【正文】 //寫 DTR FPS200Write(FPS_DCR,dischargecurrent)。 } if (count100) break。 FPS200 驅動程序包括 FPS200初始化、 FPS200 寫寄存器、 FPS200 讀寄存器、指紋檢測、 參數(shù)調整、 指紋圖像行獲取和指紋圖像獲取等。 JTAG 接口可對 PSD 芯片內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 內部的所有部件進行編程。電源電路如圖 所示。 FPS200 與處理器接口 電路設計 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計是指紋采集的核心。 ? TEST 為測試模式允許端，僅為生產(chǎn)廠家使用，用戶使用時直接將此引腳接至 VSS引腳即可。 A0 為地址輸入端，低電平時表示選擇索引寄存器，高電平時表示選 擇數(shù)據(jù)緩沖器，在 SPI 和 USB 模式下處于斷開狀態(tài)。 2. 采用低功耗設計。表 22 是這幾內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 種傳感器性能的比較。如圖 所示，就是長春方圓公司生產(chǎn)的一種光學指紋傳感器。盡管指紋只是人體皮膚的一小部分，但是，它蘊涵大量的信息。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 系統(tǒng)總體設計 設計思想 指紋采集系統(tǒng)框圖如圖 所示。 第 2 章 指紋采集系統(tǒng)總體設計 介紹了系統(tǒng)的總體設計，指紋識別原理和指紋采集技術 第 3 章 指紋采集系統(tǒng)硬件設計 介紹了系統(tǒng)的硬件設計，具體介紹 了 每個功能模塊的芯片選型，接口電路原理圖的設計。最初的這類傳感器采集的圖像質量和光學傳感器有較大的差距，但是隨著半導體技術的進步，它采集的圖像質量也越來越高，現(xiàn)在這兩 種傳感器采集的圖像質量差距已經(jīng)很小了。指紋識別系統(tǒng)過去主要應用于刑偵系統(tǒng)， 近幾年來，它逐漸走向更為廣泛的民用市場。 Fingerprint Acquisition。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 涉密論文按學校規(guī)定處理。這種以“物”認人辦法的漏洞是顯而易見的，首先：合法的人如果遺失驗證其身份的“物”，則合法的人本身得不到合法的驗證；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證。 同時 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、外傷等問題，這對高質量的指紋采集技術產(chǎn)生 了 極大的挑戰(zhàn)，也是 自動指紋識別系統(tǒng) 研究者需要努力克服的問題。在國外由于其開發(fā)指紋識別系統(tǒng)比較早，而且主要利用計算機進行指紋識別，所以技術比較成熟。其中 FPS200采用 MCU模式接口 , 指紋數(shù)據(jù)通過 8位并行方式經(jīng)控制器 , 暫存于外擴的 數(shù)據(jù)存儲器 。 系統(tǒng)硬件設計分為三部分： FPS200 與處理器接口設計、ARM 處理器及外圍接口設計、 UART 通信 接口設計。 兩枚指紋經(jīng)常會有相同的總體特征，但它們的局部特征（即特征點）卻不可能完全相同，因此，指紋識別技術通常使用指紋的總體特征如紋形、三角點等來進行分類，在用 局部特征如位置和方向等來進行識別用戶身份。它的面積只有 1. 28cm2，集成 90000 個電容，且?guī)в懈咚?A/D 轉換器件，該產(chǎn)品的分辨率為 500DPI。從系統(tǒng)每一個具體的功能模塊介紹其芯片的選型和接口電路。 4. 提供三種接口，更易于集成。 功能寄存器256 300傳感器陣列采樣控制A / D 轉換模擬數(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 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） ? WAIT為等輸出端口，低電平有效。 ? 可以通過在 FSET和地之間接一個電阻來設置內部多諧振蕩器和自動指紋檢測頻率。 基于 SPI 模式的 FPS200 接口電路設計如圖 所示。 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，開發(fā)套件上電后 D3 就被 點亮。 EasyARM615 開發(fā)套件的 JTAG 電路采用 ARM 公司提出的標準 20 腳 JTAG 仿真調試接口， JTAG 信號的定義與 LM3S 系列單片機的連接電路如圖 所示。 指紋檢測 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)，然后通過計算判斷是否有手指 。最后，主機采樣到數(shù)據(jù)的 LSB 后置 SCS高電平。指紋圖像行獲取流程圖如圖 所示。然后主機發(fā)送地址字節(jié)，標明了要寫的寄存器。 //從傳感器獲取一行指紋圖像數(shù)據(jù) 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） for (i=0。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第四章 指紋采集系統(tǒng) 軟件設計 當系統(tǒng)的硬件設計完畢，并測試系統(tǒng)在硬件上沒有問題之后，就應該考慮如何完成應用軟件的開發(fā)。 JTAG 最初是用來對芯片進行測試的，基本原理是在器件內部定義一個 TAP(Test Access Port：測試訪問口 )， 通過專用的 JTAG 測試工具對內部節(jié)點進行測試。此外，控 制器還采用了 ARM 可兼容 Thumb174。 FPS200 的操作模式如表 31所 示 [3]。另外，在 MCU 和 SPI 模式下，這兩個引腳可分別加一上拉電阻至電源或接地。 FPS200 的 結構 與性能 FPS200 內部結構圖如圖 所示。 FPS200 每一列有 2 組采樣保持電路。壓力傳感器的特點是成本低、體積小、耗電量少，但易受干擾，表面材料耐磨損能力差。下面簡單介紹一下這幾類指紋傳感器。它具有可移植性強、可裁減、完全搶占式多任務的實時內核、任務棧、系統(tǒng)服務、可固化、穩(wěn)定性、中斷管理等特點，對于對實時性和穩(wěn)定性要求很高的指紋系統(tǒng)來說，引入 μC/OSⅡ 無疑將大大改善其性能。但是 DSP處理的控制能力比較差，而且價格比較昂內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 貴 ， 適于高端指紋識別系統(tǒng)的開發(fā)。國內上百家從事指紋識別技術應用的企業(yè)除了北大高科，中科院自動化所和西安青松等幾家科研機構擁有自主產(chǎn)權外，其 它 的多以代理國外產(chǎn)品為主，擁有自主知識產(chǎn)權 的 核心技術不多。 綜上所述，對于應用前景更為廣泛的嵌入式自動指紋識別系統(tǒng)來說，指紋原始圖像內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 數(shù)據(jù)采集顯得尤為重要。 2. 獨特性：指紋有明顯的獨特性，沒有兩個指紋完全相同的人，同一個人的十指指紋也有明顯的不同。 本論文對指紋 采集 系統(tǒng)做了 初步的研究 及設計 ，主要做了以下 幾方面 工作： 首先，分析了本課題 的 研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向，闡述了本課題研究的必要性。內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。隨著指紋傳感器性能的不斷提升 以 及指紋識別技術 的 發(fā)展與應用，高質量的指紋采集技術 已 成為一個重要的研究課題。 在這些人體特征中，人的指紋相對于其它的人體特征具有下述的特點 [8]： 1. 穩(wěn)定性：指紋有很強的穩(wěn)定性，并且終生不變，一個人從少年一直到老年，其指紋的特征始終是不變的?；谥讣y傳感器的“在線式”實時采集設備以其操作簡單、實時性強、采集效率高、圖像質量好等優(yōu)點，廣泛應用于自動指紋識別領域 [6]。 但在應用技術 特別是硬件采集技術上，國內與國外存在著較大的差距。由于 DSP處理器具有很強的數(shù)學計算能力，非常適合乘法和加法的計算，可以在指紋采集系統(tǒng)中實現(xiàn)指紋圖像的預處理，而且不會影響指紋采集速度。 μC/OSⅡ 是源代碼公開的嵌入式實時操作系統(tǒng)，它是專為微控制器系統(tǒng)和軟件開發(fā)而設計的多任務操作系統(tǒng)內核，是一段微控制器啟動后首先執(zhí)行的背景程序，并作為整個系統(tǒng)的框架貫穿系統(tǒng)運行的始終。隨著半導體技術的進步，指紋傳感器從結構復雜，價格昂貴 ，體積龐大的基于光學技術的傳感器，發(fā)展到 90 年代中期開始出現(xiàn)的半導體指紋傳感器，價格越來越低、體積也越來越小，而采集的圖像質量 卻 越來越高。 4. 壓力 指紋 傳感器 壓力傳感器其表面的頂層是具有彈性的壓感介質材料，他們依照指紋的外表地形轉化為相應的電子信號。 FPS200 是一種觸摸式 CMOS 傳感器件，基于電容充放電原理，其外面是絕緣的表面，傳感器陣列的每一點是一個金屬電極，充當 電 容器的一極，當人把手指放在傳感器上時，手指充當電容器的另外一極，而兩者之間的傳感面形成電容兩極之間的介電層，由于指紋的脊和谷相對于另一極之間的距離不同，導致硅表面電容陣列的各個電容值不同，電容陣列的值描 述了一幅指紋圖像。 (3) MCU： 通過自動增加行列地址寄存器的值以及模數(shù)轉換的路徑優(yōu)化功能，標準 8位微處理器總線的性能大大加強，圖像傳輸速度達到 30 幀 /秒，可以滿足連續(xù)指紋圖像的采集和比對。DP 和 DM 都要加一大小為 43 歐姆的串聯(lián)電阻。 FPS200 通過 MODE[1:0]管腳來控制輸出這四種狀態(tài)。 圖 LM3S615 芯片 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） Stellaris 系列的 LM3S615 微控制器（如圖 所示）擁有 ARM 微控制器所具有的眾多優(yōu)點，如擁有廣泛使用的開發(fā)工具，片上系統(tǒng)（ SoC）的底層結構 IP 的應用，以及眾多的用戶群體。標準的 JTAG接口是 4 線： TMS、 TCK、 TDI 和 TDO，分別為模式選擇、時鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。 首先介紹了指紋傳感器 FPS200 結構與性能、輸出模式 ，并設計了與處理器的接口電路； 其次 介紹了 EasyARM615 開發(fā)套件的硬件電路， 包括 LM3S615 芯片、電源電路 和 JTAG 電路 ； 最后對 UART 通信 接口 電路 的進行了簡要的 說明 。 SPIGetRow(detectrow,0,0x96)。命令開始時 SPI主機置 SCS低電平并往 MOSI 引腳發(fā)送命令字節(jié) (編碼為 0x02)。 整幅圖像 獲取 方式把數(shù)據(jù)采集方式初始化為從 0 行 0 列到 299 行 255 列，以獲取整幅圖像數(shù)據(jù)。當讀 A/D轉換器時，主機應該保持 SCS－低電平以讀出連續(xù)的點。 void SPIFingerDetect (void) { while (1) { uint16 i。 圖 JTAG 接口電路 UART 通 信 接口 電路 設計 圖 RS232 接口電路 EasyARM615 開發(fā)套件設計了一個 RS232 接口電路，實現(xiàn)開發(fā)套件與 PC 機串口通內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 信。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 JTAG 電路設計 JTAG(Joint Test Action Group 聯(lián)合測試行動小組 )是一種國際標準測試協(xié)議 (IEEE 兼容 )，主要用于芯片內部測試。從圖中我們可以看到， MODE0接地， MODE1 接高電平，使 FPS200 工作在模式 0（ SPI 模式）； P0、 P1 分別通過限流電阻接 LED，用于顯示 FPS200 的工作狀態(tài)； DM、 DP 分別通過 10K 電阻接地； SPI 總線 SCLK、 SCS、 MOSI、 MISO 分別通過 10K 上拉電阻接高電平，用于數(shù)據(jù)的傳輸。這里我們使用 56K 大小的電阻，這樣獲得振蕩器的頻率為 12MHZ，指紋的自動檢測采樣頻率將是 120KHZ。當讀取 A/D 轉換器內容時，如果 A/D 轉換器還處于工作過程中，則 WAIT將變成低電平，表示需要等待 A/D 轉換器完成轉換才能讀取數(shù)據(jù)。 (1) SPI： FPS200 內置的 SPI 接口減小了 FPS200 對硬件的依賴，只需 6 條線就可以與帶 SPI 接口的微處理器連接。本系統(tǒng)硬件電路的繪制使用 Prote1 DXP 軟件 ，主要有三個模塊組成：指紋數(shù)據(jù)采集模塊、微處理器模塊 和 串行 通 信 模塊。系統(tǒng)提供 USB 接口、 SPI 接口和 8 位并行數(shù)據(jù)總線接口。通常，首先從獲取的指紋圖像上找到“特征點”（ minutiae），然后 根據(jù) 特征點的特性建立用戶活體指紋的數(shù)字表示 —— 指紋特征數(shù)據(jù)庫（一種單向的轉換，可以從指紋圖像轉換成特征數(shù)據(jù)，但不能從特征數(shù)據(jù)轉換成指紋圖像）。 系統(tǒng)各部分功能如下： 1. 指紋傳感器： 采集指紋圖像，將指紋圖像數(shù)字化，并將指紋數(shù)