【正文】 )。下面的函數(shù)作用是使傳感器不斷地檢測是否有手指放下。//清除所有中斷FPWriteReg (FP_ICR, FP_IP_FINGER|FP_ IT_FINGER|FP_IE_FINGER)。//寫CTRLB FPAdjustParams(FP_DT_STARTUP,FP_DC_STARTUP, FP_GAIN_STARTUP)。 FPWriteReg(FP_THR,FP_THV_STARTUP|FP_THC_STARTUP)。對傳感器進行初始化包括以下幾個初始化內(nèi)容：（1） 對控制寄存器A（CTRLA）的初始化FPWriteReg (FP_CTRLA,0x00)（2） 設置傳感器門限值 FPWriteReg(FP_THR,FP_THV_STARTUP | FP_THC_ STARTUP)（3） 設置傳感器控制寄存器B（CTRLB） FPWriteReg(FP_CTRLB,FP_ENABLE|FP_XTALSEL|FP_AUTOINCEN|AFDEN)（4） 調(diào)整傳感器放電參數(shù) FPAdjustParams(FP_DT_STARTUP,FP_DC_STARTUP,FP_GAIN_STARTUP) （5） 清除所有中斷 FPWriteReg(FP_ ISR,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(shù)據(jù)采集。 MBF200的初始化初始化MBF200時，首先啟動內(nèi)部ADC并對特殊功能寄存器CTRLB的第2位置位，以確定A/D轉(zhuǎn)換后的地址是否自動增加，同時設置芯片時鐘源并使能傳感器。在調(diào)試軟件的過程中，如果發(fā)現(xiàn)程序運行不正確，應首先查看芯片各寄存器的初始化狀態(tài)設置是否正確，然后再調(diào)試用戶程序，否則就會降低調(diào)試效率。因此本課題采用半導體指紋傳感器MBF200是非常合理的。 幾種指紋傳感器的比較下表41是基于上述三種指紋采集技術的指紋傳感器在體積、耐用性、成像能力、耗電以及成本各個方面的比較結果[6]。積累在皮膚上的臟物和油脂對超聲波取像影響不大。超聲波指紋圖像采集技術被認為是指紋采集技術中最好的一種，但在指紋識別系統(tǒng)中還不多見，成本很高，而且還處于實驗室階段。由于半導體芯片的體積小巧，功耗很低，可以集成到許多現(xiàn)有設備中。由于指紋的脊和谷相對于另一極之間的距離不同（紋路深淺的存在），導致硅表面電容陣列的各個電容值不同，測量并記錄各點的電容值，就可以獲得具有灰度級的指紋圖像。在半導體金屬陣列上能結合大約100，000個電容傳感器，其外面是絕緣的表面。 半導體指紋采集技術半導體傳感器是1998年在市場上才出現(xiàn)的，這些含有微型晶體的平面通過多種技術來繪制指紋圖像。光線照到壓有指紋的玻璃表面，反射光線由CCD （Charge Coupled Device, 電荷耦合裝置）去獲得，反射光的量依賴于壓在玻璃表面指紋的脊和谷的深度以及皮膚與玻璃間的油脂和水分。按指紋傳感器的工作原理分主要有：光電式、電容式、壓敏式、熱敏式和超聲波式指紋傳感器。由于指紋的表面積相對較小，日常生活中手指常常會受到磨損，所以獲得優(yōu)質(zhì)的指紋細節(jié)圖像是一項十分復雜的工作。 指紋采集軟件設計 指紋采集技術指紋圖像的采集技術是指紋識別中的關鍵技術之一。前者可以脫離DSP芯片，在計算機上模擬DSP的指令集和工作機制，用于前期的算法驗證和調(diào)試；后者實時運行在DSP芯片上，可以在線編程和調(diào)試應用程序。CCS開發(fā)界面如圖41所示。只要在應用的地方把頭文件*.h包含即可。 CCS開發(fā)環(huán)境簡介TI公司提供的集成開發(fā)環(huán)境CCS主要完成系統(tǒng)的軟件開發(fā)和調(diào)試。其中指紋采集部分是通過對傳感器MBF200編程實現(xiàn)的，指紋圖像預處理包括濾波、銳化、二值化和細化等應用程序。（4） 在DSP寫指紋采集芯片的控制寄存器時，將控制數(shù)據(jù)傳送到指紋采集芯片的相應控制寄存器。（2） 產(chǎn)生必要的邏輯控制和時序，將圖像數(shù)據(jù)或?qū)⒆x取的寄存器數(shù)據(jù)發(fā)送到DSP，將DSP的設置數(shù)據(jù)傳送到指紋芯片。因此要在DSP系統(tǒng)中使用CPLD。 同時，DSP系統(tǒng)中也經(jīng)常需要外部快速部件的配合，這些部件往往是專門的電路，有可編程器件實現(xiàn)。 邏輯控制芯片XC9572XL本設計采用了XILINX公司的邏輯控制芯片XC9572XL，它是一款低功耗、高性能CPLD，系統(tǒng)頻率高達178MHz。設計中，由指紋傳感器MBF200采集到的是8bit灰度指紋圖像，其大小為300256，則存儲一幅圖像就需要75KB的空間，然而一般DSP 的數(shù)據(jù)空間僅有64KB，雖然可通過頁擴展[5]的方式擴大數(shù)據(jù)空間，但使用起來比較麻煩。在圖像處理領域中，由于圖像數(shù)據(jù)量非常大，為了有效實時地傳輸信息，必須采用有效的圖像壓縮技術，同時海量的圖像數(shù)據(jù)也需要壓縮才能實現(xiàn)有效的存儲。（4） 數(shù)據(jù)運算單元（D單元）包括40位桶形移位器、2個乘加單元（MAC）和1個40位的算術邏輯單元ALU和若干寄存器。（3） 地址—數(shù)據(jù)流單元（A單元）包括數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生電路（DAGEN），附加的16位算術邏輯單元ALU和一組寄存器。（2） 程序流單元（P單元）包括程序地址發(fā)生器、程序控制邏輯。C55x中每個功能單元的具體構成和基本功能如下：（1） 指令緩沖單元（I單元）包括3216位指令緩沖隊列（Instruction Buffer Queue）和指令譯碼器。由圖35可見，TMS320VC55x由3個主要部分組成：CPU、存儲空間、片內(nèi)外設。圖35 TMS320VC55x內(nèi)部結構圖TMS320VC55x采用基于增強的哈佛結構[4]，可通過三組并行總線訪問多個存儲空間，它們分別是程序地址總線（PAB）、數(shù)據(jù)讀地址總線（DRAB）和數(shù)據(jù)寫地址總線（DWAB）。其指令周期最快為5ns，片內(nèi)擁有12816k高速RAM，性價比很高，被廣泛用于嵌入式手持設備、通信、數(shù)據(jù)采集等領域。表34 微處理器接口讀寫真值表CS0CS1A0RDWR方式數(shù)據(jù)線HXXXX無效高阻XLXXX無效高阻LHXHH任意高阻LHLLH讀地址寄存器輸出LHLHL寫地址寄存器輸入LHHLH讀數(shù)據(jù)寄存器輸出LHHHL寫數(shù)據(jù)寄存器輸入 數(shù)字信號處理器TMS320VC5509ATMS320VC5509A是TI公司推出的新一代高性能、低功耗16位定點DSP。若使為低且CS1為高，則選中芯片，數(shù)據(jù)被鎖存在寫（）的上升邊緣。若為低，則選中目錄地址；若為高，則通過目錄地址選中數(shù)據(jù)寄存器，而目錄寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)保持原值，直至被重寫或者芯片復位。芯片內(nèi)有八位數(shù)據(jù)線（D[7:0]）和一個地址選擇線（）。在使用微處理器模式時，SPI模式和USB模式被禁止。 MBF200的微處理器接口使用微處理器接口將用到以下引腳：D[7：0]、CSEXTINT、。表33 MBF200的操作模式MODE[1，0]描述00 微處理器接口模式01 SPI接口模式10 USB模式，用內(nèi)部ROM11USB模式，用外部ROMSPI是工業(yè)標準的同步串行接口，它允許8位數(shù)據(jù)同時、同步地被發(fā)送和接收，而且只用到的信號有：SCLK, SCS, MOSI, MISO, EXINT。需要說明的是，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(shù)據(jù)寄存器。其功能如表33所列。表32 兩個重要的控制寄存器寄存器位7位6位5位4位3位2位1位0CTRLA0x08讀得到的是A/D轉(zhuǎn)換的結果寫0000AINSEGETSUBGETIMGGETROW復位0000CTRLB0x09讀MODE[1：0]RDY——AFDENINCNXTALSEENAB寫0000復位00100000MBF200傳感器有多種接口方式及多種圖像獲取形式，這些都是通過內(nèi)部功能寄存器的設置來完成的。CTRLB(控制寄存器B)CTRLB必須在程序的最開始對它的位0和位2置“1”，以使能MBF200。讀CTRLA的狀態(tài)可以得到A/D的轉(zhuǎn)換的結果。當GETIMG被置成“1”后，MBF200會完成以下一系列動作：（1） 行地址被置成0；（2） 列地址被置成0；（3） 自動開始圖像的行攝取；（4） 第一個像素的A/D轉(zhuǎn)換自動開始。向GETSUB、GETIMG和GETROW中的任意一位寫入一個“1”，都將放棄當前對應模式的圖像攝取并重新開始新的該模式的圖像攝取，而且這三位每次最多只能有一位被置成“1”。GETSUB、GETIMG和GETROW三位選定了一種圖像存取模式并且初始化A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換序列。這里僅僅對兩個比較重要的寄存器CTRLA、CTRLB進行說明。表31 MBF200功能寄存器地址標識功能0x00RAH行地址高位0x01RAL行地址低位0x02CAL列地址低位0x03REH行末地址高位0x04REL行末地址低位0x05CEL列末地址低位0x06DTR放電時間寄存器0x07DCR放電電流寄存器0x08CTRLA控制寄存器A0x09CTRLB控制寄存器B0x0ACTRLC控制寄存器C0x0BSRA狀態(tài)寄存器0x0CPGC可編程增益控制寄存器0x0DICR中斷控制寄存器0x0EISR中斷狀態(tài)寄存器0x0FTHR門限寄存器0x10CIDH芯片標識高0x11CIDL芯片標識低0x12TST測試模式寄存器MBF200的一些狀態(tài)寄存器，如DTR、DCR、PGC、THR等，需要在進行指紋采集之前被初始化。另外，THR用于在自動檢測指紋時設置門限電壓。表31所列是這些功能寄存器的地址和功能。圖34 MBF200內(nèi)部結構框圖 MBF200的功能寄存器指紋傳感器MBF200是可編程的，它所具有的強大功能是通過內(nèi)部寄存器[3]設置完成的。其中256300點傳感陣列用于產(chǎn)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(shù)據(jù)的讀出與寫入；地址索引寄存器與數(shù)據(jù)寄存器分別用于對功能寄存器的地址選擇及數(shù)據(jù)的讀寫；采樣保持及A/D轉(zhuǎn)換電路用于對傳感陣列所產(chǎn)生的電壓進行采樣。圖33 指紋與傳感器的接觸面示意圖 MBF200的主要特點（1） 采用標準COMS技術的電容性固態(tài)器件；（2） 具有500dpi（dots per inch，點每英寸）的分辨率；（3） ；（4） 傳感器陣列為256300點；（5） 具有自動指紋檢測能力；（6） 內(nèi)含8位A/D轉(zhuǎn)換器；（7） 可提供三種總線接口形式；（8） 帶8位微處理器總線接口；（9） 帶有全速USB接口和SPI接口；（10） ～5V 的工作電壓；（11） 5V 工作電壓下的功耗小于70mW。指紋表面和傳感器表面接觸的示意圖[2]如圖33所示。 指紋傳感器MBF200MBF200是富士通公司生產(chǎn)的電容式半導體指紋傳感芯片，它具有高性能、低功耗和低成本等特點。圖32 指紋擴展模塊接口定義TMS320VC5509A擁有二次開發(fā)的擴展總線（P1，P2，P3，P4），作為外圍控制接口使其功能更為強大。接口決定了DSP對指紋擴展模塊的控制是否正確，也決定了采集得到的指紋數(shù)據(jù)是否能被DSP正確地讀取。DSP則通過總線可以多次連續(xù)讀取指紋傳感芯片中的圖像數(shù)據(jù)。圖31 指紋采集系統(tǒng)原理框圖其中指紋傳感器MBF200內(nèi)部集成了8位A/D轉(zhuǎn)換器，它可完成對指紋傳感陣列產(chǎn)生的電壓進行A/D 采集，形成8位的指紋灰度圖像，可通過8位的數(shù)據(jù)總線供DSP順序讀取使用。整個系統(tǒng)由指紋傳感器采集得到指紋數(shù)據(jù)，即對MBF200編程得到，采集得到的圖像由數(shù)據(jù)總線傳送給DSP進行預處理，采集和處理后的結果通過軟件設置CCS環(huán)境中的Image菜單顯示出來。接口方面可根據(jù)DSP的擴展總線各引腳定義連接。設計中指紋采集系統(tǒng)硬件設計主要是指指紋采集模塊及其與DSP的接口設計。預處理部分的關鍵是濾波和細化，這兩個部分的算法也相對復雜，文中也重點介紹了這兩個算法。圖24 軟件設計流程其中指紋采集獲得數(shù)據(jù)源，即一幅8灰度級的指紋圖像；濾波即去噪，是預處理的關鍵步驟，是后期算法執(zhí)行的保證；銳化是為了突出指紋的紋線結構；二值化得到黑白二值的指紋圖像；細化是進一步將紋線特征表現(xiàn)出來，方便提取細節(jié)特征點以進行指紋識別。圖23 硬件框圖系統(tǒng)軟件設計包括了指紋的采集，指紋圖像的預處理：濾波、銳化、二值化以及細化等處理過程。由指紋傳感器MBF200采集到指紋數(shù)據(jù)后，傳入微處理器通過軟件進行數(shù)據(jù)的預處理。通常信號處理的設計結構是一個通用的微處理器加一個或者幾個DSP組成，而在我們的系統(tǒng)中，采用DSP+CPLD（Complex Programmable Logic Device復雜可編程邏輯器件）的架構，使得整個系統(tǒng)的通信、控制以及外設的協(xié)同工作相對來說較為簡單。系統(tǒng)總體設計流程如