【正文】 . 系統(tǒng)功能簡述本系統(tǒng)是針對指紋采集、識別模塊開發(fā)出的指紋識別系統(tǒng)。它利用人體指紋各異性和不變性，為用戶提供加密手段，使用時(shí)只需將手指平放在指紋采集儀的采集窗口上，即可完成采集任務(wù)，并將顯示出指紋模塊采集指紋圖像各個(gè)流程及比對的結(jié)果。該系統(tǒng)的主要功能有以下幾個(gè)方面：(1) 指紋錄入。指紋圖像通過專門的指紋采集儀采集。能進(jìn)行指紋的識別，指紋識別出錯(cuò)時(shí)，報(bào)警提示。(3) 指紋管理。對添加到庫中的用戶指紋進(jìn)行權(quán)限管理，設(shè)置最高權(quán)限用戶，并能夠?qū)ζ溥M(jìn)行添加和刪除管理。通過按鍵進(jìn)行指紋系統(tǒng)的功能選擇，采用數(shù)碼管與LED（Light Emitting Diode，發(fā)光二極管）指示燈綜合提示操作內(nèi)容。. 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路框架是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，對系統(tǒng)所需元件、設(shè)備參數(shù)進(jìn)行必要的計(jì)算，通過認(rèn)真研究、分析、比較選定設(shè)備型號，再將設(shè)備、元件通過可靠的接口電路聯(lián)系起來構(gòu)成的一個(gè)完整的系統(tǒng)。主控芯片選用AT89S52單片機(jī)。Large Electronic Display，大型電子展示）、指紋模塊組成。然后，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)對其它接口器件，如顯示屏、蜂鳴器、指示燈進(jìn)行響應(yīng)操作。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在FLASH編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。端口引腳第二功能： T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用）P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。對P3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。端口引腳第二功能： RXD(串行輸入口) TXD(串行輸出口) INTO(外中斷0) INT1(外中斷1) TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0) T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。對FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。PSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次PSEN信號。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。. 其他模塊電路. 電源模塊整個(gè)模塊采用USB供電，以按鍵式開關(guān)啟動(dòng)或關(guān)閉電源。圖 7 電源模塊電路. 時(shí)鐘模塊時(shí)鐘電路用來產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號，單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，電容為33pF。按其結(jié)構(gòu)形式可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤。每按下一個(gè)鍵，鍵盤能自動(dòng)生成鍵盤代碼，鍵數(shù)較多，且具有去抖動(dòng)功能。非編碼鍵盤僅提供按鍵開關(guān)工作狀態(tài)，其鍵碼由軟件確定，這種鍵盤鍵數(shù)較少，硬件簡單，廣泛應(yīng)用于各種單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，在單片機(jī)控制電路中，可把單片機(jī)使用的鍵盤分為獨(dú)立式和矩陣式兩種。矩陣式鍵盤也稱行列式鍵盤，因?yàn)殒I的數(shù)目較多，所以鍵按行列組成矩陣。圖9 按鍵模塊電路. 顯示模塊采用八位共陽數(shù)碼管，顯示原理跟單個(gè)LED的顯示原理完全相同，在段控線和位控線都串接一個(gè)電阻，以提高其輸出功率，在這里采用220歐母電阻。RST引腳是復(fù)位信號的輸入端，復(fù)位信號是高電平有效，完成復(fù)位操作共需要24個(gè)狀態(tài)周期，所以復(fù)位信號持續(xù)時(shí)間應(yīng)大致超過2μs才能完成復(fù)位操作。圖 11 復(fù)位模塊電路. 下載口模塊采用RS232接口，從PC機(jī)將程序下載至單片機(jī)芯片當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)編程實(shí)際應(yīng)用。在RS232標(biāo)準(zhǔn)中，字符以一串行的比特串來一個(gè)接一個(gè)的串行方式傳輸，優(yōu)點(diǎn)是傳輸線少，配線簡單，傳送距離可以較遠(yuǎn)。圖 12 下載口模塊. 指紋模塊. TFSM51指紋識別模塊TFSM51 指紋開發(fā)模塊是深圳市十指科技有限公司最新推出的，以 TI 公司的 TMS320VC5501 高速 DSP 處理器為核心，結(jié)合具有公司自主知識產(chǎn)權(quán)的商用指紋算法，光學(xué)指紋傳感器，具有指紋錄入、圖像處理、特征值提取、模板生成、模板儲(chǔ)存、指紋比對和搜索等功能的智能型模塊，并提供UART 接口和通訊協(xié)議，方便進(jìn)行二次開發(fā)應(yīng)用。引腳功能如表1所示：表 1 指紋模塊引腳功能接口功能管腳定義說明J1采集頭接口16P接光學(xué)指紋頭J3調(diào)試接口內(nèi)部用J4升級接品內(nèi)部用J5開 發(fā) 接 口（與TFSM12兼容）Pin1電源輸入電源 Pin2UART_OUT當(dāng)模塊處于開發(fā)模式時(shí)用于與外界通信，Pin3UART_INPin4地Pin5CTRL_PWR（新增功能）模塊電源控制接口：輸入高電平：模塊供電；輸入低電平：模塊掉電Pin6CTRL_LED（新增功能）指示燈輸出接口： 指紋頭燈亮：輸出高電平 指紋頭燈滅：輸出低電平J2備用開發(fā)接口（排針）Pin1電源輸入同 J5 Pin1Pin2UART_OUT同 J5 Pin2Pin3UART_IN同 J5 Pin3Pin4CTRL_LED同 J5 Pin6Pin5CTRL_PWR同 J5 Pin5Pin6地同 J5 Pin4. TMS320VC5501 芯片指紋模塊的核心處理單元是TI公司推出的高性能數(shù)字信號處理器TMS20VC5501片具有精度高、低功耗、靈活性大、可靠性高、時(shí)分復(fù)用等特點(diǎn)。PC值；l 6個(gè)低功耗可編程控制功能控制域；l 片上外設(shè)包括：六通道直接存儲(chǔ)器存?。―MA）控制器；兩個(gè)多通道緩沖串行端口（McBSPs）；可編程模擬鎖相環(huán)循環(huán)（APLL）時(shí)鐘發(fā)生器；通用的I / O（GPIO）引腳和專用輸出（XF）引腳；8位并行主機(jī)接口（HPI）；4個(gè)定時(shí)器，包括兩個(gè)64位通用定時(shí)器，64位的可編程看門狗定時(shí)器和64位的DSP / BIOS計(jì)數(shù)器；內(nèi)部集成電路（I2C）接口；通用異步接收器/器（UART）；片上的基于掃描的仿真邏輯；JTAG（Joint Test Action Group，聯(lián)合測試）邊界掃描邏輯；l V的I / O電源電壓；l V的核心供電電壓。一個(gè)周期包括3個(gè)數(shù)據(jù)讀取和2個(gè)數(shù)據(jù)寫入，與此同時(shí)，在CPU活動(dòng)時(shí)，DMA控制器可自主進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。40bit的中央算數(shù)/邏輯單元（ALU）由另一個(gè)16bit 的ALU支持，這些單元受指令集控制，以達(dá)到優(yōu)化并行性和降低能耗的效果。IU（指令單元，Instruction Unit）為PU（程序單元，Program Unit）從內(nèi)部或外部的內(nèi)存和指令隊(duì)列中取得32bit 程序指令，程序單元解碼后直接發(fā)送命令給AU（算數(shù)單元，Arithmetic Unit）和DU（數(shù)據(jù)單元，Digital Unit），從而管理高權(quán)限通信線路。Code Composer5501同樣支持本設(shè)計(jì)以串口方式實(shí)現(xiàn)DSP和單片機(jī)之間的通信，S52的RXD腳接DSP的TX腳，實(shí)現(xiàn)DSP發(fā)送數(shù)據(jù)由S52接受，TXD腳接DSP的RX腳，實(shí)現(xiàn)S52發(fā)送數(shù)據(jù)DSP接受，并將GND腳連接。命令接口：19200bps 1 起始位 1 停止位 （無校驗(yàn)位）主設(shè)備發(fā)送的命令及 DSP 模塊的應(yīng)答按數(shù)據(jù)長度可分為兩類：(1) = 8 字節(jié)，數(shù)據(jù)格式如下：表 2 8字節(jié)數(shù)據(jù)格式字節(jié)12345678命令0xF5CMDP1P2P30CHK0xF5應(yīng)答0xF5CMDQ1Q2Q30CHK0xF5說明：CMD：命令/應(yīng)答類型P1，P2，P3：命令參數(shù)Q1，Q2，Q3：應(yīng)答參數(shù)，Q3 多用于返回操作的有效性信息，此時(shí)可有如下取值：define ACK_SUCCESS 0x00 //操作成功define ACK_FAIL 0x01 //操作失敗define ACK_FULL 0x04 //指紋數(shù)據(jù)庫已滿define ACK_NOUSER 0x05 //無此用戶define ACK_USER_EXIST 0x07 //用戶已存在define ACK_TIMEOUT 0x08 //采集超時(shí)CHK：校驗(yàn)和，為第 2 字節(jié)到第 6 字節(jié)的異或值(2) 8 字節(jié)，數(shù)據(jù)由兩部分組成：數(shù)據(jù)頭+數(shù)據(jù)包，格式如下：表 3 大于8字節(jié)數(shù)據(jù)頭格式字節(jié)12345678命令0xF5CMDHi(Len)Low(Len)00CHK0xF5應(yīng)答0xF5CMDHi(Len)Low(Len)Q30CHK0xF5說明：CMD，Q3 的定義同上Len：數(shù)據(jù)包內(nèi)有效數(shù)據(jù)長度，16 位，由兩字節(jié)組成Hi(Len)：數(shù)據(jù)包長度高 8 位Low(Len)：數(shù)據(jù)包長度低 8 位CHK：校驗(yàn)和，為第 2 字節(jié)到第 6 字節(jié)的異或值表 4 大于8字節(jié)數(shù)據(jù)包格式字節(jié)12…Len+1Len+2Len+3命令0xF5DataCHK0xF5應(yīng)答0xF5DataCHK0xF5說明：Len 即為 Data 的字節(jié)數(shù)；CHK：校驗(yàn)和，為第 2 字節(jié)到第 Len 2 字節(jié)的異或值發(fā)送完數(shù)據(jù)頭后緊接著發(fā)送數(shù)據(jù)包。（這里僅列出第一次）表 5 添加指紋（第一次）指令格式字節(jié)12345678命令0xF50x01用戶號（高8位）用戶號（低8位）00CHK0xF5應(yīng)答0xF50x0100ACK_SUCCESSACK_FAILACK_FULLACK_TIMEOUT0CHK0xF5(2) 刪除指定用戶（命令/應(yīng)答均為 8 字節(jié)）表 6 刪除指定用戶指令格式字節(jié)12345678命令0xF50x04用戶號（高8位）用戶號（低8位）00CHK0xF5應(yīng)答0xF50x0400ACK_SUCCESSACK_FAIL0CHK0xF5(3) 刪除所有用戶（命令/應(yīng)答均為 8 字節(jié)）表 7 刪除所有用戶指令格式字節(jié)12345678命令0xF50x050000CHK0xF5應(yīng)答0xF50x0500ACK_SUCCESSACK_FAIL0CHK0xF5(4) 比對 1：1（命令/應(yīng)答均為 8 字節(jié)）表 8 比對1：1指令格式字節(jié)12345678命令0xF50x0B用戶號（高8位）用戶號（低8位）00CHK0xF5應(yīng)答0xF50x0B00ACK_SUCCESSACK_FAILACK_TIMEOUT0CHK0xF5(5) 比對 1：N（命令/應(yīng)答均為 8 字節(jié)）表 9 比對1：N指令格式字節(jié)12345678命令0xF50x0C0000CHK0xF5應(yīng)答0xF50x0C用戶號（高8位）用戶號（低8位）ACK_SUCCESSACK_FAILACK_TIMEOUT0CHK0xF5(6) 取用戶權(quán)限（命令/應(yīng)答均為 8 字節(jié)）表 10 取用戶權(quán)限指令格式字節(jié)12345678命令0xF50x0A用戶號（高8位）用戶號（低8位