【正文】 地。 FPS200 的操作模式如表 31所 示 [3]。硬件接口框圖如圖 所示。此外，控 制器還采用了 ARM 可兼容 Thumb174。當(dāng)誤插入大于 6V 電源時(shí)， 管導(dǎo)通， 管將電壓限制在 5V 左右，保護(hù)板上的其它器件不被損壞；當(dāng)電流大于 500mA 時(shí)，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲 SMD050 電阻變得很大，保護(hù)電源不被損壞。 JTAG 最初是用來(lái)對(duì)芯片進(jìn)行測(cè)試的，基本原理是在器件內(nèi)部定義一個(gè) TAP(Test Access Port：測(cè)試訪問(wèn)口 )， 通過(guò)專用的 JTAG 測(cè)試工具對(duì)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。有的同一個(gè) JTAG 電纜可以支持 Xilinx CPLD， AXD/ADW 調(diào)試程序。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 第四章 指紋采集系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 當(dāng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)完畢，并測(cè)試系統(tǒng)在硬件上沒(méi)有問(wèn)題之后，就應(yīng)該考慮如何完成應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)。 FPS200Write(FPS_ICR,0x11)。 //從傳感器獲取一行指紋圖像數(shù)據(jù) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） for (i=0。緊接著 SPI 主機(jī)發(fā)送地址字節(jié) ， 即待讀的寄存器地址。然后主機(jī)發(fā)送地址字節(jié)，標(biāo)明了要寫的寄存器。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 整 幅 圖 像 獲 取整 幅 圖 像 獲 取 完 成清 零 S C S 發(fā) 送 寫 代 碼發(fā) 送 C T R L A 地 址發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 0 x 0 2置 位 S C S 等 待 行 獲 取 時(shí) 間清 零 S C S 發(fā) 送 讀 代 碼發(fā) 送 C T R L A 地 址讀 數(shù) 據(jù)行 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束 ？圖 像 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束 ？置 位 S C S 是否否是將 指 紋 數(shù) 據(jù) 發(fā) 送 給 P C 機(jī)圖 像 行 獲 取圖 像 行 獲 取 完 成等 待 行 獲 取 時(shí) 間清 零 S C S 發(fā) 送 讀 代 碼發(fā) 送 C T R L A 地 址讀 數(shù) 據(jù)行 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束 ？置 位 S C S 是否寫 R A H 、 R A L 寄 存 器寫 0 x 0 1 入 C T R L A圖 圖像獲取流程圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 行獲取方式主要捕獲特定的 某 行數(shù)據(jù)。指紋圖像行獲取流程圖如圖 所示。 為了讀寫寄 存器方便，本設(shè)計(jì) 編寫了 FPS200Write()和 FPS200Read()兩個(gè)函數(shù)，程序內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 流程圖如圖 所示。最后，主機(jī)采樣到數(shù)據(jù)的 LSB 后置 SCS高電平。 i++) { if (i!=0) { result=detectrow[i1]。 指紋檢測(cè) SPIFingerDetect ()函數(shù)的功能是判斷手指是否已經(jīng)放在傳感器上 ，其程序如下所示，先從傳感器獲取一行指紋數(shù)據(jù)，然后通過(guò)計(jì)算判斷是否有手指 。 開(kāi) 始關(guān) 閉 所 有 中 斷初 始 化 μC /O S Ⅱ 內(nèi) 核創(chuàng) 建 task S tart()啟 動(dòng) μC /O S Ⅱ結(jié) 束 圖 主程序流程圖 本指紋采集系統(tǒng)應(yīng)用程序的編寫是在 μC/OSⅡ操作系統(tǒng)上完成的。 EasyARM615 開(kāi)發(fā)套件的 JTAG 電路采用 ARM 公司提出的標(biāo)準(zhǔn) 20 腳 JTAG 仿真調(diào)試接口， JTAG 信號(hào)的定義與 LM3S 系列單片機(jī)的連接電路如圖 所示?，F(xiàn)在， JTAG 接口還常用于實(shí)現(xiàn) ISP(In— System Programmable：在線編程 )，對(duì)FLASH 等器件進(jìn)行編程。 圖 中的 C1， C2， C3， C4 和 C5 電容起到濾波作用，而 D3 發(fā)光二極管作為電源指示燈，開(kāi)發(fā)套件上電后 D3 就被 點(diǎn)亮。 電源電路設(shè)計(jì) EasyARM615 開(kāi)發(fā)套件采用 5V 供電。 基于 SPI 模式的 FPS200 接口電路設(shè)計(jì)如圖 所示。需要說(shuō)明的是，在該芯片中，地址選擇與數(shù)據(jù)寫入是分兩步完成的，先通過(guò) A0 置 0 來(lái)寫地址索引寄存器，然后再對(duì) A0 置 1 來(lái)讀寫對(duì)應(yīng)地址的數(shù)據(jù)寄存器； SPI 是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的同步串行接口，它允許 8 位數(shù)據(jù)同時(shí)、同步地被發(fā)送和接收，而且只用到的信號(hào)： SCLK，SCS， MOSI， MISO， EXTINT。 ? 可以通過(guò)在 FSET和地之間接一個(gè)電阻來(lái)設(shè)置內(nèi)部多諧振蕩器和自動(dòng)指紋檢測(cè)頻率。在芯片的三種工作模式中可以處于斷開(kāi)狀態(tài)。 功能寄存器256 300傳感器陣列采樣控制A / D 轉(zhuǎn)換模擬數(shù)據(jù)鎖存器索引寄存器控制SPIUSB多震蕩晶振 M OD E 1M OD E 0TE STINTR EXTINTDMDPM IS OM OS ICS 1CS 0D [ 7 : 0 ]P 1P 0AINISETFSE TXTAL 1XTAL 2WAIT A 0RD WR 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） ? WAIT為等輸出端口，低電平有效。另外，多頻振蕩電路用于為芯片提供時(shí)鐘信號(hào)。 4. 提供三種接口，更易于集成。 2 組電壓差值通過(guò)內(nèi)置的 8 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，就可以獲得具有灰度級(jí)的指紋圖像 。從系統(tǒng)每一個(gè)具體的功能模塊介紹其芯片的選型和接口電路。 圖 熱敏指紋傳感器 FCD4B14 圖 壓力指紋傳感器 BLP100 5. 超聲波 指紋 傳感器 超聲波掃描指紋的表面后，接收設(shè)備獲得指紋對(duì)超聲波的反射信號(hào)，然后根據(jù)指紋脊和谷的反射信號(hào)重構(gòu)出指紋圖像。它的面積只有 1. 28cm2，集成 90000 個(gè)電容，且?guī)в懈咚?A/D 轉(zhuǎn)換器件，該產(chǎn)品的分辨率為 500DPI。光學(xué)全反射技術(shù)的原理是：光線照射到壓有指紋的玻璃表面時(shí)，由 CCD 獲得反射光線，反射光的數(shù)量依賴于壓在玻璃表面的手指指紋的脊和谷的深度以及皮膚與玻璃間的油脂和水分。 兩枚指紋經(jīng)常會(huì)有相同的總體特征，但它們的局部特征（即特征點(diǎn)）卻不可能完全相同，因此，指紋識(shí)別技術(shù)通常使用指紋的總體特征如紋形、三角點(diǎn)等來(lái)進(jìn)行分類，在用 局部特征如位置和方向等來(lái)進(jìn)行識(shí)別用戶身份。本系統(tǒng)的任務(wù)劃分為： taskStart()、taskFinger()、 taskUart()，其優(yōu)先級(jí)和功能如表 21 所示。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分為三部分： FPS200 與處理器接口設(shè)計(jì)、ARM 處理器及外圍接口設(shè)計(jì)、 UART 通信 接口設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)以指紋傳感器FPS200為采集頭，以 ARM處理器為控制核心。其中 FPS200采用 MCU模式接口 , 指紋數(shù)據(jù)通過(guò) 8位并行方式經(jīng)控制器 , 暫存于外擴(kuò)的 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 。以指紋采集的硅芯片為例，國(guó)際上的幾大廠商幾乎壟斷了國(guó)內(nèi)所有的市場(chǎng)。在國(guó)外由于其開(kāi)發(fā)指紋識(shí)別系統(tǒng)比較早，而且主要利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行指紋識(shí)別，所以技術(shù)比較成熟。 指紋采集 發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀 指紋采集最關(guān)鍵的 環(huán)節(jié)是指紋傳感器。 同時(shí) 作為生物特征的指紋雖然穩(wěn)定性很好，但是仍然存在脫皮、外傷等問(wèn)題，這對(duì)高質(zhì)量的指紋采集技術(shù)產(chǎn)生 了 極大的挑戰(zhàn)，也是 自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng) 研究者需要努力克服的問(wèn)題。 4. 十指指紋各不相同，可以方便的構(gòu)成多種信息的組合。這種以“物”認(rèn)人辦法的漏洞是顯而易見(jiàn)的，首先：合法的人如果遺失驗(yàn)證其身份的“物”，則合法的人本身得不到合法的驗(yàn)證；其次：各種偽造證件、信物以及密碼被破譯或盜用又使非法的人得到合法的驗(yàn)證。 而后， 根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì) 指紋 芯片進(jìn)行了選型，確定了 系統(tǒng) 的 總體 設(shè)計(jì) 方案 ， 設(shè)計(jì)了硬件 開(kāi)發(fā) 平臺(tái) ； 在軟件方面， 編寫并調(diào)試了 FPS200 驅(qū)動(dòng) 程序 、指紋采集 程序、串行 通信 程序等 。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 、圖表要求： 1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。 Fingerprint Acquisition。人體的身體特征具有不可復(fù)制的特點(diǎn)，并且有唯一性和穩(wěn)定性，這是 生物識(shí)別技術(shù)的基礎(chǔ)。指紋識(shí)別系統(tǒng)過(guò)去主要應(yīng)用于刑偵系統(tǒng)， 近幾年來(lái)，它逐漸走向更為廣泛的民用市場(chǎng)。目前“離線式”采集方式在大多數(shù) 場(chǎng)合已經(jīng)消失。最初的這類傳感器采集的圖像質(zhì)量和光學(xué)傳感器有較大的差距，但是隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，它采集的圖像質(zhì)量也越來(lái)越高，現(xiàn)在這兩 種傳感器采集的圖像質(zhì)量差距已經(jīng)很小了。 自 1998 年以來(lái)，我國(guó)在指紋識(shí)別應(yīng)用研究方面發(fā)展迅速，核心技術(shù)與國(guó)外差距不大，國(guó)內(nèi)的部分研究成果在國(guó)際上具有先進(jìn)甚至領(lǐng)先水平。 第 2 章 指紋采集系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，指紋識(shí)別原理和指紋采集技術(shù) 第 3 章 指紋采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，具體介紹 了 每個(gè)功能模塊的芯片選型，接口電路原理圖的設(shè)計(jì)。 ? 方案 2：基于 數(shù)字信號(hào)處理器 的指紋采集系統(tǒng) 基于 DSP數(shù)字信號(hào)處理器的指紋采集系統(tǒng)原理框圖如圖 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思想 指紋采集系統(tǒng)框圖如圖 所示。 3. PC 機(jī)： 接收 ARM 處理器上傳的指紋數(shù)據(jù)，顯示指紋 圖像，并設(shè)置指紋傳感器參AR M 處理器 RS 232 接口SPI 接口指紋傳感器 PC 機(jī)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 數(shù)。盡管指紋只是人體皮膚的一小部分，但是，它蘊(yùn)涵大量的信息。 總之，指紋識(shí)別技術(shù)首先通過(guò)讀取指紋圖像，然后利用計(jì)算機(jī)識(shí)別軟件提取指紋的特征數(shù)據(jù)，最后通過(guò) 匹配 識(shí)別算法得到指紋識(shí)別結(jié)果。如圖 所示，就是長(zhǎng)春方圓公司生產(chǎn)的一種光學(xué)指紋傳感器。目前世界上最小的溫度傳感器是法國(guó) Atmel公司生產(chǎn)的 Finger Chip 系列的 FCD4B14，如圖 所示。表 22 是這幾內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 種傳感器性能的比較。 指紋傳感器與處理器接口設(shè)計(jì) 目前，市面上有很多種電容式指紋傳感器，例如富士通公司的 MBF200、 MBF300，意法半導(dǎo)體公司出品的 TCS1CD Touch Chip， Veridi 公司的 FPS100、 FPS200， 本設(shè)計(jì) 采用的是 FPS200。 2. 采用低功耗設(shè)計(jì)。 (2) USB： FPS200 內(nèi)置了高速 USB 核電路，外部不再需要其它 USB 控制器，因此可作為標(biāo)準(zhǔn)的 USB 設(shè)備來(lái)使用。 A0 為地址輸入端，低電平時(shí)表示選擇索引寄存器，高電平時(shí)表示選 擇數(shù)據(jù)緩沖器，在 SPI 和 USB 模式下處于斷開(kāi)狀態(tài)。 ? MOSI 和 MISO 是 SPI模式下的輸入輸出引腳，其具體狀態(tài)也是由 MODE0 和 MODE1這兩個(gè)引腳的狀態(tài)決定的。 ? TEST 為測(cè)試模式允許端，僅為生產(chǎn)廠家使用，用戶使用時(shí)直接將此引腳接至 VSS引腳即可。系統(tǒng)如果使用內(nèi)部晶體振蕩器，則直接將晶振電路與這兩個(gè)引腳相連即可，若是用外部晶體振蕩器， XTAL1 引腳直接 接外部晶體振蕩器的輸出端，而 XTAL2 引腳處于斷開(kāi)狀態(tài)。 FPS200 與處理器接口 電路設(shè)計(jì) S S I C L KS S I T xS S I R x S S I F s sM O S IM I S OS C L KS C S F P S 2 0 0E a s y A R M 6 1 5 M A S T E R S L A V EP D 0 I N T R 圖 EasyARM615 與 FPS200 硬件接口 框圖 圖 FPS200 接口 電路 采集器與處理器的接口設(shè)計(jì)是指紋采集的核心。 ARM 處理器及外圍接口 電路 設(shè)計(jì) LM3S615 芯片 Luminary Micro Stellaris 系列微控制器是首款基于 ARM CortexM3 的控制器，它將高性能的 32 位計(jì)算引入到對(duì)價(jià)格敏感的嵌入式微控制器應(yīng)用中。電源電路如圖 所示。通過(guò)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，可對(duì)具有 JTAG 接口的芯片的硬件電路進(jìn)行邊界掃描和故障檢測(cè)。 JTAG 接口可對(duì) PSD 芯片內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 內(nèi)部的所有部件進(jìn)行編程。 LM3S 系列單片機(jī)的 I/O 信號(hào)可以承受 5V 電壓，所以可以直接使用 SP3232E。 FPS200 驅(qū)動(dòng)程序包括 FPS200初始化、 FPS200 寫寄存器、 FPS200 讀寄存器、指紋檢測(cè)、 參數(shù)調(diào)整、 指紋圖像行獲取和指紋圖像獲取等。 uint16 result=0。 } if (count100) break。 SPI 主機(jī)在發(fā)送另一個(gè)命令前必須置 SCS高電平。 //寫 DTR FPS200Write(FPS_DCR,dischargecurrent)。 指定圖像獲取方式先 設(shè)置 RAH、 RAL、 CAL、 REH、 REL和 CEL寄存