【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 據(jù)每個(gè)人自身具有的生物特征來鑒別其真實(shí)身份，為確保鑒別的準(zhǔn)確性和可靠性，要求這些特征具有“人各有異”、“終身不變”和“隨身攜帶”這三大特征?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)同時(shí)具有這三個(gè)特點(diǎn)的人體生物特征，如面容、聲音、行為動(dòng)作（如簽名、擊鍵方式等）等。所有這些都為生物識(shí)別提供了基礎(chǔ)條件。2．指紋識(shí)別的基本原理指紋圖像的獲?。喝∠裨O(shè)備主要有以下四種類型：光學(xué)取像設(shè)備（例如微型三棱鏡矩陣），壓電式指紋傳感器，半導(dǎo)體指紋傳感器，超聲波指紋掃描儀。此系統(tǒng)采用的是FPS100/110型指紋傳感器：美國Veridi公司是指紋傳感器的專業(yè)生產(chǎn)廠家，該公司于1998年推出FPS100系列第一代CMOS固態(tài)指紋傳感器，包括FPS100、FPS100A。2000年又推出了第二代產(chǎn)品FPS110和FPS110B，它們的工作原理相同，僅某些技術(shù)指標(biāo)存在著差異。上述產(chǎn)品均屬于由敏感陣列構(gòu)成的集成化接觸式指紋傳感器，可廣泛用于便攜式指紋識(shí)別儀、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫及工作站的保護(hù)裝置，自動(dòng)柜員機(jī)(ATM)、智能卡、手機(jī)、計(jì)算機(jī)等的身份識(shí)別器，還可構(gòu)成賓館、家庭的門鎖識(shí)別系統(tǒng)。FPS100型指紋傳感器的性能特點(diǎn)：（1）它屬于高分辨率、高可靠性、低成本的電容感應(yīng)式CMOS固態(tài)指紋傳感器。*，由300行*300列的電容器陣列組成，共有90000個(gè)像素。敏感元件的間隙為50um，分辨率為500dpi。（2）其電容陣列中具有二維的平面金屬電極，每個(gè)電極作為電容器的一個(gè)極板，接觸的手指作為另一個(gè)極板。芯片表面的鈍化層在兩極板間形成電介質(zhì)。手指上凹凸不平的指紋經(jīng)過敏感陣列便得到不同的電容量，最后轉(zhuǎn)換成指紋圖像。（3）內(nèi)部有8位閃速（flash）模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和8位微處理器接口，適配各種微處理器。內(nèi)部還集成了一個(gè)溫度傳感器和一個(gè)電阻監(jiān)測(cè)器，分別用來測(cè)量指紋傳感器的溫度變化量和芯片外部的電阻值。（4）表面有一層高硬度、抗磨損和抗化學(xué)腐蝕的保護(hù)涂層，能承受2000V以上的靜電放電電壓。（5）模擬電源電壓為+～+，正常工作模式下功耗約為100mW，待機(jī)模式下低于5mW。工作溫度范圍是0～+70℃。FPS100型指紋傳感器的原理與應(yīng)用：1. 工作原理FPS100的輸入設(shè)備與計(jì)算機(jī)相連。FPS100采用VSPA80/1封裝，共有80個(gè)引腳。ENCLKXTAL2XTAL1TESTD[7:0]CE2A[3:0]SETCURRSENSECLK選擇邏輯8位雙向數(shù)據(jù)總線（帶緩沖）振蕩器DCR寄存器RAH寄存器RAL寄存器CAH寄存器CAL寄存器300300傳感器陣列多路轉(zhuǎn)換器選8位閃速A/D轉(zhuǎn)換器溫度傳感器RSR寄存器控制邏輯時(shí)鐘輸出電阻檢測(cè)器DTR寄存器 FPS100的內(nèi)部框圖FPS100內(nèi)部主要包括以下16部分：300300傳感器陣列，多路轉(zhuǎn)換器（MUX），8位閃速A/D轉(zhuǎn)換器，選擇邏輯，8位雙向數(shù)據(jù)總線（帶緩沖器），放電電流寄存器（DCR），高位行地址寄存器（RAH），低位行地址寄存器（RAL）， 高位列地址寄存器（CAH），低位列地址寄存器（CAL），電阻檢測(cè)寄存器（RSR），放電時(shí)間寄存器（DTR），溫度傳感器，電阻檢測(cè)器，振蕩器，時(shí)鐘輸出電路。它利用8位閃速A/D轉(zhuǎn)換器將敏感元件陣列的輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再通過8位雙向數(shù)據(jù)總線接微處理器。 FPS100的引腳功能引腳序號(hào)引腳功能類型引腳功能34～37A3～A0輸入地址輸入38輸入芯片使能（僅當(dāng)為低電平、CE2為高電平時(shí)使能）39CE2輸入40輸入讀使能17輸入寫使能18，19，20，22，24～27D7～D0雙向數(shù)據(jù)總線32CLK輸出時(shí)鐘輸出31ENCLK輸入時(shí)鐘輸出使能15，14LED1，LED2輸出LED驅(qū)動(dòng)2RSENSE輸出檢測(cè)電阻3SETCUR輸入設(shè)置放電電流13TEST輸入僅供廠家測(cè)試芯片用20，33UDD電源接數(shù)字電源的正極1UDDA電源接模擬電源的正極16，23，28USS地?cái)?shù)字地4USSA地模擬地5GNDSUB襯底第（僅FPS100P2有）29XTAL1輸入內(nèi)部振蕩器輸入30XTAL2輸出內(nèi)部振蕩器輸出41～80GNDSHLD地保護(hù)地6～12NC－空腳電容器陣列的每一列與兩個(gè)采樣/保持電路相連。每次只能捕獲一行指紋圖像。捕獲過程可分成兩個(gè)階段：在第一階段，被選擇行的各電容器被充電到UDD，利用第一個(gè)采樣/保持電路將該行中每只電容器的充電電壓儲(chǔ)存下來；在第二階段，上述電容器向電流源放電，放電速度與放電電流成正比，經(jīng)過一段放電時(shí)間后，由第二個(gè)采樣/保持電路把上述電容器的最終放電電壓儲(chǔ)存下來。通過改變放電電流和放電時(shí)間，可以調(diào)整FPS100的靈敏度。電流源的電流值由SETCUR腳與地之間的電阻來設(shè)定。放電時(shí)間由放電時(shí)間寄存器來設(shè)定。首先對(duì)傳感器陣列進(jìn)行逐行掃描，每次只能讀出一行指紋圖像。在對(duì)RAH寄存器和RAL寄存器編程后，即可選擇所要捕獲的行。在對(duì)RAL寄存器進(jìn)行寫操作后便開始捕獲行。捕獲時(shí)間由外部時(shí)鐘和DTR寄存器來決定。在放電過程結(jié)束后，該行各傳感單元的輸出就以模擬信號(hào)的形式保存在采樣/保持電路中。當(dāng)行捕獲結(jié)束后，在對(duì)CAH寄存器和CAL寄存器編程，并將已捕獲各行中每個(gè)傳感單元的輸出進(jìn)行數(shù)字化。然后，又從低位到高位逐列掃描，同時(shí)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器將被選列輸出的差值電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。通過訪問CAL寄存器可得到A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。實(shí)際上，F(xiàn)PS100允許按任意順序訪問行，但被選行必須在讀列單元之前被捕獲。同樣，也可按任意順序訪問列。FPS100還有兩個(gè)可編程的漏極開路輸出端，可分別驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管LED1和LED2。從CLK引腳可輸出一個(gè)與振蕩時(shí)鐘頻率相同的方波，可用來驅(qū)動(dòng)外部電路。當(dāng)ENCLK為高電平時(shí)，CLK引腳有時(shí)鐘信號(hào)輸出；當(dāng)ENCLK為低電平或開路時(shí)，CLK引腳的輸出就保持低電平。2. 典型應(yīng)用1）引腳控制功能： FPS100的引腳控制功能CE2模式數(shù)據(jù)線接高電平芯片未被選中呈高阻態(tài)接低電平芯片未被選中呈高阻態(tài)接低電平接高電平接高電平接高電平等待呈高阻態(tài)接低電平接高電平接低電平接高電平讀數(shù)據(jù)輸出接低電平接高電平接高電平接低電平寫數(shù)據(jù)輸入2）寄存器的選擇及控制功能FPS100內(nèi)部有7個(gè)寄存器，各自的功能如下：A3A2A1A0特點(diǎn)符號(hào)名稱0000只寫RAL低位行地址寄存器0001只寫RAH高位行地址寄存器0010可以讀/寫CAL低位列地址寄存器0011只寫CAH高位列地址寄存器0100只寫DTR放電時(shí)間寄存器0101只寫DCR放電電流寄存器0110只寫RSR電阻檢測(cè)寄存器（1）低位行地址寄存器（RAL）該寄存器與RAH寄存器的第0位一起組成9位行地址寄存器，對(duì)捕獲行進(jìn)行尋址。9位行地址寄存器的尋址范圍為0～299。對(duì)RAL寄存器進(jìn)行寫操作時(shí)就開始了一行的捕獲。只要RAH寄存器內(nèi)容不變，就只對(duì)RAL寄存器進(jìn)行寫操作。否則，應(yīng)先寫RAH寄存器，再寫RAL寄存器。（2）高位行地址寄存器（RAH）該寄存器的第0位和RAL寄存器一起組成9位行地址寄存器，對(duì)所要捕獲的行進(jìn)行尋址。該寄存器的第7位（L1）和第6位（L2）分別控制兩個(gè)可驅(qū)動(dòng)LED的開漏輸出端。（3）低位列地址寄存器（CAL）CAL寄存器是一個(gè)讀/寫寄存器。向該寄存器寫地址，就寫到9位列地址寄存器的低8位。9位列地址寄存器的尋址范圍為0～299。在寫CAL寄存器時(shí)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器的輸入由CAH寄存器第6位和第7位尋址。只有在行捕獲完成后，用戶才可以寫CAL寄存器。在對(duì)CAL寄存器進(jìn)行寫操作后，用戶要等A/D轉(zhuǎn)換完畢才可以讀轉(zhuǎn)換結(jié)果。（4）高位列地址寄存器（CAH）該寄存器的第0位和CAL寄存器一起組成9位列地址寄存器，用來選擇當(dāng)前行的一個(gè)單元并將其數(shù)字化。只有在行捕獲完成后，用戶才能寫CAH寄存器。CAH寄存器的第7位和第6位用來選擇A/D轉(zhuǎn)換器的輸入：1）當(dāng)這兩位的狀態(tài)為“00”時(shí)，對(duì)行或列的單元進(jìn)行尋址；2）為“01”時(shí)，選擇電阻檢測(cè)器的輸出。（5）放電時(shí)間寄存器（DCR）將該寄存器的第7位置成“0”時(shí)選擇正常工作模式，將它置成“1”時(shí)選擇低功耗的待機(jī)模式。第6位～第0位用來設(shè)定放電時(shí)間，放電時(shí)間等于DTR寄存器的第6位～第0位的數(shù)值（n）乘以時(shí)鐘周期（T0）。（6）放電時(shí)間寄存器（DCR）該寄存器的第7位（F2）和第6位（F1）用來設(shè)置時(shí)鐘頻率f0（即晶振頻率），進(jìn)而設(shè)定行捕獲時(shí)間和A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間。（7）電阻檢測(cè)寄存器（RSR）通過設(shè)置RSR寄存器的第3位~第0位，可以控制電流源的輸出電流，使外部電阻上的電壓在0～。該電壓可通過內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。3）A/D轉(zhuǎn)換器8位閃速A/D轉(zhuǎn)換器具有緩沖功能。在對(duì)CAL寄存器進(jìn)行首次寫操作時(shí)，可產(chǎn)生以下結(jié)果：（1）鎖存上次轉(zhuǎn)換結(jié)果并使CAL寄存器可讀；（2）開始A/D轉(zhuǎn)換，把當(dāng)前的輸入轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。因此，為把每行中300個(gè)單元的輸出進(jìn)行數(shù)字化，需要對(duì)CAL寄存器寫301次。同理，為了使溫度傳感器或電阻檢測(cè)器的輸出數(shù)字化，必須對(duì)CAL寄存器寫兩次，第一次是為數(shù)字化；第二次是為CAL寄存器可讀。 人機(jī)接口設(shè)計(jì)智能儀器通常要有人機(jī)對(duì)話功能，即人與機(jī)器交換信息的功能。這個(gè)功能有兩方面的含義：一是人對(duì)智能儀器進(jìn)行狀態(tài)干預(yù)和數(shù)據(jù)輸入；二是智能儀器向人報(bào)告運(yùn)行狀態(tài)與處理結(jié)果。實(shí)現(xiàn)智能儀器人機(jī)對(duì)話的部件有鍵盤、顯示器和打印機(jī)等，這些部件同智能儀器主體電路的連接是由人機(jī)接口電路來完成的，因此人機(jī)接口技術(shù)是智能儀器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 鍵盤原理及接口鍵盤是單片機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的紐帶。鍵盤按結(jié)構(gòu)形式可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤。前者是用軟件方法產(chǎn)生鍵碼，而后者則用硬件方法來產(chǎn)生鍵碼。在單片機(jī)中使用的都是非編碼鍵盤。因?yàn)榉蔷幋a鍵盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，非編碼鍵盤的類型很多，常用的有獨(dú)立式鍵盤，行列式鍵盤等。鍵盤與微處理器的接口包括硬件與軟件兩部分。硬件是指鍵盤的組織，即鍵盤結(jié)構(gòu)及其與主機(jī)的連接方式。軟件是指對(duì)按鍵操作的識(shí)別與分析，稱為鍵盤管理程序。獨(dú)立式鍵盤結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是一鍵一線，即每一個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根檢測(cè)線與主機(jī)相連。鍵盤中的上拉電阻保證按鍵斷開時(shí)檢測(cè)線上有穩(wěn)定的高電平，當(dāng)某一按鍵被按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的檢測(cè)線就變成了低電平，而與其他鍵相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)線仍為高電平，從而很容易地識(shí)別出被按下的鍵。這種連接方式的優(yōu)點(diǎn)是鍵盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，各自實(shí)現(xiàn)相互獨(dú)立，所以按鍵識(shí)別容易。缺點(diǎn)是占用較多的檢測(cè)線，不便于組成大型鍵盤。鍵盤接口使用多少根I/O線，鍵盤中就有幾個(gè)按鍵。這類鍵盤的按鍵比較少，且鍵盤中各個(gè)按鍵的工作互不干擾。因此，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)鍵盤中的按鍵靈活的編碼。最簡(jiǎn)單的編碼方式就是根據(jù)I/O輸入口所直接反應(yīng)的相應(yīng)鍵按下的狀態(tài)進(jìn)行編碼，稱按鍵直接狀態(tài)碼。對(duì)于這樣編碼的獨(dú)立式鍵盤，CPU可以通過直接讀取I/O口來獲取按鍵的直接狀態(tài)編碼值，根據(jù)這個(gè)值直接進(jìn)行按鍵識(shí)別。矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是把檢測(cè)線分成兩組，一組為行線，另一組為列線，按鍵放在行線和列線的交叉點(diǎn)上，mn矩陣鍵盤與主機(jī)連接需要m+n條線，顯然，鍵盤規(guī)模愈大，矩陣式鍵盤的優(yōu)點(diǎn)愈顯著。當(dāng)需要的按鍵數(shù)目大于8時(shí)，一般都采用矩陣式鍵盤。由于本系統(tǒng)需要的鍵盤較少，所以采用獨(dú)立式鍵盤。此系統(tǒng)用一個(gè)獨(dú)立式鍵盤直接連接到I/O輸入線上。 獨(dú)立式鍵盤接口 顯示原理及接口在單片機(jī)系統(tǒng)中，經(jīng)常用LED（發(fā)光二極管）數(shù)碼顯示器來顯示單片機(jī)系統(tǒng)的工作狀態(tài)、運(yùn)算結(jié)果等各種信息。LED數(shù)碼顯示器是單片機(jī)與人機(jī)對(duì)話的一種重要輸出設(shè)備。LED顯示原理：LED即發(fā)光二極管，它是一種由某些特殊的半導(dǎo)體材料制作成的PN結(jié)，由于參雜濃度很高，當(dāng)正向偏置時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的電子空穴復(fù)合，把多余的能釋放變?yōu)楣饽?。LED顯示器具有工作電壓低、體積小、壽命長（約十萬小時(shí)）、響應(yīng)速度快（小于1us），顏色豐富（紅、黃、綠等）等特點(diǎn)，是智能儀器最常使用的顯示器?！?，發(fā)光工作電流在5mA～20mA，發(fā)光強(qiáng)度基本上與正向電流成正比，故電路需串聯(lián)適當(dāng)?shù)南蘖麟娮琛ED很適于脈沖工作狀態(tài)，在平均電流相同的情況下，脈沖工作狀態(tài)比直流工作狀態(tài)產(chǎn)生的亮度增強(qiáng)20%左右。七段LED顯示器原理：七段LED顯示器由數(shù)個(gè)LED組成一個(gè)陣列，并封裝于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的外殼中。為適用于不同的驅(qū)動(dòng)電路，有共陽極和共陰極兩種結(jié)構(gòu)。用七段LED顯示器可組成0～9數(shù)字和多種字母，為了適應(yīng)各種裝置的需要，這種顯示中還提供有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，所以實(shí)際共有八段。為了顯示數(shù)字或符號(hào)，要為LED數(shù)碼顯示器提供代碼，因?yàn)檫@些代碼是為顯示字型的，因此稱之為字型代碼。七段發(fā)光二極管，再加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)8位代碼。由一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)提供。 各數(shù)據(jù)位的對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)位D7D6D5D4D3D2D1D0顯示段hgfedcba在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，LED數(shù)碼顯示器的顯示方法有兩種：靜態(tài)顯示法和動(dòng)態(tài)掃描顯示法。動(dòng)態(tài)掃描顯示是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的方法之一。它是把所有顯示器的8個(gè)筆畫段a～h的各同段名端互相并接在一起，并把它們接到字段輸出口上，為了防止各個(gè)顯示器同時(shí)顯示相同的數(shù)字，各個(gè)顯示器的公共端COM還要受到另一組信號(hào)控制，即把它們接到位端出口上。這樣，對(duì)于一組LED數(shù)