—?dú)g迎下載畢業(yè)設(shè)計(jì)基于嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名：邢蓉姓名：邢蓉學(xué)號(hào)：12020043班級(jí)：12電氣1專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化所在系：自動(dòng)化工程系指導(dǎo)老師：胡雙喜摘要隨著科技的蓬勃進(jìn)展，人們?cè)絹碓街匾曌约旱膫€(gè)人隱私，由此個(gè)人身份識(shí)別的需求日益增加。由于指紋擁有獨(dú)特的不變性，使得指紋識(shí)別技術(shù)與傳統(tǒng)的身份識(shí)別方法相比起來，更加的平安和可操作，所以基于傳統(tǒng)的身份識(shí)別技術(shù)的不足可以被克服，指紋識(shí)別日益被認(rèn)可?；谥讣y認(rèn)證技術(shù)，指紋識(shí)別是一個(gè)重要手段，其歷來通常在PC平臺(tái)上運(yùn)行，但隨著現(xiàn)代社會(huì)的高速進(jìn)展，指紋識(shí)別系統(tǒng)的需求不斷提升，同時(shí)市場(chǎng)對(duì)便攜性和易用性的要求更加走高，指紋產(chǎn)品正在朝著嵌入式技術(shù)的進(jìn)展方向。本文首先介紹了指紋識(shí)別技術(shù)的爭(zhēng)辯目的與意義和市場(chǎng)需求，并且給出了嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)的原理，在通過對(duì)傳統(tǒng)身份認(rèn)證技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)分析后，進(jìn)而提出了利用生物特征識(shí)別的身份認(rèn)證方式，在它的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)。同時(shí)提出了嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)的體系架構(gòu)，主要包括基于指紋模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)和MSP430F2370主控芯片的硬件電路、固件端UART驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。在嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，硬件方面接受具有性價(jià)比優(yōu)勢(shì)的MSP430F2370芯片作為主控芯片和TA0701的指紋芯片，并為系統(tǒng)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的電源和UART接口電路，實(shí)現(xiàn)了嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件模塊的設(shè)計(jì)。在軟件方面，依據(jù)基于嵌入式的指紋識(shí)別系統(tǒng)的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)的功能模塊包括初始化、注冊(cè)、指紋處理、登錄、刪除和出錯(cuò)報(bào)警。使用IAREmbeddedWorkbench軟件進(jìn)行軟件部分的調(diào)試。并將程序燒寫到芯片中，使用串口調(diào)試軟件sscom32_e666對(duì)軟件運(yùn)行過程中存在的問題進(jìn)行監(jiān)視，協(xié)作編譯軟件進(jìn)行命令的修改。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于嵌入式的高平安性、高性價(jià)比的指紋識(shí)別系統(tǒng)。關(guān)鍵字：指紋識(shí)別；嵌入式系統(tǒng)；UART；MSP430；TA0701

BasedontheEmbeddedFingerprintSystemDesignABSTRACTWiththerapiddevelopmentoftechnology,moreandmorepeoplepayattentiontotheirpersonalprivacy,personalidentificationtherebyincreasingdemand.Sincethefingerprinthasauniqueinvariant,sothatfingerprintidentificationtechnologycomparedtotraditionalidentificationmethodstogether,moresecureandoperational,sobasedontheshortcomingsoftraditionalidentificationtechnologiescanbeovercome,fingerprintidentificationisincreasinglybeingrecognized.Basedonfingerprintauthenticationtechnology,fingerprintrecognitionisanimportanttool,ithasalwaysbeengenerallyrunonPCplatforms,butwiththerapiddevelopmentofmodernsociety,thedemandforfingerprintidentificationsystemontherise,whilethemarketforportabilityandeaseofuserequirementsmorehigher,fingerprintproductsaremovinginthedirectionofthedevelopmentofembeddedtechnology.

Thispaperintroducesthepurposeandsignificanceandmarketneedsfingerprintrecognitiontechnology,andgivestheprincipleofembeddedfingerprintidentificationsystem,aftertheadoptionoftheadvantagesanddisadvantagesoftraditionalauthenticationtechniquesproperanalysis,andfurtherproposedtheuseofbiometricsauthenticationmode,inwhich,basedonthedesignandimplementationofembeddedfingerprintidentificationsystem.

Alsoproposedarchitectureembeddedfingerprintidentificationsystem,includingfingerprintmodulebaseddesignofhardwarecircuit,firmwaresideimplementationandMSP430F2370masterchipUARTdriverimplementations.Inthedesignofembeddedfingerprintidentificationsystem,thehardwareusedhasacostadvantageofMSP430F2370chipasthemainchipandfingerprintTA0701chipandsystemdesignoftheappropriatepowerandUARTinterfacecircuit,embeddedfingerprintidentificationsystemhardwaremoduledesign.Intermsofsoftware,basedonbasedonthecharacteristicsofembeddedfingerprintidentificationsystem,thispaperdesignedfunctionmodules,includinginitialization,registration,fingerprintprocessing,login,delete,anderroralarm.UseIAREMBEDDEDWORKBENCHsoftwaredebuggingsoftwaresection.AndprogrammedintothechipusingserialdebuggingsoftwareSSCOM32_E666thesoftwarerunningtheproblemsofmonitor,modify,compilewithsoftwarecommands.Wedesignedandimplementedbasedontheembeddedhighsecurity,cost-effectivefingerprintrecognitionsystem.KeyWords:FingerprintIdentification;EmbeddedSystem;UART;MSP430;TA0701.目錄第一章緒論 11.1課題的爭(zhēng)辯目的與意義 11.2機(jī)器人的市場(chǎng)需求 11.3國(guó)內(nèi)外進(jìn)呈現(xiàn)狀 21.4論文爭(zhēng)辯內(nèi)容及基本結(jié)構(gòu) 3其次章課題設(shè)計(jì)方案的選型 52.1生物特征識(shí)別技術(shù)概述 52.2指紋識(shí)別技術(shù)介紹 62.3指紋采集傳感器技術(shù) 82.4關(guān)于MSP430單片機(jī)的概述 92.5UART串口通信 92.6小節(jié) 11第三章嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 123.1嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 123.1.1嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 123.1.2硬件框圖 123.2主控芯片選型 133.2.1選擇具體的主控芯片類型 133.2.2指令系統(tǒng) 153.2.3寄存器描述 153.3指紋模塊選型 173.3.1指紋模塊組 173.3.2管腳安排 173.3.3指紋處理芯片 183.4電路原理圖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 193.4.1指紋模塊電路 203.4.2Flash電路 203.4.3電壓調(diào)整電路 213.4.4U轉(zhuǎn)串電路 213.4.5燒寫電路 223.4.6電源電路 233.4.7顯示電路 233.4.8按鍵電路 243.5硬件實(shí)物 243.6硬件調(diào)試 243.7小節(jié) 25第四章嵌入式指紋系統(tǒng)軟件部分與實(shí)現(xiàn) 264.1整體結(jié)構(gòu) 264.2軟件的總框圖 264.3軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 274.3.1軟件主工作流程 274.3.2初始化模塊實(shí)現(xiàn) 284.3.3用戶注冊(cè)模塊實(shí)現(xiàn) 294.3.4指紋處理模塊實(shí)現(xiàn) 334.3.5登錄 354.3.6刪除 374.4軟件調(diào)試 384.4.1程序的編譯 394.4.2程序的燒寫 404.5小結(jié) 42第五章總結(jié)與展望 43參考文獻(xiàn) 44致謝 45—?dú)g迎下載第一章緒論1.1課題的爭(zhēng)辯目的與意義本課題的主要來源是人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中對(duì)指紋識(shí)別系統(tǒng)的需求，隨著社會(huì)日新月異的變化，個(gè)人身份識(shí)別在各種行業(yè)中的應(yīng)用無處不在，同時(shí)也由于智能技術(shù)應(yīng)用的快速進(jìn)展個(gè)人身份識(shí)別的應(yīng)用變得日益增長(zhǎng)。出于這個(gè)緣由，傳統(tǒng)身份識(shí)別方法在與其相比較下的局限性和缺陷體現(xiàn)的也日益突出。當(dāng)前基于傳統(tǒng)識(shí)別方法的機(jī)械鑰匙，用戶賬號(hào)與密碼相結(jié)合以及智能IC卡等都存在著會(huì)丟失，被他人輕易復(fù)制和被盜用的極大隱患，由于這些弊端用戶的滿足程度變低以及體驗(yàn)感覺變差，使得傳統(tǒng)產(chǎn)品的推廣普及便受到了很大的局限，而這些正是由于傳統(tǒng)身份認(rèn)證操作對(duì)象并不是被識(shí)別人本身，存在很大的缺陷而導(dǎo)致的。因此想要解決目前消滅的這些問題，我們要必需加強(qiáng)對(duì)用戶的身份信息的認(rèn)證。當(dāng)今，基于生物特征的身份識(shí)別技術(shù)快速進(jìn)展，在肯定程度上可以從根本上解決基于傳統(tǒng)的個(gè)人身份識(shí)別方法的缺陷。我們知道的生物特征有個(gè)人的指紋信息和聲音特征等，類似于其特殊的功能還有人們的特定生活習(xí)慣和特色口音。這些就是日常生活中我們所熟知的生物特征。個(gè)人身份識(shí)別領(lǐng)域應(yīng)用生物特征的最主要緣由是在于這些特征對(duì)于每一位識(shí)別者來說都是具有肯定的特殊性的，而且這些特征都是唯一不行復(fù)制的，并且是很難在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生巨大變化的，長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定是它的顯著特點(diǎn)。我們每個(gè)人身體不同部位所產(chǎn)生的紋路也是大不相同的，而這一切都是由于我們凸凹不平的皮膚所引起的。由于我們皮膚表面存在著這些紋路從而使得手掌表面的摩擦力變大，人們則可以用手來拎起物體。因此，我們可以依據(jù)這種唯一的特點(diǎn)把每個(gè)人和他的指紋一一相匹配起來，這樣一來則可以通過比對(duì)被識(shí)別者的指紋信息，從而可以辨別其身份信息的真實(shí)牢靠性[1]。這種依靠人體的身體也就是這里所說的身份認(rèn)證明際上是指通過指紋傳感器傳送指紋信息確認(rèn)相關(guān)使用者身份的過程。眾所周知，我們都生活在現(xiàn)實(shí)的物理世界中，每個(gè)人都具有屬于自己的特征，這些特征是不同于他人的。與基于傳統(tǒng)的個(gè)人身份信息識(shí)別方法相比較起來，生物特征的識(shí)別技術(shù)具有大量?jī)?yōu)勢(shì)如可以隨身攜帶和隨時(shí)使用，從而可以為用戶供應(yīng)更加平安，更為便利的保密服務(wù)[2]。1.2指紋識(shí)別系統(tǒng)的市場(chǎng)需求當(dāng)前，利用生物特征識(shí)別身份的方法進(jìn)展格外快速，到2012年為止全世界生物特征識(shí)別市場(chǎng)的規(guī)模已經(jīng)增長(zhǎng)至100億美元。生物特征識(shí)別是世界通用的國(guó)際平安識(shí)別中最為高效的可以用來預(yù)防恐怖，維持穩(wěn)定的技術(shù)。目前美國(guó)，歐盟等國(guó)家已經(jīng)實(shí)施強(qiáng)制措施對(duì)進(jìn)入該國(guó)的旅客進(jìn)行個(gè)人生物信息的采集記錄。倫敦奧運(yùn)會(huì)更是提出苛刻的要求即記錄每一位觀眾的相應(yīng)的信息以此來保證奧運(yùn)會(huì)的平安和順當(dāng)進(jìn)行。而我國(guó)也開頭重視個(gè)人信息的采集在進(jìn)行的各屆高校生運(yùn)動(dòng)會(huì)上極為嚴(yán)格的采集了全部運(yùn)動(dòng)員和觀眾的個(gè)人信息。除此以外，學(xué)校也是一個(gè)很好的例子，由于學(xué)籍管理，圖書借閱，食堂售飯，學(xué)雜費(fèi)交納，課外活動(dòng)管理，同學(xué)上機(jī)費(fèi)用收取等等都是屬于綜合管理的范疇，因此學(xué)校內(nèi)部的綜合管理內(nèi)容較為簡(jiǎn)單[3]。假如我們充分利用智能卡的優(yōu)勢(shì)，將眾多簡(jiǎn)單的功能集成在一張卡上，這樣一來就可以大大節(jié)省學(xué)校的各種資源?；谥讣y的身份識(shí)別技術(shù)與智能卡技術(shù)的結(jié)合使得眾多優(yōu)勢(shì)凸顯而出，首先就是在真實(shí)性方面，我們可以保證持卡者身份的真實(shí)性精確?????無誤，再者就是在快捷方面來說可以節(jié)省比對(duì)指紋的時(shí)間，而這一切均依靠于指紋識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用。1.3國(guó)內(nèi)外進(jìn)呈現(xiàn)狀目前，計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)展格外迅猛，并且人們也越來越關(guān)注信息的平安。因此很多公司都順勢(shì)推出了一系列關(guān)于網(wǎng)絡(luò)平安以及信息識(shí)別的產(chǎn)品，這類產(chǎn)品雖然種類繁多但是它們的工作原理則可以簡(jiǎn)要概括為以下幾個(gè)方面：1.基于傳統(tǒng)的密碼訪問權(quán)限把握的產(chǎn)品。在基于傳統(tǒng)的身份識(shí)別產(chǎn)品中，它們的主要的解決方法就是將多重操作密碼和平安設(shè)置相結(jié)合。2.物品識(shí)別產(chǎn)品。智能卡就是一個(gè)很好的例子，把深層平安機(jī)制與多重加密算法結(jié)合在一起，正是這種工作原理使得智能卡成為格外平安的工作方式之一，又由于智能卡有相應(yīng)的工作介質(zhì)可以進(jìn)行信息的存儲(chǔ)，并且可以處理一些文件，而這些特征并不會(huì)影響個(gè)人信息的識(shí)別與實(shí)現(xiàn)，因此現(xiàn)在在銀行，財(cái)務(wù)等工作領(lǐng)域中這一工作方式受到廣泛的應(yīng)用。3.基于指紋識(shí)別的相關(guān)產(chǎn)品。目前，指紋識(shí)別隨著智能科技的進(jìn)展有著飛速地進(jìn)展，而這受到廣泛的應(yīng)用都是源于以下幾點(diǎn)：（1）每個(gè)指紋都是特殊的，不行復(fù)制的，但是IC卡卻是可以很多用戶持有一張；（2）指紋識(shí)別具有高平安性，而IC卡的平安度不足；（3）指紋識(shí)別的投入是一次性的，就經(jīng)濟(jì)性來說是特殊經(jīng)濟(jì)牢靠的。目前，基于指紋識(shí)別的認(rèn)證系統(tǒng)進(jìn)展格外迅猛，但是，其產(chǎn)品還處于進(jìn)展?fàn)顟B(tài)，某些方面還不太完善，需要改進(jìn)的地方體現(xiàn)在：1.目前，市場(chǎng)上絕大多數(shù)的指紋產(chǎn)品沒有配備相應(yīng)的指紋采集設(shè)備。2.指紋識(shí)別產(chǎn)品進(jìn)展領(lǐng)域雖然廣泛，但是，其很少用在平安認(rèn)證的項(xiàng)目中。3.目前，我國(guó)要想建立完整的指紋信息庫還需要很長(zhǎng)的時(shí)間。但是，形成指紋信息庫對(duì)當(dāng)下來說是實(shí)現(xiàn)大型指紋識(shí)別項(xiàng)目的有力保障。但是這項(xiàng)工作目前都沒有得到相應(yīng)的重視，更加難以啟動(dòng)；4.標(biāo)準(zhǔn)化制訂滯后，指紋產(chǎn)品德業(yè)目前還沒有成形的、可行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到基于嵌入式的指紋識(shí)別技術(shù)目前具有寬敞的商業(yè)前景，通常狀況下，各個(gè)公司或爭(zhēng)辯機(jī)構(gòu)都把指紋識(shí)別技術(shù)當(dāng)做核心要素，因此，我們只能從外部條件去得知指紋相關(guān)產(chǎn)品的各種性能指標(biāo)和參數(shù)并理順?biāo)倪M(jìn)展?fàn)顩r。國(guó)際市場(chǎng)上有很多公司爭(zhēng)辯指紋識(shí)別技術(shù)的產(chǎn)品，在這方面歐美是引導(dǎo)者。目前，在美國(guó)有多家公司都已經(jīng)推出了自己的指紋識(shí)別產(chǎn)品，就拿IBM公司來說，它使用自己的軟件作為企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)平安把握，從而使得企業(yè)內(nèi)部信息的平安受到愛護(hù)。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，指紋識(shí)別技術(shù)相對(duì)落后幾十年。而且相比歐美國(guó)家，我們之間有著不行跨越的差距，在國(guó)內(nèi)指紋技術(shù)進(jìn)展期間，我國(guó)消滅了技術(shù)供應(yīng)者和產(chǎn)品的營(yíng)銷者等[4]。目前，我國(guó)的指紋識(shí)別技術(shù)進(jìn)展迅猛，漸漸拉低和高技術(shù)國(guó)家的差距。1.4論文爭(zhēng)辯內(nèi)容及基本結(jié)構(gòu)本選題主要來源于生產(chǎn)實(shí)踐中指紋識(shí)別系統(tǒng)的需求，隨著科技技術(shù)的進(jìn)展，個(gè)人身份識(shí)別的應(yīng)用范圍日益增大?；趥鹘y(tǒng)的身份識(shí)別方法的缺點(diǎn)表現(xiàn)的日益明顯。目前，鑰匙和密碼等愛護(hù)措施存在著丟失，復(fù)制及被盜用的隱患，導(dǎo)致用戶滿足度低和體驗(yàn)差，對(duì)于產(chǎn)品的推廣受到了很大的局限。本課題設(shè)計(jì)的基于嵌入式的指紋識(shí)別系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)方式所遺留下來的難題，通過指紋傳感器傳送指紋信息，為用戶供應(yīng)更平安，更便利的保密服務(wù)。本文爭(zhēng)辯的主要內(nèi)容包含如下幾個(gè)方面：1.對(duì)指紋傳感器的爭(zhēng)辯與應(yīng)用2.指紋圖像識(shí)別模塊的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)3.身份認(rèn)證和訪問把握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.指紋識(shí)別算法的爭(zhēng)辯與應(yīng)用5.嵌入式指紋系統(tǒng)的軟件調(diào)試本文的爭(zhēng)辯方法和手段有如下幾個(gè)方面：首先，通過對(duì)課題的需求進(jìn)行了爭(zhēng)辯與分析，初步認(rèn)知課題的現(xiàn)實(shí)性與有用性。其次，在圖書館依據(jù)要求查閱有關(guān)文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)相關(guān)的理論學(xué)問，了解所需的專業(yè)技術(shù)學(xué)問并對(duì)產(chǎn)品有初步的設(shè)計(jì)思路。然后，在試驗(yàn)室用Protel99se設(shè)計(jì)主電路圖，在專業(yè)的環(huán)境下進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)。本文的爭(zhēng)辯步驟如下：閱讀任務(wù)書，了解課題內(nèi)容，明確具體要求。對(duì)產(chǎn)品的需求進(jìn)行分析。方案設(shè)計(jì)和系統(tǒng)構(gòu)架。查閱參考文獻(xiàn)與相關(guān)資料，了解UART。接受專業(yè)工具進(jìn)行產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)。集成調(diào)試。本文的結(jié)構(gòu)大致如下：第一章：緒論，簡(jiǎn)介嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)的爭(zhēng)辯目的和意義以及市場(chǎng)需求和國(guó)內(nèi)外進(jìn)展?fàn)顩r。其次章：課題設(shè)計(jì)方案的選型，介紹了生物特征識(shí)別技術(shù)、指紋識(shí)別技術(shù)和指紋識(shí)別系統(tǒng)的工作模式。第三章：嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件部分的整體結(jié)構(gòu)，主控芯片等進(jìn)行了具體的闡述。第四章：本章是用于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟件部分，闡述了指紋識(shí)別系統(tǒng)軟件的整體結(jié)構(gòu)，并具體描述了系統(tǒng)各個(gè)軟件模塊，給出相應(yīng)模塊的流程圖和程序要求。其次章課題設(shè)計(jì)方案的選型2.1生物特征識(shí)別技術(shù)概述身份認(rèn)證就是通過特定方式確定用戶身份的過程，隨著科技的進(jìn)展認(rèn)證技術(shù)不再像以前那樣單一，現(xiàn)在常用的身份認(rèn)證技術(shù)可以分為以下三類，第一類是依據(jù)被認(rèn)證對(duì)象所把握的信息來確定身份，如口令、身份識(shí)別碼；其次類則利用被認(rèn)證對(duì)象所擁有的物品對(duì)其進(jìn)行身份識(shí)別，如身份證、護(hù)照、信用卡；第三類依據(jù)被識(shí)別對(duì)象所擁有的生物特征進(jìn)行身份識(shí)別。生物特征身份識(shí)別由身份驗(yàn)證和辨識(shí)兩部分組成。典型的生物特征識(shí)別系統(tǒng)如圖2.1[5]所示。圖2.1生物特征識(shí)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2.1Biometricidentificationsystemstructure可以用于身份識(shí)別的生物特征須滿足如下的條件[6]：1.普遍性，即每個(gè)人都要擁有此生物特征；2.唯一性，即任意兩人的此特征不行能完全相同；3.永久性，即此特征相對(duì)于時(shí)間來說是具有長(zhǎng)期不變性的；4.可采集性，即特征可以被采集和檢測(cè)；5.性能，體現(xiàn)了識(shí)別的精度；6.可接受性，表明白當(dāng)前人們對(duì)生物特征識(shí)別技術(shù)的接受的程度。生物特征中指紋、虹膜等本身就具有以上所述的優(yōu)點(diǎn)，我們依據(jù)這些唯一的生物特征來進(jìn)行身份信息的識(shí)別，明顯我們可以克服很多間接認(rèn)證的限制，并滿足人們?cè)谧R(shí)別方式上的更高要求。因而，生物識(shí)別技術(shù)行業(yè)將擁有越來越大的市場(chǎng)，前景格外寬敞。指紋識(shí)別擁有一些特殊的特點(diǎn)，相關(guān)特征如下所述[7]：1.普遍性：每個(gè)人都具有自己的指紋；2．唯一性：兩個(gè)指紋幾乎不行能相同；3.永久性：即不會(huì)隨著人體的發(fā)育而轉(zhuǎn)變；4.可采集性：即可以通過肯定的設(shè)備和手段采集到；5.可行性：通常狀況下可以達(dá)到相當(dāng)合理的正確率；6.可接受性：方式能被人們所接受；7.防偽性好。指紋識(shí)別技術(shù)目前已成為最牢靠的生物特征識(shí)別技術(shù)之一，并在人們的生活的應(yīng)用日益增多。以下對(duì)這幾種生物特征識(shí)別技術(shù)進(jìn)行了比較，如表2.1所示[8]表2.1幾種生物特征識(shí)別技術(shù)的比較Table2.1Thecomparisonofseveralkindsofbiometricidentificationtechnology生物識(shí)別技術(shù)識(shí)別效果1比1比對(duì)1比N比對(duì)儀器體積指紋很好可以可以很小虹膜或視網(wǎng)膜很好可以可以大手形好可以不能居中人臉變化可以不能小聲音變化可以不能很小通過以上比較可知，從識(shí)別效果來看，指紋識(shí)別和眼識(shí)別的較好，人臉識(shí)別受光的影響較大，而語音識(shí)別受麥克風(fēng)的影響很大。指紋識(shí)別和眼睛識(shí)別有著低錯(cuò)誤率，但由傳感器價(jià)格和儀器體積比較可知，指紋識(shí)別更易于普及。2.2指紋識(shí)別技術(shù)介紹指紋識(shí)別系統(tǒng)是一個(gè)在模式識(shí)別系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，驗(yàn)證識(shí)別人的生物特征的系統(tǒng)。指紋識(shí)別系統(tǒng)的工作模式可以分為兩類：驗(yàn)證(verification)模式和辨識(shí)(identification)模式，如圖2.2[9]所示：圖2.2指紋識(shí)別系統(tǒng)工作模式的結(jié)構(gòu)框圖Fig2.2Thefingerprintrecognitionsystemstructurediagramofworkpatterns驗(yàn)證模式：對(duì)用戶進(jìn)行指紋比對(duì)，然后推斷身份。辨識(shí)模式：與數(shù)據(jù)庫中的指紋進(jìn)行一對(duì)一對(duì)比，找出與現(xiàn)場(chǎng)輸入指紋相匹配的指紋特征信息。辨識(shí)被拒絕(假如人被拒絕)是應(yīng)用程序的重要組成部分[10]。拒絕識(shí)別的目的是防止一個(gè)人具有多重身份。指紋識(shí)別系統(tǒng)其工作流程如圖2.3[11]所示特征點(diǎn)提取特征點(diǎn)匹配輸出顯示注冊(cè)匹配指紋圖像采集指紋圖像評(píng)估指紋圖像預(yù)處理存入特征模板數(shù)據(jù)庫圖2.3指紋識(shí)別系統(tǒng)工作流程Fig.2.3Fingerprintidentificationsystemworkflow指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)AFIS(AutomatedFingerprintIdentificationSystem)是集模式識(shí)別，光電技術(shù)，圖像處理，智能卡，數(shù)據(jù)庫技術(shù)于一身的綜合性技術(shù)。它可以分為以下兩種模式[12]：1．聯(lián)機(jī)式首先采集所需指紋圖像,然后由指紋識(shí)別相應(yīng)的算法進(jìn)行識(shí)別和處理。由于圖像數(shù)據(jù)較大,通常我們使用數(shù)據(jù)傳輸接口。但是系統(tǒng)體積大,適應(yīng)性相對(duì)來說較差,因此它是不適合集成的開發(fā)。2．嵌入式嵌入式系統(tǒng)，一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，其中，嵌入式指紋處理模塊是核心,它的功能單一，用于執(zhí)行特定的功能[13]。與此同時(shí),嵌入式指紋算法的要求也很高。因此，接受不同的算法,系統(tǒng)的效率有著較大的不同。本文選用嵌入式系統(tǒng)，其可以獨(dú)立于PC機(jī)運(yùn)行，使得指紋采集和存儲(chǔ)識(shí)別等都可獨(dú)立完成。2.3指紋采集傳感器技術(shù)傳感器是將物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)化成便于利用的電信號(hào)的器件，指紋傳感器就是其中一種；傳感器將生物特征轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可以辨別的相關(guān)圖像信息。然而不同的傳感器都具有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，表2.2[14]對(duì)幾種常見的傳感器進(jìn)行了相應(yīng)指標(biāo)的比較。表2.2幾種不同類型的傳感器比較Table2.2Comparedseveraldifferenttypesofsensors類別性能體積成像質(zhì)量成像大小使用壽命功耗價(jià)格光學(xué)傳感器較大干手指差，但潮濕和臟的手指成像模糊采集面積區(qū)域可以很大光學(xué)鏡頭簡(jiǎn)潔老化，時(shí)間較長(zhǎng)較大中等半導(dǎo)體傳感器很小對(duì)潮濕和臟的手指成像差采集面積小一般，受靜電影響大較少低熱敏傳感器小質(zhì)量較差，受手指速度影響，圖像變形大采集面積較小很長(zhǎng)一般較低超聲波傳感器中格外好采集面積大一般較大很高本文中，指紋采集傳感器用的是貝爾賽克公司的TS1011半導(dǎo)體指紋傳感器。它是有著低功耗、高性能的指紋芯片。這使得在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸更加便利。2.4關(guān)于MSP430單片機(jī)的概述目前，單片機(jī)的應(yīng)用有著迅猛的進(jìn)展，在日常生活中的應(yīng)用越來越多，因此對(duì)處理器的各項(xiàng)性能要求更是日益提高。一貫以來，產(chǎn)品都是以市場(chǎng)需求為依托的，以單片為主突出解決問題。作為嵌入式系統(tǒng)的一部分，單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用主要集中在中、低端領(lǐng)域。目前在這些應(yīng)用中也消滅了一些新的需求，表現(xiàn)在以下4個(gè)方面：1.隨著市場(chǎng)需求不斷的深化簡(jiǎn)單，對(duì)處理器的性能和功能越來越嚴(yán)格。既要滿足功能豐富、外設(shè)多樣，又要具備肯定的運(yùn)算力量，能進(jìn)行實(shí)時(shí)算法，而不僅僅是進(jìn)行簡(jiǎn)潔的把握。2.目前由于指紋產(chǎn)品體積的相關(guān)限制，在市場(chǎng)上極大多數(shù)是利用電池供電的同時(shí)也要求系統(tǒng)低功耗。

3.對(duì)產(chǎn)品的要求更加高，產(chǎn)品更新速度快，開發(fā)所具有的時(shí)間短，同時(shí)用戶期望開發(fā)工具簡(jiǎn)潔、功能完善并且廉價(jià)。尤其是需要仿真工具要可以適應(yīng)多種MCU，具有連續(xù)性，避開重復(fù)，增加開發(fā)費(fèi)用。

4.高牢靠性，產(chǎn)品的性能相對(duì)來說很穩(wěn)定，而且可以加密愛護(hù)的同時(shí)又能便利升級(jí)。

現(xiàn)如今，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越寬泛，而其在儀器儀表中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更加凸顯。單片機(jī)目前正處于全面進(jìn)展的階段，在極力做到兼容的同時(shí)，也向著運(yùn)算力量強(qiáng)、體積小、擴(kuò)大尋址范圍、提高運(yùn)行速度方面進(jìn)展。面對(duì)不斷提升的集成度，片內(nèi)高度集成眾多的外圍功能器件的條件已充分具備，這也是單片機(jī)今后進(jìn)展的重要趨勢(shì)之一。2.5UART串口通信UART是一種用于異步通信的通用串行數(shù)據(jù)總線。它是一款特地用于連接計(jì)算機(jī)與設(shè)備的芯片并且供應(yīng)了RS-232C數(shù)據(jù)終端設(shè)備接口，這樣計(jì)算機(jī)就可以和使用RS-232C接口的串行設(shè)備通信了。UART作為異步串口通信協(xié)議的一種，工作原理是將傳輸數(shù)據(jù)的每個(gè)字符一位接一位地傳輸。其數(shù)據(jù)傳輸格式如圖2.4所示：圖2.4UART數(shù)據(jù)傳輸格式Fig.2.4UARTdatatransmissionformats結(jié)構(gòu)圖如圖2.5所示：圖2.5UART結(jié)構(gòu)圖Figure2.5UARTstructure其工作要求如下：UART是計(jì)算機(jī)中串行通信端口的關(guān)鍵部分。在計(jì)算機(jī)中，UART相連于產(chǎn)生兼容RS232規(guī)范信號(hào)的電路。當(dāng)一個(gè)微把握器中的UART相連于PC時(shí)，它需要一個(gè)RS232驅(qū)動(dòng)器來轉(zhuǎn)換電平。串口安排器示意圖如圖2.6所示： 圖2.6CR-UART88路串口安排器Fig.2.6CR-UART88-waydistributorserialport2.6小結(jié)本章介紹了不同生物特征識(shí)別技術(shù)的相關(guān)學(xué)問及其優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)比，然后介紹了指紋識(shí)別技術(shù)及其優(yōu)點(diǎn)，與此同時(shí)，介紹了傳感器的相關(guān)學(xué)問為下章指紋傳感器的選用做鋪墊。為后面軟件調(diào)試過程的介紹打好了基礎(chǔ)。本章還對(duì)MSP430單片機(jī)相關(guān)學(xué)問做了一個(gè)簡(jiǎn)介，為之后硬件電路的設(shè)計(jì)做了學(xué)問的儲(chǔ)備，緊接著對(duì)UART協(xié)議做了相關(guān)介紹，這些都是讀寫器在軟件部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中涉及到的內(nèi)容，為之后的理解設(shè)備的通信過程打下了理論基礎(chǔ)。第三章嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)硬件電路的搭建猶如房子的地基一樣重要，它將直接影響到讀寫器的性能。硬件電路的核心是主控芯片有著無可替代的作用，因此選擇一款合適的主控芯片至關(guān)重要。為了設(shè)計(jì)一款功耗低、體積小、有巨大的信息容量、數(shù)據(jù)處理力量強(qiáng)、測(cè)量精度高，本文選用MSP430芯片作為主控芯片，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)指紋識(shí)別系統(tǒng)。3.1嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)3.1.1嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖嵌入式指紋識(shí)別的總體設(shè)計(jì)框圖如下圖3.1所示：圖3.1嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.3.1Embeddedfingerprintidentificationsystemstructure指紋通過把信息傳送到MSP430芯片，最終在LCD液晶顯示器上顯示結(jié)果。3.1.2硬件框圖基于嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖3.2所示：MSP430電源晶振FlashSDRAMTS1011半導(dǎo)體指紋傳感器鍵盤輸入LCD顯示屏RS232PHYUART串行接口網(wǎng)絡(luò)接口圖3.2嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)Fig.3.2Hardwarestructureoftheembeddedfingerprintidentificationsystem首先由MSP430單片機(jī)完成對(duì)指紋的采集并對(duì)圖像進(jìn)行處理。然后，TS1011半導(dǎo)體指紋傳感器將采集到的指紋圖像直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送給MSP430單片機(jī)進(jìn)行處理。FLASH存儲(chǔ)器用于存放程序代碼和指紋特征值。此外利用UART串行接口和電腦進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)交換。3.2主控芯片選型3.2.1選擇具體的主控芯片類型MSP430單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī)，接受了精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，內(nèi)部精簡(jiǎn)指令集的CPU通過馮.諾依曼結(jié)構(gòu)的地址總線和數(shù)據(jù)總線連接到外圍設(shè)備和可編程的時(shí)鐘系統(tǒng)[15]。MSP430混合信號(hào)處理都可以使用是由于它有一種先進(jìn)的CPU與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組件存儲(chǔ)印象的模擬和數(shù)字的外設(shè)。本課程設(shè)計(jì)中選擇MSP430F2370主控芯片，如圖3.3所示：圖3.3MSP430F2370電路圖Fig.3.3MSP430F2370circuitdiagram其優(yōu)勢(shì)如下表3.1中表表3.1MSP430F2370優(yōu)勢(shì)參數(shù)Table3.1TrackMSP430F2370advantage復(fù)位[1]欠壓愛護(hù)復(fù)位包含在全部MSP430x2xx器件中。[2]由復(fù)位引起的PORIFG和RSTIFG標(biāo)志位已增加到IFG1寄存器。[3]一條指令從0x0000-0x01FFH地址取出將復(fù)位那器件?？撮T狗定時(shí)器全部MSP430F2370器件都集成了看門狗定時(shí)器WDT+。那WDT+確保時(shí)鐘源不失效。時(shí)基系統(tǒng)[1]在LF模式下，LFXT1震蕩器已經(jīng)選擇了負(fù)載電容。[2]在HF模式下，LFXT1支持頻率高達(dá)16Mhz的晶振。[3]在LF模式下，LFXT1振蕩器能夠?qū)φ袷幤鬟M(jìn)行查錯(cuò)。[4]XIN和XOUT引腳共享了設(shè)備的20引腳和28引腳的部分功能。[5]一些型號(hào)的設(shè)備不支持DCO的一些外部Rosc特性。在這種狀況下，軟件不能設(shè)置BCSCTL2寄存器的LSB。詳盡的敘述還請(qǐng)參照設(shè)備手冊(cè)的相關(guān)章節(jié)。設(shè)備的溫度穩(wěn)定性明顯的被提高了。Flash存儲(chǔ)器[1]消息存儲(chǔ)起有4個(gè)64字節(jié)的段組成。段A被LOCKA位所鎖定。[2]LOCKA位將愛護(hù)全部的消息被大量的擦除。[3]一個(gè)中斷的發(fā)生將能夠使得段的擦除被打斷。[4]一個(gè)中斷的到來也能夠使得FLASH的更新停止。FLASH的編程電壓被降低到了2.2V以下[5]燒寫和擦除的時(shí)間被削減，時(shí)鐘信號(hào)的無效將停止FLASH的更新。數(shù)字I/O[1]端口1和端口2的內(nèi)部集成了上拉和下拉電阻。[2]P2.6、P2.7的功能已經(jīng)被加到了設(shè)備的20引腳和28引腳上。他們和XIN、XOUT的一些功能相同。假如晶振的操作被激活，軟件將不能對(duì)這些引腳清除P2SEL位。比較器_A比較器A已經(jīng)被擴(kuò)展為一個(gè)多路輸入的輸入電容。低功耗在3V的情形下，典型的LPM3模式下的功耗將削減為50%。DCO的啟動(dòng)時(shí)間被明顯的被削減。工作頻率最大的目標(biāo)頻率是3.3V時(shí)達(dá)到16Mhz。BSL一個(gè)不正確的指令將引起大量的信息被擦除。BSL的入口次序高于阻擋意外的入口和擦除的次序。3.2.2指令系統(tǒng)430的指令系統(tǒng)具有豐富的尋址方式（7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址）、簡(jiǎn)潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令[16]。由相應(yīng)的編碼和解碼的CPU核心指令完成工作。模擬指令可以使代碼更簡(jiǎn)潔閱讀和書寫，它們不能本身進(jìn)行編碼，但它們可以被由對(duì)應(yīng)的核心指令，以便進(jìn)行組裝自動(dòng)替換。雙操作數(shù)指令、單操作數(shù)指令、跳轉(zhuǎn)指令是三個(gè)方面的核心指令。B或W的方式進(jìn)行擴(kuò)展。字節(jié)指令字節(jié)地址可以訪問的數(shù)據(jù)字節(jié)單元或外圍設(shè)備。外設(shè)雙字節(jié)指令可以訪問雙字節(jié)或雙字節(jié)數(shù)據(jù)單元地址，假如該指令不延長(zhǎng)，該指令是如在下列范圍限定的2字節(jié)指令的指令源和目的的指令：SRC源操作數(shù)被As和S-reg所定義；DST目的操作數(shù)被Ad和D-reg所定義；AS尋址位（依靠于所使用的尋址模式）；S-REG用于源操作指令的工作寄存器；AD尋址位（依靠于所使用的尋址模式）；D-REG用于目的操作指令的寄存器；B/W字節(jié)或者雙字節(jié)操作位；0:雙字節(jié)模式；1:字節(jié)模式3.2.3寄存器描述在MSP430器件中有的型號(hào)有兩個(gè)通信硬件模塊USART0和USART1,因此他們有兩套寄存器如表3.2所示:表3.2寄存器表Table.3.2TrackregistertableUSART0的寄存器寄存器縮寫讀寫類型地址初始狀態(tài)把握寄存器U0CTL讀/寫070HPUC后001H發(fā)送把握寄存器U0TCTL讀/寫71HPUC后001H接受把握寄存器U0RCTL讀/寫72HPUC后001H波特率調(diào)整把握寄存器U0MCTL讀/寫73H不變波特率把握寄存器0U0BR0讀/寫74H不變波特率把握寄存器1U0BR1讀/寫75H不變接受緩沖器U0RXBRUF讀76H不變發(fā)送緩沖器U0TXBRUF讀/寫77H不變SFR模塊使能寄存器1ME1讀/寫004HPUC后001HFR模塊使能寄存器1IE1讀/寫000HPUC后001HFR模塊使能寄存器1IFG1讀/寫002HPUC后001HUSART1的寄存器寄存器縮寫讀寫類型地址初始狀態(tài)把握寄存器U1CTL讀/寫078HPUC后001H發(fā)送把握寄存器U1TCTL讀/寫79HPUC后001H接受把握寄存器U1RCTL讀/寫7AHPUC后001H波特率調(diào)整把握寄存器U1MCTL讀/寫7BH不變波特率把握寄存器0U1BR0讀/寫7CH不變波特率把握寄存器1U1BR1讀/寫7DH不變接受緩沖器U1RXBRUF讀7EH不變發(fā)送緩沖器U1TXBRUF讀/寫7FH不變SFR模塊使能寄存器1ME2讀/寫005HPUC后001HFR模塊使能寄存器1IE2讀/寫001HPUC后001HFR模塊使能寄存器1IFG2讀/寫003HPUC后001HUxCTL把握寄存器76543210PENAPEVSPBCHARLISTENSYNCMSWRSTPEV奇偶校驗(yàn)位，該位在校驗(yàn)允許時(shí)有效，0為奇校驗(yàn)，1為偶校驗(yàn)。CHAR字符長(zhǎng)度。SYNC為UART模塊的模式選擇，0UART模式（異步），1SPI模式（同步）。M多機(jī)模式選擇位，0線路空閑多機(jī)協(xié)議，1地址位多機(jī)協(xié)議。SWRST把握位，上電時(shí)該位置位,此時(shí)USART狀態(tài)機(jī)和運(yùn)行標(biāo)志初始化成復(fù)狀態(tài)(URXIFG=0,URXIE=0,UTXIE=0,UTXIFG=1)。當(dāng)一次系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位后，只有通過對(duì)SWRST的復(fù)位，UART才能重新被允許。而接收和發(fā)送允許標(biāo)志URXE和UTXE不會(huì)因SWRST而更改。SWRST位會(huì)使URXIE、UTXIE、URXIFG、RXWAKE、TXWAKE、RXERR、BRK、PE、OE及FE等復(fù)位。當(dāng)使用串行端口設(shè)置時(shí)，起著重要的作用。一次正確的UART模塊的初始化程序應(yīng)當(dāng)是這樣設(shè)置：先在SWRST=1時(shí)，設(shè)置串行端口，然后設(shè)置SWRST=0，最終，假如有必要中斷，設(shè)置相應(yīng)的中斷使能。3.3指紋模塊選型3.3.1指紋模塊組本設(shè)計(jì)接受TS1011M系列半導(dǎo)體指紋模組，它是一種接觸式單指紋識(shí)別設(shè)備,主要由外殼、TS1011半導(dǎo)體指紋傳感器、BIOSEC0701指紋處理芯片(含指紋存儲(chǔ)器和識(shí)別算法)、通訊接口等組成。模塊組如圖3.4所示：圖3.4指紋模塊組Fig.3.4Thefingerprintmodulegroup該指紋模組集成了高性能ARM內(nèi)核指紋處理芯片,集成化高、積更小、功耗更低。使用了自主研發(fā)指紋識(shí)別算法,對(duì)指紋的各項(xiàng)工作全部由指紋模組自行獨(dú)立的處理。在指紋傳感器設(shè)計(jì)方面,TS1011接受晶圓塑封技術(shù)，產(chǎn)品具備防霧防塵防破壞力量,有效解決了人體靜電的影響、提高了產(chǎn)品采像質(zhì)量、增加了產(chǎn)品耐用性。指紋傳感器內(nèi)部接受12MHz系統(tǒng)振蕩器,內(nèi)置4KHz低功率振蕩器。3.3.2管腳安排指紋模塊的管腳圖如3.5所示：1……6圖3.5指紋模塊管腳示意圖Fig.3.5Thefingerprintmodulepindiagram圖中所示的各個(gè)管腳信息如下表3.3所示：表3.3管腳安排Table3.3Pinassignment管腳1V_TOUCH3.3V管腳2TOUCH_OUT信號(hào)管腳3VCC3.3V管腳4TXOK-300->用戶把握CPU管腳5RX用戶把握CPU->OK-300管腳6GND串口使用的是3.3V的TTL電平，在連接電腦時(shí)需要對(duì)電平進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換,同時(shí)我們需要留意的是V_TOUCH需要始終供應(yīng)電源。3.3.3指紋處理芯片內(nèi)置BIOSEC0701指紋處理芯片如圖3.6所示：圖3.6BIOSEC0701指紋處理芯片F(xiàn)ig.3.6BIOSEC0701fingerprintprocessingchipTA0701芯片接受低成本，低功耗，小體積芯片設(shè)計(jì)為把握核心，該系列集成圖安V7版本最新完整版本算法，基于圖像和特征點(diǎn)混合匹配模型的算法，能適應(yīng)各種指紋，更高的通過率和更低的誤識(shí)率，通過率達(dá)到99%以上，誤識(shí)率在十萬分之一以內(nèi)；1比N比對(duì)速度在4ms/枚；接口有UART口和USB口；供應(yīng)電腦端的調(diào)用接口。芯片各項(xiàng)參數(shù)如下表3.4所示：表3.4TA0701芯片各項(xiàng)參數(shù)Table3.4TA0701chipparameters主頻200M比對(duì)速度1:1比對(duì)速度：<4ms指紋模板494字節(jié)（圖像和特征點(diǎn)混合匹配）存儲(chǔ)量依據(jù)外置FLASH大小而定，默認(rèn)接受W25Q40，300個(gè)用戶辨別率500DPI±30DPI匹配傳感器光學(xué)指紋傳感器、半導(dǎo)體滑動(dòng)指紋傳感器、半導(dǎo)風(fēng)光傳感器拒識(shí)率<1%誤識(shí)率<0.0005%電源/電流3.3V/65mA接口UART9600-115200bps、USB2.0fullspeed適用溫度-40°C~70°C結(jié)構(gòu)尺寸30mmx30mm3.4電路原理圖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)本論文所爭(zhēng)辯的指紋識(shí)別系統(tǒng)的硬件組成又可由下面幾部分組成：MSP430主控芯片、燒寫電路、按鍵電路、電源電路、射頻電路和顯示電路、U轉(zhuǎn)串電路。如3.7所示：圖3.7指紋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.3.7Fingerprintsystemstructure3.4.1指紋模塊電路指紋模塊主要是用來采集、存儲(chǔ)和識(shí)別用戶指紋的，如下為TA0701指紋芯片的電路圖。指紋芯片電路如3.8所示：圖3.8指紋芯片電路Fig.3.8Fingerprintchipcircuit3.4.2Flash電路本文所開發(fā)的嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)選用的是W25Q40芯片。W25Q40芯片是一款SPI接口低成本的芯片，它可以應(yīng)用于外擴(kuò)flash芯片的使用。閃存接口電路主要由W25Q40芯片組成，該芯片為8個(gè)引腳，通過SPI引腳與主控電路連接，芯片接受3.3V進(jìn)行供電。嵌入式指紋系統(tǒng)的flash連接電路圖如圖3.9[17]所示。圖3.9Flash電路Fig.3.9Flashcircuit3.4.3電壓調(diào)整電路本文選用XC6201P332MR芯片進(jìn)行電壓調(diào)整，它是一款高精度,低功耗,正電壓調(diào)整器芯片,接受了CMOS工藝和激光微調(diào)技術(shù),壓力差分輸入和輸出也可以很小，XC6201P332MR芯片內(nèi)部包括電流限制電路,驅(qū)動(dòng)三極管,一個(gè)精確的參考電壓源和一個(gè)誤差放大器[18]。輸出電壓范圍是從1.3V到6.0V,間隔為100mV。電路圖如3.10所示：圖3.10電壓調(diào)整電路Fig.3.10Voltageregulationcircuit3.4.4U轉(zhuǎn)串電路MSP430F2370的U轉(zhuǎn)串電路實(shí)現(xiàn)U口轉(zhuǎn)串電路，芯片CP2102的電源6號(hào)管腳與電容相連接并接地，管腳7與兩個(gè)并聯(lián)的電容相連接后與地相連。9號(hào)與11號(hào)管腳分別與R1、R2相連接然后接地。外接電源供電，23號(hào)管腳與P2的5號(hào)管腳相連，構(gòu)成U轉(zhuǎn)串電路。電路圖如3.11所示：圖3.11U轉(zhuǎn)串電路圖Fig.3.11TrackUseriescircuitdiagram3.4.5燒寫電路燒寫電路的目的是把程序燒寫到單片機(jī)中，接受MSP430專用燒寫器與燒寫口相連把程序燒寫到單片機(jī)中。燒寫電路如3.12所示：圖3.12燒寫電路圖Fig.3.12Burningcircuitdiagram3.4.6電源電路電源供電為UART接口供電，管腳1接兩個(gè)并聯(lián)的電容，UART口連接外部電源為讀寫器供電。電源電路如圖3.13所示：圖3.13電源電路Fig.3.13Trackpowersupplycircuit3.4.7顯示電路顯示電路用來顯示開發(fā)板的工作狀況，MSP430單片機(jī)的6、7、8、9、10號(hào)管腳分別與電阻和發(fā)光二級(jí)管相連。作為顯示電路顯示讀寫器的狀態(tài)。顯示電路如圖3.14所示：圖3.14顯示電路Fig.3.14Displaycircuit3.4.8按鍵電路按鍵主要是復(fù)位鍵，如下圖為標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)位電路，按下按鍵S1能實(shí)現(xiàn)對(duì)讀寫器的復(fù)位功能。按鍵電路如3.15所示：圖3.15按鍵電路Fig.3.15Buttoncircuit3.5硬件實(shí)物嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)的硬件實(shí)物圖如3.16所示：圖3.16硬件實(shí)物圖Fig.3.16Hardwarephysicalfigure3.6硬件調(diào)試使用protel99se軟件制作電路板，首先繪制電路圖，然后進(jìn)行ERC電氣法則檢測(cè)，然后設(shè)置元器件的封裝，然后生成網(wǎng)絡(luò)表、導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表，接著排列元器件、布線，最終檢查存盤輸出。確定是否已經(jīng)正常工作，是否有調(diào)試的基礎(chǔ)，得到電路板之后，這是一個(gè)首先要解決的問題。之后用示波器檢查讀寫器是否能正常工作，觀看示波器是否能顯示凹凸電平。在進(jìn)行硬件調(diào)試的過程中發(fā)覺了如下問題：1.PCB布線時(shí)有些規(guī)章不知道，導(dǎo)致布線時(shí)連接線連錯(cuò)，之后通過網(wǎng)上查找資料解決了該問題。例如輸入輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避開相鄰平行，核心器件居中，元器件排列整齊，疏密有序，有關(guān)聯(lián)的器件相對(duì)靠近，特殊要求器件（發(fā)熱器件，干擾器件，）要合理安放。2.燈不亮，電源供電有問題，認(rèn)真檢查后發(fā)覺有漏焊的地方。3.7小結(jié)本章首先介紹了MSP430芯片引腳的功能以及常用寄存器；接下來介紹了TS1011指紋模塊組的內(nèi)部系統(tǒng)架構(gòu)和特性。介紹了嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成（7個(gè)部分：主控電路、指紋電路、U轉(zhuǎn)串電路、燒寫電路、電源電路、按鍵電路、顯示電路）。第四章嵌入式指紋系統(tǒng)軟件部分與實(shí)現(xiàn)4.1整體結(jié)構(gòu)如圖4.1為嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖，軟件部分的主要思想是通過設(shè)置MCU微把握芯片的寄存器使之把握TS1011半導(dǎo)體模塊組的發(fā)出與接收信息；并通過設(shè)置寄存器把接收的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。圖4.1整體結(jié)構(gòu)圖Fig.4.1Overallstructure4.2軟件的總框圖嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)的軟件部分由五部分組成：包括初始化模塊、指紋注冊(cè)模塊、指紋處理模塊、指紋數(shù)據(jù)庫、出錯(cuò)處理。框圖如下4.2所示：圖4.2軟件總框圖Fig.4.2Overallblockdiagramofthesoftware4.3軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.3.1軟件主工作流程軟件主工作流程如圖4.3所示：圖4.3主流程圖Fig.4.3Themainflowchart軟件工作主流程如下：首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化處理；開頭指紋識(shí)別并發(fā)送指紋識(shí)別命令；接收到命令后開頭比對(duì)采集到的用戶指紋信息；比對(duì)成功后顯示用戶信息，反之，發(fā)出報(bào)警，重新比對(duì)指紋；完成比對(duì)后退出，識(shí)別指紋識(shí)別結(jié)束。4.3.2初始化模塊實(shí)現(xiàn)在采集指紋之前必需先將指紋模塊初始化,初始化流程圖如4.4所示:圖4.4初始化流程圖Fig.4.4Initializationflow初始化具體流程如下：首先對(duì)中斷向量表進(jìn)行設(shè)置；初始化存儲(chǔ)器；初始化堆棧寄存器；然后進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置初始化外圍設(shè)備；切換到用戶模式然后開中斷，初始化結(jié)束。設(shè)置TS1011M參數(shù)信息(CMD是8字節(jié)/ACK>8字節(jié))如下表4.1，4.2,4.3所示：CMD數(shù)據(jù)格式1.頭部數(shù)據(jù)表4.1頭部數(shù)據(jù)Table.4.1Datahead2.數(shù)據(jù)包表4.2數(shù)據(jù)包Table.4.2DataPackage3.ACK數(shù)據(jù)表4.3ACK數(shù)據(jù)Table.4.3ACKData4.3.3用戶注冊(cè)模塊實(shí)現(xiàn)注冊(cè)是可以添加新用戶到系統(tǒng)中的嵌入式應(yīng)用的重要一步。在注冊(cè)模塊，我們需要確定用戶的權(quán)限，一般用戶只是該系統(tǒng)的用戶。注冊(cè)時(shí)，假如這是在管理員設(shè)置之前注冊(cè)，全部用戶都可以行使自己的正常的用戶管理系統(tǒng)管理員權(quán)限。一旦建立了一個(gè)系統(tǒng)管理員，一般用戶只能登錄，只有管理員可以訪問的信息管理和系統(tǒng)管理等模塊。這使得更簡(jiǎn)潔進(jìn)行維護(hù)和管理系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的平安性。下面給出用戶注冊(cè)流程如圖4.5所示：圖4.5注冊(cè)流程圖Fig.4.5Registrationflowchart指紋注冊(cè)具體流程如下：首先新用戶利用ID進(jìn)行注冊(cè)；推斷ID是否重復(fù)，假如不重復(fù)則預(yù)備好執(zhí)行下一步，否則，重新輸入ID；當(dāng)ID輸入完成后開頭輸入用戶姓名；然后確定用戶管理權(quán)限并采集指紋；推斷指紋質(zhì)量是否合格，假如合格就提取特征點(diǎn)并且保存，顯示注冊(cè)完成，否則，重新采集數(shù)據(jù)。在注冊(cè)前我們首先要設(shè)置注冊(cè)模塊，設(shè)置數(shù)據(jù)如下表4.4所示：表4.4數(shù)據(jù)格式Table4.4Dataformat設(shè)置完模塊組后則可以進(jìn)行新用戶注冊(cè)，注冊(cè)的數(shù)據(jù)格式如下表4.5所示：表4.5注冊(cè)格式Table.4.5Registeredformat采集用戶的三次指紋，比對(duì)成功后存入到模組的FLASH中。其中UserID必需在1-0xFFF之間。UserRole必需是1或者2或者3，各個(gè)權(quán)限的定義可以由二次開發(fā)者指定。若是兩次按壓注冊(cè)，則分別發(fā)命令(CMD/ACK都是8字節(jié))，第一次命令，系統(tǒng)僅采集指紋特征值緩存到內(nèi)存中。第一次注冊(cè)發(fā)送的命令和返回如表4.6所示：表4.6第一次注冊(cè)命令Table.4.6Registeredforthefirsttime其次次按壓命令如表4.7所示：表4.7其次次注冊(cè)命令Table.4.7Registeredforthesecondtime其次次命令，需要設(shè)置ID值和權(quán)限，當(dāng)UserID為0時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生未使用的ID號(hào)。用戶權(quán)限不能為0，否則注冊(cè)不進(jìn)去。4.3.4指紋處理模塊實(shí)現(xiàn)完成指紋采集后，假如顯示的圖象的質(zhì)量合格,收集指紋圖像預(yù)處理,否則,需要重新采集。指紋圖象質(zhì)量評(píng)估的流程可以如圖4.4所示。圖4.6指紋質(zhì)量評(píng)估流程Fig.4.6Fingerprintqualityevaluationprocess指紋質(zhì)量評(píng)估具體流程如下：接收到命令后，首先進(jìn)行指紋圖像采樣；推斷指紋是否符合要求，假如否，拒絕該圖像重新采集，命令處理結(jié)束，否則執(zhí)行下一步；進(jìn)行指紋分析并且推斷指紋質(zhì)量參數(shù)是否合格，假如合格，指紋通過，命令處理結(jié)束，否則執(zhí)行下一步指紋重新采集；推斷是否是主機(jī)向設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，假如是，進(jìn)入用戶自定義命令后結(jié)束，命令處理結(jié)束，否則執(zhí)行下一步；圖像采集數(shù)據(jù)如下表4.8所示：表4.8圖像采集數(shù)據(jù) Table4.8Imageacquisitiondata4.3.5登錄模塊實(shí)現(xiàn)登錄是最常用的功能。登錄有兩種模式,一種是直接登錄使用1：n的指紋模板匹配，另一種是通過ID。用戶登錄的流程圖如圖4.7所示：圖4.7登錄流程Fig.4.7Theloginprocess登錄具體流程如下：1.接收到命令之后，首先用戶可以通過2種方式進(jìn)行登錄，通過ID登錄或直接登錄；2.輸入ID（或采集指紋），推斷庫中是否有此ID（或指紋質(zhì)量是否合格），假如合格，則連續(xù)下一步，否則直接返回重新登錄；3.推斷指紋質(zhì)量是否合格或與庫中指紋比對(duì)，假如合格或比對(duì)成功，則登錄成功，否則登錄失敗；4.3.6刪除模塊實(shí)現(xiàn)當(dāng)某用戶不再使用該系統(tǒng)時(shí),應(yīng)當(dāng)將其從系統(tǒng)中刪除以釋放存儲(chǔ)單元。與此同時(shí)也刪除用戶信息和指紋模板。下面給出刪除用戶的流程圖如圖4.8所示：圖4.8刪除流程Fig.4.8Deleteprocess刪除具體流程如下：1.接收到命令之后，首先輸入所需刪除的用戶ID；2.推斷庫中是否有此ID，假如有，則連續(xù)下一步將IDtable中存儲(chǔ)該用戶ID單元的值改為0，否則直接返回重新輸入；3.讀取用戶信息，找到該用戶，索引表中的值由1改為0。由于這一操作再對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行某一操作時(shí)會(huì)跳過對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)單元的檢查。刪除特定用戶的數(shù)據(jù)格式如下表4.9所示：表4.9刪除特定用戶Table4.9Deletespecificuser除了刪除特定用戶外，當(dāng)我們需要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)用戶進(jìn)行全部重新更換時(shí)還可以刪除全部用戶，刪除全部用戶的數(shù)據(jù)果真是如下表4.10所示：表4.10刪除全部用戶Table4.10Removeallusers通過串口發(fā)送刪除全部用戶指令，模塊組收到指令后，吧模塊組內(nèi)全部指紋都刪除，此命令是不會(huì)失敗的。4.4軟件調(diào)試使用IAREmbeddedWorkbench軟件進(jìn)行軟件部分的調(diào)試。使用IAREmbeddedWorkbenc軟件將程序燒寫到芯片中，使用串口調(diào)試軟件sscom32_e666對(duì)軟件運(yùn)行過程中存在的問題進(jìn)行監(jiān)視，協(xié)作編譯軟件進(jìn)行命令的修改。IAREW430軟件供應(yīng)項(xiàng)目管理，程序編輯、代碼下載和調(diào)試等全部功能。并且軟件界面和操作方法與IAREWforARM等軟件開發(fā)全都是開發(fā)單片機(jī)的抱負(fù)開發(fā)工具。4.4.1程序的編譯使用IAREmbeddedWorkbench軟件進(jìn)行編譯程序，打開軟件新建文件后在中IAREmbeddedWorkbench編譯程序，如圖4.9所示：圖4.9程序編譯Fig.4.9