【導(dǎo)讀】導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝。為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)。人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬(wàn)字。符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不。指紋采集技術(shù)是指紋識(shí)別技術(shù)中最為關(guān)鍵的技術(shù)之一。隨著指紋傳感器性能的不斷。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。EasyARM615開發(fā)套件和μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)來(lái)構(gòu)建一個(gè)嵌入式指紋采集系統(tǒng)。步優(yōu)化系統(tǒng)提出了建議。

　　

【正文】 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。這些堪稱先鋒的器件，價(jià)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。 圖 LM3S615 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 ） 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(diǎn)，如擁有廣泛使用的開發(fā)工具，片上系統(tǒng)（ SoC）的底層結(jié)構(gòu) IP 的應(yīng)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(lái)降低內(nèi)存的需求量，進(jìn)而降低成本 [1]。 電源電路設(shè)計(jì) EasyARM615 開發(fā)套件采用 5V 供電。電源插座采用 插座，供電極性采用外正內(nèi)負(fù)，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(biāo)配有 USB 電源適配器。電源電路如圖 所示。 5V 電源通過插座進(jìn)入到開發(fā)套件后，先經(jīng)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(gè)電流為 500mA 的自恢復(fù)保險(xiǎn)絲 SMD050，電源經(jīng)過 F1 后，通過 TVS 管 與電源地連接。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。 圖 電源電路 IN5819 的差壓為 ，所以供給 電源轉(zhuǎn)換電路的電壓為 ，經(jīng)過 電壓轉(zhuǎn)換電路 可以給系統(tǒng)其它芯片提供 工作電壓，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(diǎn)亮。 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 ） 圖 JTAG 電路設(shè)計(jì) JTAG(Joint Test Action Group 聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)小組 )是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議 (IEEE 兼容 )，主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試。它是 1985 年制定的檢測(cè) PCB 和 IC 芯片的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)， 1990 年被修改后成為 IEEE 的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即 — 1990。通過這個(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)。 現(xiàn)在多數(shù)的高級(jí)器件都支持 JTAG 協(xié)議，如 ARM、 DSP、 FPGA 器件等。標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG接口是 4 線： TMS、 TCK、 TDI 和 TDO，分別為模式選擇、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。 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)試訪問口 )， 通過專用的 JTAG 測(cè)試工具對(duì)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。 JTAG 測(cè)試允許多個(gè)器件通過 JTAG 接口串聯(lián)在一起，形成一個(gè) JTAG 鏈，能實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)器件分別測(cè)試?，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。 具有 JTAG 接口的芯片其相關(guān)引腳的定義為 ： TCK 為 測(cè)試時(shí)鐘輸入 ； TDI 為測(cè)試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過 TDI 引腳輸入 JTAG 接口； TDO 為測(cè)試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過 TDO 引腳從 JTAG 接口輸出； TMS 為測(cè)試模式選擇， TMS 用來(lái)設(shè)置 JTAG 接口處于某種特定的測(cè)試模式； TRST 為測(cè)試復(fù)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(chǎn)流程中先對(duì)芯片進(jìn)行預(yù)編程再裝到板上的方式因此而改變，簡(jiǎn)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(jìn)度。 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。 目前有各種各樣簡(jiǎn)單 JTAG 電纜，其實(shí)只是一個(gè)電平轉(zhuǎn)換 電路，同時(shí)還起到保護(hù)作用。 JTAG 的邏輯則由運(yùn)行在 PC 上的軟件實(shí)現(xiàn)，所以在理論上，任何一個(gè)簡(jiǎn)單 JTAG 電纜，都可以支持各種應(yīng)用軟件，如 Debug 等。有的同一個(gè) JTAG 電纜可以支持 Xilinx CPLD， AXD/ADW 調(diào)試程序。關(guān)鍵在于軟件的支持，大多數(shù)軟件都不提供設(shè)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(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。 圖 JTAG 接口電路 UART 通 信 接口 電路 設(shè)計(jì) 圖 RS232 接口電路 EasyARM615 開發(fā)套件設(shè)計(jì)了一個(gè) RS232 接口電路，實(shí)現(xiàn)開發(fā)套件與 PC 機(jī)串口通內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 信。通過 SP3232E，將 UART 接口的 TTL 信號(hào)轉(zhuǎn)換為 RS232 電平信號(hào)， SP3232E 的工作電壓為 ，如圖 所示 [1]。 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。 本章小結(jié) 本章的主要內(nèi)容是 指紋采集系統(tǒng) 的硬件設(shè)計(jì) 。 首先介紹了指紋傳感器 FPS200 結(jié)構(gòu)與性能、輸出模式 ，并設(shè)計(jì)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(duì) UART 通信 接口 電路 的進(jìn)行了簡(jiǎn)要的 說(shuō)明 。 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)在硬件上沒有問題之后，就應(yīng)該考慮如何完成應(yīng)用軟件的開發(fā)。 指紋采集系統(tǒng) 主程序流程圖如圖 所示 ，源程序參見附錄 B。 開 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。為了實(shí)現(xiàn)指紋采集的功能，本設(shè)計(jì)主要編寫了 FPS200 驅(qū)動(dòng)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(dòng)任務(wù) taskStart()中完成的。 FPS200 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) FPS200 驅(qū)動(dòng)程序包括 和 兩個(gè)文件， 是驅(qū)動(dòng)程序的源文件， 是驅(qū)動(dòng)程序的頭文件 ，源程序參見附錄 B。 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。 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 ） FPS200 初始化 對(duì)傳感器 FPS200 包括以下幾個(gè)初始化內(nèi)容： 1. 對(duì)控制寄存器 A(CTRLA)的初始化： FPS200Write (FPS200_CTRLA， 0x02)； 2. 設(shè)置傳感器門限值： FPS200Write(FPS200_THR， FPS200_THR_VALUE)； 3. 設(shè)置傳感器控制寄存器 B(CTRLB)： FPS200Write (FPS200_CTRLB， 0x05 )； 4. 調(diào)整傳感器放電參數(shù)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(cè)中斷，一旦有手指放下將開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 FPS200Write(FPS_ICR,0x11)。 FPS200 傳感器陣列為 256 300 點(diǎn)，則其一枚指紋的最大數(shù)據(jù)量為 75KB。 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)，然后通過計(jì)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(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。 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(jì)數(shù)大于 100，則為手指 } } 讀、寫 寄存器 FPS200 寄存器讀命令包括一個(gè)命令字節(jié)和一個(gè)地址字節(jié)。命令系列開始時(shí)， SPI 主機(jī)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(jī)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(nèi)容到 MISO 引腳。最后，主機(jī)采樣到數(shù)據(jù)的 LSB 后置 SCS高電平。當(dāng)讀 A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，主機(jī)應(yīng)該保持 SCS－低電平以讀出連續(xù)的點(diǎn)。 SPI 伺服傳感器將自動(dòng)增加地址到下一個(gè)點(diǎn)。 SPI 主機(jī)在發(fā)送另一個(gè)命令前必須置 SCS高電平。 FPS200 寄存器寫命令包括一個(gè)命令字節(jié)和緊跟著數(shù)據(jù)的地址字節(jié)。命令開始時(shí) SPI主機(jī)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(jī)發(fā)送地址字節(jié)，標(biāo)明了要寫的寄存器。最后，主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，之后置 SCS高電平。 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。 F P S 2 0 0 W r i t e返 回清 零 S C S 發(fā) 送 寫 代 碼 0 x 0 2發(fā) 送 寄 存 器 地 址置 位 S C S 發(fā) 送 數(shù) 據(jù)F P S 2 0 0 R e a d返 回清 零 S C S 發(fā) 送 讀 代 碼 0 x 0 3發(fā) 送 寄 存 器 地 址置 位 S C S 讀 數(shù) 據(jù) 圖 FPS200 讀、寫寄存器流程圖 典型參數(shù)調(diào)整 為了獲取比較理想的指紋數(shù)據(jù)，首先得對(duì)傳感器的放電時(shí)間、放電電流和可編程增益控制寄存器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置函數(shù)如下： void FPSSetParameters(uint8 dischargetime,uint8 dischargecurrent,uint8 gain) //參數(shù)調(diào)整 { FPS200Write(FPS_DTR,dischargetime)。 //寫 DTR FPS200Write(FPS_DCR,dischargecurrent)。 //寫 DCR FPS200Write(FPS_PGC,gain)。 //寫 PGC } 指紋圖像獲取 指紋圖像獲取包括行獲取 (GETROW)、整幅圖像獲取 (GETIMG)和指定圖像獲取(GETSUB)三種方式。 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)。在 手指檢測(cè)中要用到此函數(shù)。指紋圖像行獲取流程圖如圖 所示。 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)。指紋全圖像數(shù)據(jù)的獲取流程圖如圖 所示 。 指定圖像獲取方式先 設(shè)置 RAH、 RAL、 CAL、 REH、 REL和 CEL寄存器，