【正文】 指紋全圖像數(shù)據(jù)的獲取流程圖如圖 所示 。指紋圖像行獲取流程圖如圖 所示。 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)。 //寫 DCR FPS200Write(FPS_PGC,gain)。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)。 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。然后主機(jī)發(fā)送地址字節(jié)，標(biāo)明了要寫的寄存器。 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)。 SPI 伺服傳感器將自動(dòng)增加地址到下一個(gè)點(diǎn)。最后，主機(jī)采樣到數(shù)據(jù)的 LSB 后置 SCS高電平。緊接著 SPI 主機(jī)發(fā)送地址字節(jié) ， 即待讀的寄存器地址。 //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)。} if(result0xA0) count++。 i++) { if (i!=0) { result=detectrow[i1]。 //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。 uint8 detectrow[256]。 uint16 count=0。 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(guò)計(jì)算判斷是否有手指 。 FPS200Write(FPS_ICR,0x11)。 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)。 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(jiàn)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。 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(méi)有問(wèn)題之后，就應(yīng)該考慮如何完成應(yīng)用軟件的開發(fā)。 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) 。通過(guò) 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]。 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。有的同一個(gè) JTAG 電纜可以支持 Xilinx CPLD， AXD/ADW 調(diào)試程序。 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 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。現(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。 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(wèn)口 )， 通過(guò)專用的 JTAG 測(cè)試工具對(duì)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。 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。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。 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。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。 5V 電源通過(guò)插座進(jìn)入到開發(fā)套件后，先經(jīng)過(guò)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。該開發(fā)套件采用 USB 接口供電，標(biāo)配有 USB 電源適配器。 電源電路設(shè)計(jì) EasyARM615 開發(fā)套件采用 5V 供電。此外，控 制器還采用了 ARM 可兼容 Thumb174。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。 FPS200接口電路設(shè)計(jì)參見(jiàn)附錄 A。 基于 SPI 模式的 FPS200 接口電路設(shè)計(jì)如圖 所示。硬件接口框圖如圖 所示。本系統(tǒng)用 EasyARM615 的 SSI 接口內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 與 FPS200 的 SPI 接口連接，采用 SPI 總線技術(shù)進(jìn)行通信。本設(shè)計(jì) 選用 SPI 接口模式對(duì)指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。需要說(shuō)明的是，在該芯片中，地址選擇與數(shù)據(jù)寫入是分兩步完成的，先通過(guò) A0 置 0 來(lái)寫地址索引寄存器，然后再對(duì) A0 置 1 來(lái)讀寫對(duì)應(yīng)地址的數(shù)據(jù)寄存器； SPI 是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的同步串行接口，它允許 8 位數(shù)據(jù)同時(shí)、同步地被發(fā)送和接收，而且只用到的信號(hào)： SCLK，SCS， MOSI， MISO， EXTINT。 FPS200 的操作模式如表 31所 示 [3]。 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(dú)立，不能同時(shí)工作。 ? XTAL1 和 XTAL2 為內(nèi)部晶體振蕩器的輸入和輸出端。 ? 可以通過(guò)在 FSET和地之間接一個(gè)電阻來(lái)設(shè)置內(nèi)部多諧振蕩器和自動(dòng)指紋檢測(cè)頻率。特別建議通過(guò)一個(gè)電阻將此引腳接地。 ? 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。 INTR只能在 MCU 和 SPI 模式下使用，在 USB 模式下應(yīng)處于斷開狀態(tài)。在芯片的三種工作模式中可以處于斷開狀態(tài)。另外，在 MCU 和 SPI 模式下，這兩個(gè)引腳可分別加一上拉電阻至電源或接地。 ? DP 和 DM 分別為 USB 的 D＋和 D－端的數(shù)據(jù)線，在 USB 模式下， DP 和 VDD3 之間必須連接一個(gè)大小為 的電阻，而 VDD3 的電壓必須保證在 到 之間。 ? 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(gè)引腳的狀態(tài)決定的。 功能寄存器256 300傳感器陣列采樣控制A / D 轉(zhuǎn)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(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） ? WAIT為等輸出端口，低電平有效。 ? WR為寫允許端，低電平有效。 ? RD為讀允許端，低電平有效。 ? D [7:0] 為雙向數(shù)據(jù)總線，在 SPI 和 USB 模式下處于斷開狀態(tài)。另外，多頻振蕩電路用于為芯片提供時(shí)鐘信號(hào)。 FPS200 的 結(jié)構(gòu) 與性能 FPS200 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。在 USB 模式下， FPS200 的圖像傳輸速度為 13幀 /秒。在 SPI 模式下， FPS200 的圖像傳 輸速度為 10 幀/秒。 4. 提供三種接口，更易于集成。 FPS200 的圖像搜索功能 (Image seek TM)通過(guò)改變電容陣列的參數(shù)值可在 1 秒種以內(nèi)掃描多幅指紋圖像并自動(dòng)選擇最好的一幅。 FPS200 具有手指自動(dòng)檢測(cè)功能，允許主機(jī)在沒(méi)有 指紋時(shí)處在低功耗待命模式，當(dāng)有手指時(shí)才喚醒主機(jī)進(jìn)行處理，從而節(jié)省整個(gè)系統(tǒng)的功耗。 FPS200 表面運(yùn)用專利技術(shù)制成，表面涂層異常堅(jiān)固耐用，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 ） 能承受超過(guò) 8KV 的靜電放電，即便在惡劣的環(huán)境中也能正常的使用。 2 組電壓差值通過(guò)內(nèi)置的 8 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，就可以獲得具有灰度級(jí)的指紋圖像 。 FPS200 每一列有 2 組采樣保持電路。 FPS200 由 256 300 電容傳感陣列組成，分辨率高達(dá) 500 點(diǎn) /英寸，封裝尺寸僅 24mm 24mm ，傳感面積為 cm cm，操作電壓為 3. 3～ 5 V，內(nèi)部集成 8 位A/D 轉(zhuǎn)換器 。本章將逐步講述以上三大模塊的硬件設(shè)計(jì)以及 ARM 的外圍電路設(shè)計(jì)。從系統(tǒng)每一個(gè)具體的功能模塊介紹其芯片的選型和接口電路。 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 ） 第三章 指紋 采集系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì) 整個(gè)指紋采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為兩部分 ： 硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。 表 22 傳感器性能比較 光學(xué)掃描技術(shù) 半導(dǎo)體傳感器 超聲波掃描技術(shù) 成像能力 干手指差，汗多的和稍脹的手指成像模糊；易受皮膚上的贓物和油脂的影響 干手指好潮濕 、粗糙的手指亦可以成像；易受皮膚上的贓物和油脂的影響 非常好 成像區(qū)域 大 小 中 分辨率 低于 500DPI 可高達(dá) 600DPI 可高達(dá) 1000DPI 設(shè)備體積 大 小 中 耐用性 非常耐用 較耐用 一般 功耗 較大 小 較大 成本 較高 低 很高 本章小結(jié) 本章主要介紹指紋采集的總體設(shè)計(jì)。但是由于成本較高，限制了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。 圖 熱敏指紋傳感器 FCD4B14 圖 壓力指紋傳感器 BLP100 5. 超聲波 指紋 傳感器 超聲波掃描指紋的表面后，接收設(shè)備獲得指紋對(duì)超聲波的反射信號(hào)，然后根據(jù)指紋脊和谷的反射信號(hào)重構(gòu)出指紋圖像。壓力傳感器的特點(diǎn)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。它外形小，敏感區(qū)域只有 14mm，通過(guò)手指掃過(guò)傳感 區(qū)域獲取指紋圖像，可承受一百萬(wàn)次的指頭滑動(dòng)動(dòng)作，并 且 使用休眠方式管理電源，功耗小，成本較低。 圖 光學(xué)指紋傳感器 圖 電容式指紋傳感器 FPS200 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 ） 3. 溫度 指紋 傳感器 溫度傳感器通過(guò)感應(yīng)壓在傳感器設(shè)備上的指紋的脊和谷的溫度來(lái)獲得指紋圖像。它的面積只有 1. 28cm2，集成 90000 個(gè)電容，且?guī)в懈咚?A/D 轉(zhuǎn)換器件，該產(chǎn)品的分辨率為 500DPI。該類型較典型的產(chǎn)品為 Veridi公司的 FPS1 FPS200 指紋傳感器，