【正文】 高電平（接 Vcc 端）， CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。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。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 18 與單片機(jī)的 IO 口連接，即每個(gè)按鍵獨(dú)占一條口線，這種接法簡(jiǎn)單。本次設(shè)計(jì)采用 9 芯針接口，其 主要包括 DCD(Data Carrier Detect)載波檢測(cè)引腳， RXD(Received Data)接收數(shù)據(jù)引腳， TXD(Transmit Data)發(fā)送數(shù)據(jù)引腳，DTR(Data Terminal Ready)數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備就緒引腳， SGND(Signal Ground)信號(hào)地引腳， DSR(Data Set Ready)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒引腳， RTS(Request 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。一個(gè)周期包括 3 個(gè)數(shù)據(jù)讀取和 2 個(gè)數(shù)據(jù)寫(xiě)入，與此同時(shí)，在 CPU 活動(dòng)時(shí)， DMA 控制器可自主進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。 本設(shè)計(jì)以串口方式實(shí)現(xiàn) DSP 和單片機(jī)之間的通信， S52 的 RXD 腳接 DSP的 TX 腳，實(shí)現(xiàn) DSP 發(fā)送數(shù)據(jù)由 S52 接受， TXD 腳接 DSP 的 RX 腳，實(shí)現(xiàn) S52發(fā)送數(shù)據(jù) DSP 接受，并將 GND 腳連接。 . 29 單片機(jī)的程序設(shè)計(jì) . 鍵盤(pán)管理及指示燈響應(yīng)程序設(shè)計(jì) 為實(shí)現(xiàn)各按鍵功能，需要對(duì)按鍵編號(hào)定義。 程序流程如圖 14 所示： 31 圖 14 添加用戶流程圖 鍵 8 用于權(quán)限管理，循環(huán)按鍵，在 3 之間循環(huán)滾動(dòng)，按鍵停留時(shí)，顯示數(shù)字表示當(dāng)前要添加的用戶權(quán)限， 1 為最低， 3 為最高。 需要驗(yàn)證用戶時(shí)，按下鍵 5 即執(zhí)行搜索比對(duì)操作，單片機(jī)向 DSP 發(fā)送采集圖像并進(jìn)行 1:N 比對(duì)命令，比對(duì)成功后，返回信息， LED 數(shù)碼管顯示用戶 ID，若用戶不存在，則返回相應(yīng)信息， LED 顯示 NOUS。 通信中的發(fā)送流程（以單片機(jī)為參考）如圖 19 所示： 開(kāi)始 選擇最右邊的 LED 送位選碼 延時(shí) 段碼 緩沖區(qū)下移一位 LED 左移一位 是否到最后一位 N Y 送段碼 結(jié)束 36 圖 19 通信發(fā)送流程 圖 （以單片機(jī)為參考） 通信中的接收流程（以單片機(jī)為參考）如圖 20 所示： 圖 20 通信接收流程 圖 （以單片機(jī)為參考） 開(kāi)始 檢測(cè)接收緩存是否有數(shù)據(jù) 繼續(xù)等待 判斷返回?cái)?shù)據(jù)第四位 顯示相應(yīng)結(jié)果 N Y 返回 開(kāi)始 串口初始化 檢測(cè)發(fā)送緩存是否有數(shù)據(jù) 繼續(xù)等待 向 DSP 發(fā)送數(shù)據(jù) DSP 響應(yīng)并返回應(yīng)答 N Y 返回 37 程序設(shè)計(jì)見(jiàn)附錄 F。 . 串口調(diào)試 在單片機(jī)編程中，串口占了很重要的地位。因?yàn)榘l(fā)送完一個(gè)字節(jié)之后，單片機(jī)會(huì)自動(dòng)將 TI 置 1 以表示幀發(fā)送結(jié)束，所以運(yùn)行到此步時(shí)需要手動(dòng)將串口調(diào)試窗口中的 TI 選框標(biāo)記，而后由程序清零，以繼續(xù)執(zhí)行。 本次設(shè)計(jì)用到的晶振大小為 ，故需在目標(biāo)文件屬性里對(duì)晶振頻率進(jìn)行設(shè)置如下： 39 圖 21 Keil 仿真晶振設(shè)置 下面以發(fā)送添加用戶指令為例。此外單片機(jī)一般采用 5V以下的電源供電，USB 接口也采用 5V電源，所以，該下載線還可以通過(guò)電腦向單片機(jī)提供工作電源。 . 通信模塊程序設(shè)計(jì) 單片機(jī)和指紋模塊的通信首先需要將串口初始化，即設(shè)定二者之間的串口通信命令：波特率為 19200bps， 1 起始位， 1 停止位，無(wú)校驗(yàn)位。成功返回 SUCCESS 應(yīng)答，失敗返回 FAIL應(yīng)答。用戶 ID 自動(dòng)遞增，并在 LED 數(shù)碼管上顯示。若此值為 0，若無(wú)指紋按壓則指紋采集過(guò)程將一直持續(xù)；若此值非 0，在 tout*T0 時(shí)間內(nèi)若無(wú)指紋按壓則系統(tǒng)將超時(shí) 退出。 Code Composer Studio IDE功能的代碼生成工具，包括一個(gè) C 編譯器，模擬器，可視化鏈接， RTDX， XDS510 23 仿真的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和評(píng)估模塊。它具有如下特性： ?? 最高時(shí)鐘頻率可達(dá) 300MHz，指令周期時(shí)間為 ； ?? 16K 字節(jié)高速指令緩存； ?? 雙乘法器，速度可達(dá)每秒 60 億次乘法計(jì)算； ?? 1 程序總線， 3 內(nèi)部數(shù)據(jù)操作數(shù)讀總線， 2 內(nèi)部數(shù)據(jù)操作數(shù)寫(xiě)總線； ?? 16K16bit 片上 RAM，由 4 塊 4K16 位雙存取 RAM（ DARAM） 組成； ?? 16K16bit 等候狀態(tài)片上 ROM； ?? 8M16bit 的最大尋址外部?jī)?nèi)存空間 ； ?? 32 位外部并行總線內(nèi)存支持外部存儲(chǔ)器接口（ EMIF）與通用輸入輸出（ GPIO）功能和無(wú)縫接口 ； ?? 仿真調(diào)試跟蹤功能 ， 保存 最后 16 程序計(jì)數(shù) 值 （ PC）連續(xù)性和最后 32 PC值 ； 22 ?? 6 個(gè)低功耗可編程控制功能控制域； ?? 片上外設(shè)包括： 六通道直接存儲(chǔ)器存?。?DMA）控制器 ； 兩個(gè)多通道緩沖串行端口（ McBSPs） ； 可編程模擬鎖相環(huán)循環(huán)（ APLL）時(shí)鐘發(fā)生器 ； 通用的 I O（ GPIO）引腳和專用 輸出（ XF）引腳 ； 8 位并行主機(jī)接口（ HPI） ； 4 個(gè)定時(shí)器，包括 兩個(gè) 64 位通用定時(shí)器 ， 64 位的可編程看門(mén)狗定時(shí)器 和 64 位的 DSP BIOS 計(jì)數(shù)器 ； 內(nèi)部集成電路（ I2C）接口 ； 通用異步接收器器（ UART） ； 片上的基于掃描的仿真邏輯 ； JTAG（ Joint Test Action Group， 聯(lián)合測(cè)試 ） 邊界掃描邏輯 ； ?? V 的 I O 電源電壓 ； ?? V 的核心供電電壓 。本設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位。這種鍵盤(pán)使用方便，但硬件較復(fù)雜。當(dāng)按下電源鍵時(shí)，電源開(kāi)啟，電源指示 燈點(diǎn)亮。 EAVPP：外部訪問(wèn)允許，欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。 ALEPROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 IO 口， P3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。 此外， 和 分別作定時(shí)器計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和定時(shí)器計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ） 在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收低8 位地址字節(jié)。對(duì) P0 端口寫(xiě) “ 1” 時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 . 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)電路框架是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，對(duì)系統(tǒng)所需元件、設(shè)備參數(shù)進(jìn)行必要的計(jì)算，通過(guò)認(rèn)真研究、分析、比較選定設(shè)備型號(hào)，再將設(shè)備、元件通過(guò)可靠的接口電路聯(lián)系起來(lái)構(gòu)成的一個(gè)完整的系統(tǒng)。能進(jìn)行指紋的識(shí)別，指紋識(shí)別出錯(cuò)時(shí)，報(bào)警提示。 3. 12 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) . 系統(tǒng)功能簡(jiǎn)述 本系統(tǒng)是針對(duì)指紋采集、識(shí)別模塊開(kāi)發(fā)出的指紋識(shí)別系統(tǒng)。 . 指紋圖像的匹配 指紋匹配要解決的是對(duì)兩幅給定指紋圖像的特征模式進(jìn)行比對(duì)，判斷這兩幅圖像是否來(lái)自同一個(gè)人的同一手指。 目前已定義的特征類型己達(dá) 150 多種，但是這些擴(kuò)展的特征往往不易提取相互區(qū)分，并且它們都可以由端點(diǎn)和分叉點(diǎn)的組合進(jìn)行描述，這使得 端點(diǎn)和分叉點(diǎn)成為最常用的結(jié)構(gòu)特征，也稱為細(xì)節(jié)特征，它被認(rèn)為是最穩(wěn)定、最容易檢查的，而且占全部特征點(diǎn)的 80％以上。 (4) 魯棒性：要求這種特征對(duì)噪聲的存在與指紋形變不敏感。 細(xì)化將黑白二值圖像細(xì)化成了單個(gè)像素帶寬的指紋圖像，由于模板的選擇不同，上圖中的細(xì)化圖像一定程度上存在毛刺、分 叉、斷點(diǎn)等不理想的情況。 已有的算法迭代按迭代方式的不同分為串行算法和并行算法。理想細(xì)化后的紋線骨架應(yīng)該是原始紋線的中間位置，并保持紋線的連通性、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)特征。 二值化后的圖像中的點(diǎn)還要進(jìn)行修改，修改條件為：當(dāng)像素為 1 時(shí)，它周?chē)c(diǎn)不大于 3 個(gè)為像素 1 點(diǎn)則修改為 0；當(dāng)像素為 0 時(shí)，它周?chē)恍∮?7 個(gè)點(diǎn)為像素 1 的點(diǎn)，則修改為 1。根據(jù)是否將圖像分塊處理，又分全局閾值算法和局部閾值算法兩種，全局閾值算法是將整幅圖像以一個(gè)閾值處理，而局部閾值算法則把原圖分 成若干個(gè)子圖，在每個(gè)子圖中確定閩值，在進(jìn)行二值化，由于指紋圖像在不同區(qū)域的亮度和對(duì)比度是有差別的，因而全局閾值算法不適用。下面的圖像為指紋圖像歸一化和分割后的結(jié)果。具體步驟分以下三步： 首先，將低頻圖分成 MM 大小的無(wú)重疊方塊，方塊的大小以一谷一脊為宜。圖像均值就是對(duì)每一個(gè)單位塊的灰度值取均值，方差則反映該塊中各點(diǎn)與均值的偏差性，這可以很好的反映紋理 的變化趨勢(shì)。 2. 5 指紋識(shí)別原理 . 指紋圖像的分割 . 指紋圖像分割概述 在指紋識(shí)別系統(tǒng)中，指紋圖像分割是圖像預(yù)處理的一部分。中科院自動(dòng)化所智能生物信息系統(tǒng)研究組和北京數(shù)字指通軟件技術(shù)有限公司對(duì)自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)進(jìn)行了長(zhǎng)期的理論研究和應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，指紋圖像的識(shí)別準(zhǔn)確率和識(shí)別速度已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。 基于特征的指紋識(shí)別算法是找到并比對(duì)指紋的特征。就現(xiàn)有文獻(xiàn)和產(chǎn)品來(lái)看，對(duì)低質(zhì)量的指紋圖像的處理效果還遠(yuǎn)不能令人滿意，對(duì)于質(zhì)量很差的圖像，如果不經(jīng)過(guò)特殊的增強(qiáng)處理，是很難正確地進(jìn)行特征提取的。盡管人們已經(jīng)對(duì)自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)作了深入廣泛的研究，指紋識(shí)別技術(shù)也獲得了不少應(yīng)用，但是其應(yīng)用在目前并沒(méi)有獲得普及，這主要是因?yàn)橹讣y識(shí)別在識(shí)別準(zhǔn)確性和 識(shí)別速度方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足很多實(shí)際應(yīng)用的要求。 指紋特征是人終生不變的特征之一，而且不同人的指紋特征相同的可能性幾乎為零。通過(guò)操作獨(dú)立式鍵盤(pán)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。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。 Serial Communications。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。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。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。 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。特征集合則是幾種的結(jié)合。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)。 ? ??????1H010 ),(LH1A V EiLj jiI （ 5） 21H010 A V E),( LH1V A R ）（? ?????? iLj jiI （ 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)。 . 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。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。細(xì)化可以便我們得到絞線的單像素的骨架。 (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。 9 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。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。 (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)。 . 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) 3 3 的模板便可將端點(diǎn)和分叉點(diǎn)提取出來(lái)。基于特征點(diǎn)的匹配算法具有簡(jiǎn)單、快速、魯棒性等優(yōu)點(diǎn)。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。能進(jìn)行指紋數(shù)據(jù)的管理，添加和刪除指紋數(shù)據(jù)。系統(tǒng)總 體 13 框圖如圖 5 所示： 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（ Large Electronic Display，大型電子展示 ）、指紋模塊組成。 另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種 軟件 可選擇節(jié)電模式。在 FLASH 編程時(shí)， P0 口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。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）。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。對(duì) FLASH 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。 FLASH 存儲(chǔ)器編