【文章內容簡介】 集和比對。 FPS200的結構與性能。從結構圖中可以看出其中256300點傳感陣列用于產生感應電壓；功能寄存器用于對芯片進行操作控制；控制電路用于傳感器與外部接口電路的控制，主要負責數據的讀出與寫入；地址索引寄存器與數據寄存器分別用于對功能寄存器的地址選擇及數據的讀寫；采樣保持及A/D轉換電路用于對傳感陣列所產生的電壓進行采樣。另外，多頻振蕩電路用于為芯片提供時鐘信號。其具體的引腳功能含義如下[3]： FPS200內部控制邏輯電路216。 P0，P1為輸出端口，分別由寄存器CTRLC的位0和位1來控制。216。 D [7:0] 為雙向數據總線，在SPI和USB模式下處于斷開狀態(tài)。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據緩沖器，在SPI和USB模式下處于斷開狀態(tài)。216。 RD為讀允許端，低電平有效。當WR為高電平時使RD為低電平就可以選中芯片從芯片中讀取數據了。216。 WR為寫允許端，低電平有效。當RD為高電平時，使WR為低電平就可以選中芯片向芯片中寫入數據了。216。 WAIT為等輸出端口，低電平有效。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據。216。 CS0為低電平有效的芯片選擇端，CS1為高電平有效的芯片選擇端，CS0和CS1引腳的功能是由MODE0和MODE1這兩個引腳的狀態(tài)決定的。216。 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這兩個引腳的狀態(tài)決定的。216。 DP和DM分別為USB的D＋和D－端的數據線，在USB模式下。DP和DM都要加一大小為43歐姆的串聯(lián)電阻。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。216。 EXTINT為外部中斷輸入引腳，是可編程引腳，可以邊緣觸發(fā)也可以電平觸發(fā)，可以高電平有效也可以低電平有效。在芯片的三種工作模式中可以處于斷開狀態(tài)。216。 INTR為低電平有效的中斷輸出引腳，在無效狀態(tài)下INTR處于高阻狀態(tài)，當有中斷使能事件發(fā)生時被置為低電平。INTR只能在MCU和SPI模式下使用，在USB模式下應處于斷開狀態(tài)。216。 TEST為測試模式允許端，僅為生產廠家使用，用戶使用時直接將此引腳接至VSS引腳即可。216。 MODE0和MODE1為芯片工作模式的選擇端，兩者不同的取值組合將決定芯片不同的工作模式。216。 AIN為輸入到A/D轉換器的模擬信號輸入端，可通過設置CTRLA寄存器中的位AINSEL來實現。特別建議通過一個電阻將此引腳接地。216。 可以通過在ISET和模擬地VSSA1之間接一個大小為200K的電阻來設置內部電流，放電電流是內部電流的一個。216。 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。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。216。 XTAL1和XTAL2為內部晶體振蕩器的輸入和輸出端。系統(tǒng)如果使用內部晶體振蕩器，則直接將晶振電路與這兩個引腳相連即可，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引腳處于斷開狀態(tài)。 FPS200輸出模式選擇FPS200支持三種接口形式和四種操作模式，這四種操作模式相互獨立，不能同時工作。FPS200通過MODE[1:0]管腳來控制輸出這四種狀態(tài)。FPS200的操作模式如表31所示[3]。表31 FPS200操作模式MODE[0,1]描述00MCU接口模式01SPI接口模式10USB模式，用內部ROM11USB模式，用外部ROM在微處理器接口模式中，可將FPS200與ARM相連，且其接口形式非常簡單。需要說明的是，在該芯片中，地址選擇與數據寫入是分兩步完成的，先通過A0置0來寫地址索引寄存器，然后再對A0置1來讀寫對應地址的數據寄存器；SPI是工業(yè)標準的同步串行接口，它允許8位數據同時、同步地被發(fā)送和接收，而且只用到的信號：SCLK，SCS，MOSI，MISO，EXTINT?？蓪⑾到y(tǒng)配置為SPI主操作((Master)與從操作(Slave)，其接口形式與一般的串行外圍接口方式一致，故此不再贅述；USB接口有兩種模式：一種是用芯片內部的ROM來存儲設備信息，一種是用外部串行ROM來存儲設備信息。本設計選用SPI接口模式對指紋數據進行采集。 FPS200與處理器接口電路設計 EasyARM615與FPS200硬件接口框圖 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。本系統(tǒng)用EasyARM615的SSI接口與FPS200的SPI接口連接，采用SPI總線技術進行通信。FPS200的SPI接口的通信速度最高可以達到10Mbps。從圖中可以得知，EasyARM615作為SPI主設備，FPS200作為SPI從設備。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，用于數據的傳輸。FPS200接口電路設計參見附錄A。 ARM處理器及外圍接口電路設計 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 位計算引入到對價格敏感的嵌入式微控制器應用中。這些堪稱先鋒的器件，價格與8 位和16 位器件相同，卻能為用戶提供32 位器件的性能，并且所有器件都是以小型封裝的形式提供。 LM3S615芯片Stellaris 系列的LM3S615微控制器（）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。此外，控制器還采用了ARM 可兼容Thumb174。的Thumb2 指令集來降低內存的需求量，進而降低成本[1]。 電源電路設計EasyARM615開發(fā)套件采用5V供電。，供電極性采用外正內負，外部供電電源的電流要求不少于500mA。該開發(fā)套件采用USB接口供電，標配有USB電源適配器。5V電源通過插座進入到開發(fā)套件后，先經過二極管D1，D1的作用是防止用戶提供極性相反的電源燒壞硬件。F1為一個電流為500mA的自恢復保險絲SMD050，電源經過F1后。當誤插入大于6V電源時，，保護板上的其它器件不被損壞；當電流大于500mA時，自恢復保險絲SMD050電阻變得很大，保護電源不被損壞。 電源電路，。，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。 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 )，主要用于芯片內部測試。它是1985年制定的檢測PCB和IC芯片的一個標準，1990年被修改后成為IEEE的一個標準，—1990。通過這個標準，可對具有JTAG接口的芯片的硬件電路進行邊界掃描和故障檢測。現在多數的高級器件都支持JTAG協(xié)議，如ARM、DSP、FPGA器件等。標準的JTAG接口是4線：TMS、TCK、TDI和TDO，分別為模式選擇、時鐘、數據輸入和數據輸出線。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。JTAG測試允許多個器件通過JTAG接口串聯(lián)在一起，形成一個JTAG鏈，能實現對各個器件分別測試?，F在，JTAG接口還常用于實現ISP(In—System Programmable：在線編程)，對FLASH等器件進行編程。具有JTAG接口的芯片其相關引腳的定義為：TCK為測試時鐘輸入；TDI為測試數據輸入，數據通過TDI引腳輸入JTAG接口；TDO為測試數據輸出，數據通過TDO引腳從JTAG接口輸出；TMS為測試模式選擇，TMS用來設置JTAG接口處于某種特定的測試模式；TRST為測試復位，輸入引腳，低電平有效。JTAG編程方式是在線編程，傳統(tǒng)生產流程中先對芯片進行預編程再裝到板上的方式因此而改變，簡化的流程為先固定器件到電路板上，再用JTAG編程，從而大大加快工程進度。JTAG接口可對PSD芯片內部的所有部件進行編程。目前有各種各樣簡單JTAG電纜，其實只是一個電平轉換電路，同時還起到保護作用。JTAG的邏輯則由運行在PC上的軟件實現，所以在理論上，任何一個簡單JTAG電纜，都可以支持各種應用軟件，如Debug等。有的同一個JTAG電纜可以支持Xilinx CPLD，AXD/ADW調試程序。關鍵在于軟件的支持，大多數軟件都不提供設定功能，因而只能支持某種JTAG電纜。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接口電路 UART通信接口電路設計 RS232接口電路EasyARM615開發(fā)套件設計了一個RS232接口電路，實現開發(fā)套件與PC機串口通信。通過SP3232E，將UART接口的TTL信號轉換為RS232電平信號，[1]。LM3S系列單片機的I/O信號可以承受5V電壓，所以可以直接使用SP3232E。 本章小結本章的主要內容是指紋采集系統(tǒng)的硬件設計。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。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)。，源程序參見附錄B。 主程序流程圖本指紋采集系統(tǒng)應用程序的編寫是在μC/OSⅡ操作系統(tǒng)上完成的。為了實現指紋采集的功能，本設計主要編寫了FPS200驅動程序、指紋采集程序taskFinger()、串行通信程序taskUart()，其中taskFinger()和taskUart()的初始化是在啟動任務taskStart()中完成的。 FPS200驅動程序設計，，源程序參見附錄B。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、參數調整、指紋圖像行獲取和指紋圖像獲取等。 FPS200初始化對傳感器FPS200包括以下幾個初始化內容：1. 對控制寄存器A(CTRLA)的初始化：FPS200Write (FPS200_CTRLA，0x02)；2. 設置傳感器門限值：FPS200Write(FPS200_THR，FPS200_THR_VALUE)；3. 設置傳感器控制寄存器B(CTRLB)：FPS200Write (FPS200_CTRLB，0x05 )；4. 調整傳感器放電參數和增益：FPSSetParameters(FPS_DTR_TIME,FPS_DCR_CURRENT,FPS_PGC_VALUE)。5. 清除所有中斷：FPS200Write(FPS200R，0x03)；6. 最后，打開傳感器指紋檢測中斷，一旦有手指放下將開始進行數據采集。FPS200Write(FPS_ICR,0x11)。FPS200傳感器陣列為256300點，則其一枚指紋的最大數據量為75KB。 指紋檢測SPIFingerDetect ()函數的功能是判斷手指是否已經放在傳感器上，其程序如下所示，先從傳感器獲取一行指紋數據，然后通過計算判斷是否有手指。void SPIFingerDetect (void){ while (1) { uint16 i。 uint16 count=0。 uint16 result=0。 uint8 detectrow[256]。 SPIGetRow(detectrow,0,0x96)。 //從傳感器獲取一行指紋圖像數據 for (i=0。 iCOL_NUM。 i++) { if (i!=0) { result=detectrow[i1]。 result=((result+detectrow[i])/2)。} if(result0xA0) count++。 } if (count100) break。 //若像素值大于0xA0且計數大于100，則為手指 }} 讀、寫寄存器FPS200寄存器讀命令包括一個命令字節(jié)和一個地址字節(jié)。命令系列開始時，SPI主機置SCS低電平并往MOSI引腳發(fā)送讀命令(編碼為0x03)。緊接著SPI主機發(fā)送地址字節(jié)，即待讀的寄存器地址。接收到地址的最后一位(LSB)后，FPS200傳感器發(fā)送選擇的寄存器內容到MISO引腳。最后，主機采樣到數據的LSB后置SCS高電平。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。SPI伺服傳感器將自動增加地址到下一個點。SPI主機在發(fā)送另一個命令前必須置SCS高電平。FPS200寄存器寫命令包括一個命令字節(jié)和緊跟著數據的地址字節(jié)。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)。然后主機發(fā)送地址字節(jié)，標明了要寫的寄存器。最后，主機發(fā)送數據，之后置SCS高電平。為了讀寫寄存器方便，本設計編寫了FPS200Write()和FPS200Read()兩個函數。 FPS200讀、寫寄存器流程圖 典型參數調整為了獲取比較理想的指紋數據，首先