【文章內(nèi)容簡介】 P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，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。在FLASH編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。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/計數(shù)器0) T1(定時/計數(shù)器1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE禁止位無效。PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。FLASH存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。此外，片上資源包括看門狗定時器、UART、定時器0和定時器1，以及定時器2。. 其他模塊電路. 電源模塊整個模塊采用USB供電，以按鍵式開關啟動或關閉電源。當按下電源鍵時，電源開啟，電源指示燈點亮。圖 7 電源模塊電路. 時鐘模塊時鐘電路用來產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號，單片機本身就是一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作。通過在芯片的外部XTAL1和XTAL2兩個引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構成了一個穩(wěn)定的自激振蕩電路。時鐘電路為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列，電容為33pF。圖 8 時鐘模塊電路. 按鍵模塊鍵盤是最常用的輸入設備，是實現(xiàn)人機對話的紐帶。按其結構形式可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤。編碼鍵盤采用硬件方法產(chǎn)生鍵碼。每按下一個鍵，鍵盤能自動生成鍵盤代碼，鍵數(shù)較多，且具有去抖動功能。這種鍵盤使用方便，但硬件較復雜。非編碼鍵盤僅提供按鍵開關工作狀態(tài)，其鍵碼由軟件確定，這種鍵盤鍵數(shù)較少，硬件簡單，廣泛應用于各種單片機應用系統(tǒng)，在單片機控制電路中，可把單片機使用的鍵盤分為獨立式和矩陣式兩種。獨立式實際上就是一組獨立的按鍵，這些按鍵可直接與單片機的I/O口連接，即每個按鍵獨占一條口線，這種接法簡單。矩陣式鍵盤也稱行列式鍵盤，因為鍵的數(shù)目較多，所以鍵按行列組成矩陣。本設計中鍵盤數(shù)目較少，且為安裝方便，因此采用獨立式接法。圖9 按鍵模塊電路. 顯示模塊采用八位共陽數(shù)碼管，顯示原理跟單個LED的顯示原理完全相同，在段控線和位控線都串接一個電阻，以提高其輸出功率，在這里采用220歐母電阻。顯示及驅動電路如圖10所示：圖 10 顯示及驅動電路. 復位模塊復位電路用于產(chǎn)生復位信號，通過RST引腳送入單片機，復位是單片機的初始操作，其主要功能是:為一些專用寄存器設置初始狀態(tài)、程序狀態(tài)字PSW清0、程序計數(shù)器PC被賦值為0000H等，除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需安裝復位鍵以重新啟動。RST引腳是復位信號的輸入端，復位信號是高電平有效，完成復位操作共需要24個狀態(tài)周期，所以復位信號持續(xù)時間應大致超過2μs才能完成復位操作。本設計采用按鍵復位。圖 11 復位模塊電路. 下載口模塊采用RS232接口，從PC機將程序下載至單片機芯片當中，實現(xiàn)編程實際應用。本次設計采用9芯針接口，其主要包括DCD(Data Carrier Detect)載波檢測引腳，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)終端準備就緒引腳，SGND(Signal Ground)信號地引腳，DSR(Data Set Ready)數(shù)據(jù)準備就緒引腳，RTS(Request To Send)請求發(fā)送引腳，CTS(Clear To Send)清除發(fā)送引腳，RI(Ring Indicator)振鈴提示引腳。在RS232標準中，字符以一串行的比特串來一個接一個的串行方式傳輸，優(yōu)點是傳輸線少，配線簡單，傳送距離可以較遠。最常用的編碼格式是異步起停格式，它使用一個起始比特后面緊跟7或8 個數(shù)據(jù)比特，然后是可選的奇偶校驗比特，最后是一或兩個停止比特。圖 12 下載口模塊. 指紋模塊. TFSM51指紋識別模塊TFSM51 指紋開發(fā)模塊是深圳市十指科技有限公司最新推出的，以 TI 公司的 TMS320VC5501 高速 DSP 處理器為核心，結合具有公司自主知識產(chǎn)權的商用指紋算法，光學指紋傳感器，具有指紋錄入、圖像處理、特征值提取、模板生成、模板儲存、指紋比對和搜索等功能的智能型模塊，并提供UART 接口和通訊協(xié)議，方便進行二次開發(fā)應用。其具有如下特點：(1) 體積小巧、成像清晰、手指感應靈敏、識別速度快、干/濕手指適應性強，二次開發(fā)簡單、應用方便，適用面廣；(2) 穩(wěn)定：工作穩(wěn)定，可應用于各種類型單片機；(3) 方便：串口UART操作(直接接任何帶串口單片機)，操作簡單； (4) 開放：可以自由輸入、輸出指紋圖片、指紋特征值文件及各種指紋操作；(5) 高性能：采用商業(yè)算法，識別速度快，手指感應靈敏，手指只要輕輕地觸碰采集窗就能快速識別，不需要用力按壓。引腳功能如表1所示：表 1 指紋模塊引腳功能接口功能管腳定義說明J1采集頭接口16P接光學指紋頭J3調(diào)試接口內(nèi)部用J4升級接品內(nèi)部用J5開 發(fā) 接 口（與TFSM12兼容）Pin1電源輸入電源 Pin2UART_OUT當模塊處于開發(fā)模式時用于與外界通信，Pin3UART_INPin4地Pin5CTRL_PWR（新增功能）模塊電源控制接口：輸入高電平：模塊供電；輸入低電平：模塊掉電Pin6CTRL_LED（新增功能）指示燈輸出接口： 指紋頭燈亮：輸出高電平 指紋頭燈滅：輸出低電平J2備用開發(fā)接口（排針）Pin1電源輸入同 J5 Pin1Pin2UART_OUT同 J5 Pin2Pin3UART_IN同 J5 Pin3Pin4CTRL_LED同 J5 Pin6Pin5CTRL_PWR同 J5 Pin5Pin6地同 J5 Pin4. TMS320VC5501 芯片指紋模塊的核心處理單元是TI公司推出的高性能數(shù)字信號處理器TMS20VC5501片具有精度高、低功耗、靈活性大、可靠性高、時分復用等特點。它具有如下特性：l 最高時鐘頻率可達300MHz，；l 16K字節(jié)高速指令緩存；l 雙乘法器，速度可達每秒60億次乘法計算；l 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)寫總線；l 16K16bit片上RAM，由4塊4K16位雙存取RAM（DARAM）組成；l 16K16bit 等候狀態(tài)片上ROM；l 8M16bit的最大尋址外部內(nèi)存空間；l 32位外部并行總線內(nèi)存支持外部存儲器接口（EMIF）與通用輸入/輸出（GPIO）功能和無縫接口；l 仿真/調(diào)試跟蹤功能，保存最后16程序計數(shù)值（PC）連續(xù)性和最后32PC值；l 6個低功耗可編程控制功能控制域；l 片上外設包括：六通道直接存儲器存?。―MA）控制器；兩個多通道緩沖串行端口（McBSPs）；可編程模擬鎖相環(huán)循環(huán)（APLL）時鐘發(fā)生器；通用的I / O（GPIO）引腳和專用輸出（XF）引腳；8位并行主機接口（HPI）；4個定時器，包括兩個64位通用定時器，64位的可編程看門狗定時器和64位的DSP / BIOS計數(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)合測試）邊界掃描邏輯；l V的I / O電源電壓；l V的核心供電電壓。TMS20VC5501具有先進的多總線架構，包括1程序存儲器總線，3獨立數(shù)據(jù)讀總線和2數(shù)據(jù)寫總線，以及額外的為外設和DMA活動準備的專用總線。一個周期包括3個數(shù)據(jù)讀取和2個數(shù)據(jù)寫入，與此同時，在CPU活動時，DMA控制器可自主進行數(shù)據(jù)的傳輸。芯片提供2個乘法累加單元（MAC），每一個在一個指令周期內(nèi)可執(zhí)行1717bit的乘法運算。40bit的中央算數(shù)/邏輯單元（ALU）由另一個16bit 的ALU支持，這些單元受指令集控制，以達到優(yōu)化并行性和降低能耗的效果。此外，該芯片支持變量的字節(jié)寬度調(diào)整，以提高編碼密度。IU（指令單元，Instruction Unit）為PU（程序單元，Program Unit）從內(nèi)部或外部的內(nèi)存和指令隊列中取得32bit 程序指令，程序單元解碼后直接發(fā)送命令給AU（算數(shù)單元，Arithmetic Unit）和DU（數(shù)據(jù)單元，Digital Unit），從而管理高權限通信線路。5501由業(yè)界獲獎的eXpressDSP，Code Composer Studio的綜合開發(fā)環(huán)境（IDE），DSP / BIOS，德州儀器的算法標準提供支持。Code ComposerStudio IDE功能的代碼生成工具，包括一個C編譯器，模擬器，可視化鏈接，RTDX，XDS510仿真的設備驅動程序和評估模塊。5501同樣支持C55X DSP的庫文件，該庫包括50多個基礎內(nèi)核（FIR濾波器，IIR濾波器，F(xiàn)FT運算，以及各種數(shù)學函數(shù)）以及芯片和電路板支持庫。本設計以串口方式實現(xiàn)DSP和單片機之間的通信，S52的RXD腳接DSP的TX腳，實現(xiàn)DSP發(fā)送數(shù)據(jù)由S52接受，TXD腳接DSP的RX腳，實現(xiàn)S52發(fā)送數(shù)據(jù)DSP接受，并將GND腳連接。RXDTXDTXRXAT89S52指紋模塊GNDGND指紋模塊與單片機接口框架如圖12所示：圖12 TMS320VC5501芯片與AT89S52單片機接口框圖4. 軟件系統(tǒng)設計. TFSM51指紋識別模塊指令系統(tǒng). 通信方式DSP 模塊作為從設備，由主設備發(fā)送相關命令對其進行控制。命令接口：19200bps 1 起始位 1 停止位 （無校驗位）主設備發(fā)送的命令及 DSP 模塊的應答按數(shù)據(jù)長度可分為兩類：(1) = 8 字節(jié)，數(shù)據(jù)格式如下：表 2 8字節(jié)數(shù)據(jù)格式字節(jié)12345678命令0xF5CMDP1P2P30CHK0xF5應答0xF5CMDQ1Q2Q30CHK0xF5說明：CMD：命令/應答類型P1，P2，P3：命令參數(shù)Q1，Q2，Q3：應答參數(shù)，Q3 多用于返回操作的有效性信息，此時可有如下取值：define ACK_SUCCESS 0x00 //操作成功define ACK_FAIL 0x01 //操作失敗define ACK_FULL 0x04 //指紋數(shù)據(jù)庫已滿define ACK_NOUSER 0x05 //無此用戶define ACK_USER_EXIST 0x07 //用戶已存在define ACK_TIMEOUT 0x08 //采集超時CHK：校驗和，為第 2 字節(jié)到第 6 字節(jié)的異或值(2) 8 字節(jié)，數(shù)據(jù)由兩部分組成：數(shù)據(jù)頭+數(shù)據(jù)包，格式如下：表 3 大于8字節(jié)數(shù)據(jù)頭格式字節(jié)12345678命令0xF5CMDHi(Len)Low(Len)00CHK0xF5應答0xF5CMDHi(Len)Low(Len)Q30CHK0xF5說明：CMD，Q3 的定義同上Len：數(shù)據(jù)包內(nèi)有效數(shù)據(jù)長度，16 位，由兩字節(jié)組成Hi(Len)：數(shù)據(jù)包長度高 8 位Low(Len)：數(shù)據(jù)包長度低 8 位CHK：校驗和，為第 2 字節(jié)到第 6 字節(jié)的異或值表 4 大于8字節(jié)數(shù)據(jù)包格式字節(jié)12…Len+1Len+2Len+3命