置為1，這做法的目的是去除不確切的點(diǎn)。指紋圖像細(xì)化處理由于灰度過(guò)渡區(qū)的存在，指紋細(xì)化是指紋圖像預(yù)處理中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，因?yàn)橐话愕奶卣魈崛《际窃诩?xì)化的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，如果細(xì)化不好，將無(wú)法使用常規(guī)的特征提取算法提取細(xì)節(jié)特征信息。在文字識(shí)別、地質(zhì)構(gòu)造識(shí)別、工業(yè)零件形狀識(shí)別或圖像理解中，先對(duì)被處理圖像進(jìn)行細(xì)化有助于突出形狀特點(diǎn)和減少冗余信息。(2) 連通性；不破壞紋線的連接性。(6) 中軸性：骨架盡可能接近條紋中心線。并行細(xì)化算法對(duì)圖像進(jìn)行細(xì)化時(shí)利用相同的條件同時(shí)檢測(cè)所有像素點(diǎn)，其結(jié)果具有各向同性，因此從算法原理上并行算法優(yōu)于串行算法。這樣就可以將較粗的圖像曲線細(xì)化成很細(xì)的以像素為單位的線，大大減少了圖像的信息量，有利于匹配的高效進(jìn)行。. 指紋圖像的特征提取. 指紋特征提取概述特征提取就是對(duì)細(xì)化后的指紋圖像提取表示其特征的信息的操作。(2) 可測(cè)試性：適用于指紋匹配算法，便于在匹配算法中應(yīng)用。(2) 基于直接灰度的特征提取方法：這種方法直接從灰度圖像出發(fā)，通過(guò)分析圖像的紋理屬性和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提取特征點(diǎn)。指紋由脊線和谷線交替構(gòu)成，在大多數(shù)地方紋線連續(xù)且相互平行，而某些局部不連續(xù)的地方構(gòu)成了細(xì)節(jié)點(diǎn)。最后確定出特征點(diǎn)的類型、位置、方向。圖4 通過(guò)判斷后得到的特征點(diǎn)分布圖這個(gè)特征點(diǎn)分布結(jié)果圖包含了特征點(diǎn)和偽特征點(diǎn)。指紋圖像匹配方面，主要有基于圖像，脊線結(jié)構(gòu)和特征點(diǎn)的方法。通過(guò)將細(xì)節(jié)點(diǎn)表示為點(diǎn)模式，一個(gè)指紋識(shí)別問(wèn)題可以轉(zhuǎn)化為一個(gè)點(diǎn)模式匹配問(wèn)題。它利用人體指紋各異性和不變性，為用戶提供加密手段，使用時(shí)只需將手指平放在指紋采集儀的采集窗口上，即可完成采集任務(wù)，并將顯示出指紋模塊采集指紋圖像各個(gè)流程及比對(duì)的結(jié)果。指紋圖像通過(guò)專門的指紋采集儀采集。(3) 指紋管理。通過(guò)按鍵進(jìn)行指紋系統(tǒng)的功能選擇，采用數(shù)碼管與LED（Light Emitting Diode，發(fā)光二極管）指示燈綜合提示操作內(nèi)容。主控芯片選用AT89S52單片機(jī)。然后，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)對(duì)其它接口器件，如顯示屏、蜂鳴器、指示燈進(jìn)行響應(yīng)操作。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。端口引腳第二功能： T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用）P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。對(duì)P3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。端口引腳第二功能： RXD(串行輸入口) TXD(串行輸出口) INTO(外中斷0) INT1(外中斷1) TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0) T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。圖 7 電源模塊電路. 時(shí)鐘模塊時(shí)鐘電路用來(lái)產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。按其結(jié)構(gòu)形式可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤。非編碼鍵盤僅提供按鍵開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)，其鍵碼由軟件確定，這種鍵盤鍵數(shù)較少，硬件簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用于各種單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，在單片機(jī)控制電路中，可把單片機(jī)使用的鍵盤分為獨(dú)立式和矩陣式兩種。圖9 按鍵模塊電路. 顯示模塊采用八位共陽(yáng)數(shù)碼管，顯示原理跟單個(gè)LED的顯示原理完全相同，在段控線和位控線都串接一個(gè)電阻，以提高其輸出功率，在這里采用220歐母電阻。圖 11 復(fù)位模塊電路. 下載口模塊采用RS232接口，從PC機(jī)將程序下載至單片機(jī)芯片當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)編程實(shí)際應(yīng)用。圖 12 下載口模塊. 指紋模塊. TFSM51指紋識(shí)別模塊TFSM51 指紋