基于DSP的指纹识别系统设计

2014 届本科生毕业论届本科生毕业论 基于基于 DSPDSP 的指纹识别系统设计的指纹识别系统设计 院院 系：系： 电 子 与 信 息 学 院 专专 业：业： 通 信 工 程 姓姓 名：名： xxxxx 指导教师：指导教师： xxxx 答辩日期：答辩日期： 二二一四一四 年年 五五 月月 毕业论文诚信声明毕业论文诚信声明 本人郑重声明： 所呈交的毕业论文基于 DSP 的指纹识别系统设计是本人在 指导老师的指导下，独立研究、写作的成果。论文中所引用是他人 的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中以明确方式 标明。 本声明的法律结果由本人独自承担。 作 者 签 名： 指导教师签名： 年 月 日 摘 要 指纹识别技术是数字图像处理技术的基础上,逐步发展。相对于古代的身份 认证技巧,如暗码、种种文凭和其余生物认证技术,如语音、虹膜、指纹识别是 一种更合理的身份认证技巧。利用指纹识别有许多好处如:每个人的指纹都是有 差异的,极难复制或被盗,指纹是确定的,不随岁数的变化或康健程度改变;最重 要的是最重要的是指纹图像是很容易的，容易的识别系统，实用和较高的可行 性。当代电子集成建设技巧许可咱们做出一个十分小的指纹图象读取装配，同 时飞速发展的个人计算机运算速率供应了在微机乃至 DSP 上能够运行两个指纹 的比对运算。指纹识别算法是非常成熟的，可用于安全检测设备和控制各种各 样的东西。现在,指纹识别应用领域的考勤,门禁,安全内阁,相信随着指纹识别 技术的提高,也广泛应用于身份证、车辆、家庭等领域。 本设计主要利用 MBF200 指纹传感器和 TMS320C5402 组成指纹识别模块，实 现指纹识别的算法，并把成果经过串口送出来。控制部分的核心是 TMS320C5402，它完成与指纹识别模块、PC 机的通信，并控制各种外围电路的 工作。已经完成的设计是访问控制的功能，访问控制功能，适用于公共场所和 私人住宅，并能记录收盘纪录。 【关键字】 MBF200 TMS320C5402步进电机串口通信 Abstract Fingerprint identification technology is digital image processing technology, on the basis of gradual development. Relative to the ancient identity authentication techniques, such as combination, the diploma and the rest of the biometric technologies, such as speech, iris, fingerprint recognition is a more reasonable identity authentication techniques. By using fingerprint identification has many advantages, such as: there are differences in each persons fingerprints are, very difficult to copy or stolen, the fingerprint is certain, do not change with the change of the age or fitness level; Is the most important is the most important fingerprint like easy, easy identification system, practical and high feasibility. Modern electronic integration construction skills permission lets make a very small fingerprint image read assembly, at the same time, the rapid development of personal computing rate to supply on the microcomputer and DSP can run two fingerprint matching computation. Fingerprint identification algorithm is very mature and can be used for safety inspection equipment and control all kinds of things. Now, fingerprint identification application in the field of attendance, access control, security cabinet, believe that with the improvement of the fingerprint identification technology, also widely used in the identification card, vehicle, household and other fields. This design mainly use MBF200 fingerprint sensor and TMS320C5402 fingerprint identification module, realizes the fingerprint identification algorithm, and through a serial port to send out the results. Control part is the core of TMS320C5402, it complete with fingerprint identification module and PC communications, and controls the work of various kinds of peripheral circuit. Has completed the design of the is a function of access control, access control function, apply to the public and private house, and can record record closes. 【keyword】 MBF200TMS320C5402 step electromotor the serial communication 目录 摘 要.3 ABSTRACT.4 一 引 言.1 1.1 DSP 指纹识别系统研究的背景与问题概述.1 1.1.1 DSP 指纹识别系统的研究背景.1 1.1.2 DSP 指纹识别系统的研究概述.2 1.2 DSP 指纹识别系统研究的意义和重要性.3 1.2.1 研究的意义.3 1.2.2 研究的重要性.3 1.3 研究的内容和主要工作.4 1.3.1 研究的内容.4 1.3.2 本人研究的主要工作和结构安排.4 二 相关技术简介.4 2.1 嵌入式系统简介.4 2.1.1 嵌入式系统简介.4 2.1,2 数字信号处理器.5 三 设计目标及设计方案论证.5 3.1 系统的功能要求及目标.5 3.2 系统的整体框架及设计方案.8 四 系统原理与设计.8 4.1 TMS320C5402 结构及其主要特点.8 4.2 基于 DSP 指纹识别系统原理.10 4.3 硬件设计.11 4.3.1 电源、复位电路设计.11 4.3.2JTAG 仿真接口电路.12 4.3.3 指纹传感器的性能特点.13 4.3.4 MBF200 和 C5402 的 SPI 接口.14 4.4 系统软件设计.16 4.4.1 指纹图像读取.16 4.4.2 系统初始化.16 4.4.3 MCBSP 和 DMA 系统设定初始值.18 4.4.4 16 位字的指纹数据通过 MCBSP1 接收.22 4.4.5 设计中断扩展.23 五 总结与展望.26 致 谢.27 参考文献.28 附图.29 一一 引引 言言 1.1 DSP 指纹识别系统研究的背景与问题概述 由于当代经济和社会的不断发展,越来越多的场所需求确认身份。传统的识 别技术已经远远没有满足这个需求。人类特征的克隆不能根据物理特性，人们 开始作为生物特征识别技术的关键。 指纹识别以其独特的特性,因为许多生物识别技术支持。指纹识别技巧是当 前国内外重要行使的指纹识别技术特征,从钻研的角度来看,海内和国际的差异并 不显明然而，对于国内的指纹识别技术的研究主要集中在研究的角度来看，很 长时间没有参加训练，在实际应用中，它是在这些技术与市场的实际需求，有 很大的区别。而实际上从事指纹技术的应用企业并不拥有绝大多数使用的是外 国的指纹识别算法。和大多数指纹识别产品的制造商都采用了假冒的外国产品 的模式,核心组件“指纹识别模块”通常依赖国外进口。因此，知识产权的指纹识 别算法和指纹识别模块的发展将会有一个很好的市场前景。 1.1.1 DSP 指纹识别系统的研究背景 相关数据显示,华夏是最先的国度在世界上指纹识别技术的利用。中国长期 以来一直在六千年前出土半坡陶器指纹的痕迹。指纹记录显示的第一个应用程 序出现在中国古代先秦时期，如春秋南郑商城遗址中出土的春秋战国时期 指纹处理等唐代以通过这本书指纹是广泛应用于民事案件文档、合同。著 名学者德尔指纹的权威著作总结说:“根据中国周礼貌稀疏记录,中国第一 个提到的指纹识别个人是唐代作家贾庆林。他的著作写于公元 650 年,他指出指 纹是肯定小我识别的方法是世界上最先的作者之一。自宋以来，指纹作为刑事 诉讼中的证据。指纹在古代中国的贷款协议,销售证书,结婚证、离婚监狱忏悔 的各个方面得到广泛应用。我国在普遍利用指、掌纹的持久史籍性，跟着对外 文明的交换，应用指纹的古代风俗流传到了世界上很多国度。中国也是世界公 认的指纹发源地。 随着个人计算机的普及，人们在办公室和个人数据的处理，越来越多的计 算机上，因此在信息的计算机，如程序，文件和数据的安全性变得越来越重要。 由于密码容易遗忘或被盗的缺陷，因此，出现类似的指纹，指纹认证，指纹文 件锁，指纹磁盘，指纹鼠标有大量的硬件产品的指纹和指纹 PDA 手机应用软件。 1.1.2 DSP 指纹识别系统的研究概述 指纹识别可以用许多方法，如人脸，指纹，虹膜，声音，和指纹识别广泛 的，持续的，独特的，并具有较强的安全性等多方面的优势和采集，它已成为 最广泛的生物特征识别技术。唯一的方面，相对于脸，语音识别技术，进行了 大量的特征指纹图谱，定位精度更高，所以才好；在稳定性方面,由于一个指纹 出身时已基本肯定,跟着岁数的增加指纹永久性的,是以不变性优异的脸,音色等; 在便利方面,虹膜和视网膜取样困难是高于指纹样本方便进入成本较低的抽样,识 别系统硬件部分很容易实现,所以方便是相对良好 1.2 DSP 指纹识别系统研究的意义和重要性 1.2.1 研究的意义 指纹识别技巧是使用人体固有的身理特性经过计算机与光学，声学和作为 特征通过计算机与光学，声学，生物传感和生物统计学道理等高科技技术紧密 连接，进行身份认证的一种技术。指纹识别技巧是当前最为便利与可靠的识别 技术，它无需要记着繁杂的暗码，也没必要随身携带钥匙，智能卡之类的物品。 由于每个人的指纹特点具备与别人差异的惟一性和在一段时期内不变的稳定性， 不容易伪造和冒充，是以使用指纹识别技巧完成身份鉴定，确实，无误。指纹 识别技术能够按照人体指纹的纹路，细节特点等信息对操作者或被操作者完成 身份判定判别是至今为止发现的一种最为容易，确切与可靠的鉴定技术。 DSP 指纹识别系统的性能是远远高于基于微处理器的设计，这是因为，在 数字信号和图像处理应用程序，各种处理算法比较复杂，普通处理器的总体结 构是无法完成操作时间。DSP 芯片选用流程和数据隔开的布局，具备专一的硬 件运算器，利用流水线掌握供给的 DSP 口令，能够迅速的完成数字信号办理算 法。基于 DSP 的指纹识别具有低功耗，确定性大、功能性强、机能价格比强、 实时性大、掌握多任务、霸占存储空间小、效能高、面向特定性大、能依据需 求灵动拟定的长处，而这些优点正是实现指纹识别技术所需要的。随着计算机 时代的到来和嵌入式系统，在时间的指纹识别技术具有相同的没有传统安全技 术的先天优势，芯片的集成度，在先进的识别技术，结合图像处理和模式识别 技术得到了很大的发展空间。 1.2.21.2.2 研究的重要性研究的重要性 指纹识别理论的发展,世界各国争相发展使用自动指纹识别系统。已经出现 在 1970 年代末一些实用的系统,如加拿大警方指纹应用激光第一次测试。日本 汽车公司采用了指纹检查石机在 80 年代,美国人福勒电子指纹测试系统设计是 在 80 年代,80 年日本的 NEC 首先向警方 AFIS。如今有 30 多家世界领先的大学、 咨询机构、公司从事自动指纹识别系统的研究。指纹主动识别技术研究在中国, 经历了一个长期发展的过程。直到最近,自动指纹识别技术的应用已经从一个单 一的系统,网络的综合应用发展。 在 1990 年代末,价格较低的指纹读者,快速发展,为指纹匹配算法技术个人 识别提供了一个广阔的市场空间。指纹识别技术广泛应用意味着它可以影响一 亿人的不同部分的日常生活。通过更换密码和密码,指纹识别技术可以防止未经 授权的;可以防止盗窃 ATM,手机智能卡,台式电脑,工作站和计算机网络,进行金 融交易时通过电话,互联网可以使身份认证,在建筑或场所可以替代钥匙,证书, 海报等。指纹识别技术的快速发展及其广泛的应用打开了一个个人识别的新时 代。 1.3 研究的内容和主要工作 1.3.1 研究的内容 本设计主要研究的是基于 DSP 的指纹识别系统，指纹的局部特征分析，特 征点的提取和利用 MBF200 指纹传感器和 TMS320C5402 的指纹识别模块，完成识 别的算法,达到详细和可靠的确认身份主要内容如下： 1、指纹图像的预处理研究； 2、指纹图像的特征提取研究； 3、指纹图像的匹配研究； 4、指纹识别系统的硬件设计研究； 指纹识别人体指纹的独特的特性,其复杂性的优点可以用于识别提供足够的 功能,具有极高的安全性。与别的鉴定技巧比拟,指纹识别是一种更合理的身份确 定技术,指纹识别在消息息安全不但有很多特别的好处,更重要的是具备很高的可 用性、可行性、已普遍用于金融、电子商务、可靠性能需求较高的行业。 1.3.2 本人研究的主要工作和结构安排 1广泛收集指纹识别系统的 DSP 的国内外研究文献的基础上。 集中在图像处理中的应用研究，在国内和国外的指纹识别算法；和指纹识别系 统硬件设计的研究，着重对 MBF200 指纹传感器，指纹数据采集。 2设计方案，基于上述工作，主要涉及以下几个方面： 确定指纹图像预处理的基础上的指纹识别算法程序的数学方法； 依据指纹识别算法流程的需求落实指纹图像特点的索取方法，确定奇特 点的法子； 根据指纹识别算法程序的要求确定经过预处理后的指纹图像匹配模式 根据指纹识别系统的实现要求的 DSP 和其它装置的确定。 二 相关技术简介 2.1 嵌入式系统简介 2.1.1 嵌入式系统简介 目前嵌入式系统技术已经成为了最热门的技术之一。但是对于何为嵌入式 系统，什么样的技术又可以称之为嵌入式技术，仍在讨论之中。从广义上讲， 可以认为凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统。作为系 统核心的微处理器又包括三类：微控制器(MCU)、嵌入式微处理器(MPU) 、数字 信号处理器(DSP)。从狭义上讲，嵌入式系统是指使用嵌入式微处理器构成独立 系统，具有自己的操作系统并且具有某些特定功能的系统，这里的微处理器专 指 32 位以上的微处理器2。 2.1,2 数字信号处理器 数字信号处理器(DSP)对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行 DSP 算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、谱分析等 方面 DSP 算法正在大量进入嵌入式领域，DSP 应用正从在通用单片机中以普通 指令实现 DSP 功能，过渡到采用嵌入式 DSP 处理器。嵌入式 DSP 处理器有两个 发展来源，一是 DSP 处理器经过单片化、EMC 改造、增加片上外设成为嵌入式 DSP 处理器，TI 的 TMS320C2000 /C5000 等属于此范畴；二是在通用单片机或 SOC 中增加 DSP 协处理器，例如 Intel 的 MCS-296 和 Infineon(Siemens)的 TriCore。 嵌入式 DSP 处理器比较有代表性的产品是 Texas Instruments 的 TMS320 系列和 Motorola 的 DSP56000 系列9。 TMS320 系列处理器包括用于控 制的 C2000 系列，移动通信的 C5000 系列，以及性能更高的 C6000 和 C8000 系 列。其特点是具备双 Harvard 结构和双乘/累加单元7。 三 设计目标及设计方案论证 3.1 系统的功能要求及目标 基于 DSP 的指纹识别系统是由 MBF200 指纹传感器和 TMS320C5402 构成，具 有指纹录入，图像处理，指纹对比，搜索和模版储存等功能的智能模块。他通 过与之相配套的指纹传感器，可构成一个独立的指纹识别系统，或作为一个完 整的外部设备。模块共实现：指纹保护模式、指纹保护解除模式、指纹注册模 式、指纹删除模式、指纹保护旁路模式。模块通过一个红、绿、蓝三色发光 LED 和一个蜂鸣器作为人机界面，在不同的模式下，以不同的方式提示用户操 作。 指纹保护模式：当模块处于该模式，管理员或者使用者的指纹识别通过后，模 块进入指纹保护解除模式；指纹识别不通过，则一直处于该模式。指纹识别时， 如果指纹识别通过，则会通过 LED 常亮绿灯、蜂鸣器 0.25s 鸣 0.25s 停重复两 次来提示，循环直到手指离开传感器；如果指纹识别不通过，则会通过 LED 常 亮红灯、蜂鸣器 0.15s 鸣 0.15s 停重复三次来提示，循环直到手指离开传感器。 在保护状态下，模块串口会以 0.5 秒间隔发送 0 x0F 数据。 指纹注册模式：在该模式下，可以注册指纹。模块默认注册的前 10 个指纹 为管理者指纹，后 54 个为使用者指纹。管理者指纹被识别后，可以进入指纹保 护解除模式、指纹保护旁路模式、指纹注册模式、指纹删除模式；使用者指纹 被识别后，只能进入指纹保护解除模式和指纹保护旁路模式。如果指纹总数已 经达到 64 个，仍然允许继续注册指纹，但是新注册的指纹会覆盖第 64 个，即 最后一个指纹。在一个指纹要被注册，需要采集 3 次该指纹的有效数据，蓝色 LED 用来表示采集到第几次有效指纹：1s 亮 1s 灭循环表示准备采集第一次有效 指纹；0.5s 亮 0.5s 灭循环表示准备采集第二次有效指纹；0.25s 亮 0.25s 灭循 环表示准备采集第三次有效指纹。每次采集时，如果指纹有效，则会通过 LED 常亮绿灯、蜂鸣器 0.25s 鸣 0.25s 停循环 2 次来提示，直到手指离开传感器； 如果指纹无效，则会通过 LED 常亮红灯、蜂鸣器 0.15s 鸣 0.15s 停循环 3 次来 提示，直到手指离开传感器。在有效指纹采集过程中，如果连续采集到无效指 纹（指纹受损、脱皮等原因）5 次，或者 10s 内都没有手指按在传感器上，模 块将自动回到指纹保护模式；注册成功的指纹被保存在已经注册指纹队列的最 后一个。注册成功后模块将自动进入指纹保护解除模式，等待 30s 没有电门信 号输入情况下，将自动进入指纹保护模式。如果想再注册其他指纹，必须通过 指纹识别，从指纹保护模式进入指纹保护解除模式；再通过管理员指纹识别后 6s9s 间拿开手指，重新进入指纹注册状态。前 10 个管理员指纹有管理功能， 尤其重要。如果是在私人使用时，建议主人从左、右双手的食指、中指中挑选 没有划伤、没有脱皮的 10 枚指纹注册成管理员指纹；如果用在公共场所，建议 由 12 名有管理权限的管理者各用 12 个没有划伤、没有脱皮的指纹注册成 管理员指纹。指纹注册成功后，蜂鸣器长鸣 1s，绿灯常亮。 在注册状态下， 模块串口会以 0.5 秒间隔发送 0 x55 数据，在注册模式下，如果执行特定操作 （在特定操作过程中，将无法发送正常的串口数据） ，会首先发送暂停标志数据： 0 xA0，特定操作完成后，会自动重新开始发送正常数据(0 x55 或 0 x0F)。 指纹删除模式：在该模式下，已经注册的指纹队列的最后一个被删除。如 果指纹队列已经删除空，则模块将回到出厂状态；如果指纹队列没有被删除空， 则模块自动进入到指纹保护模式。如果想再删除其他指纹，必须通过指纹识别， 从指纹保护模式进入指纹保护解除模式；再通过管理员指纹识别后 9s12s 间 拿开手指，重新进入指纹删除状态，删除成功后，蜂鸣器长鸣 1s，绿灯常亮。 在删除状态下，模块串口会以 0.5 秒间隔发送 0 x55 数据，在删除模式下，如果 执行特定操作（在特定操作过程中，将无法发送正常的串口数据） ，会首先发送 暂停标志数据：0 xA0，特定操作完成后，会自动重新开始发送正常数据(0 x55 或 0 x0F)。 指纹保护旁路模式：在某些情况下，希望把指纹识别功能屏蔽掉，这个时 候可以进入指纹保护旁路模式。进入该模式后，除非管理员或者使用者通过指 纹识别解除指纹保护旁路模式，否则模块不会退出该模式。在该模式下，如果 指纹识别通过，则会通过 LED 常亮绿灯、蜂鸣器 0.25s 鸣 0.25s 停循环 2 次来 提示，直到手指离开传感器，模块自动进入指纹保护解除模式；如果指纹识别 不通过，则会通过 LED 常亮红灯、蜂鸣器 0.15s 鸣 0.15s 停循环 3 次来提示， 直到手指离开传感器，模块将继续处于指纹保护旁路模式。 在旁路状态下，模 块串口会以 0.5 秒间隔发送数据 0 x55。 3.2 系统的整体框架及设计方案 本文的系统主要有三个部分构成：存储器扩展电路、指纹采集电路和外围、 接口电路三部分。系统整体结构如下图： 数据存 储器 程序存 储器 FLASH 逻辑控 制电路 指纹采 集传感 器器 TMS320C5402 数字信号处理器 其它外围 电路 接口电路 图 3.2 系统的整体框架 四 系统原理与设计 指纹识别技术是利用指纹采集设备指纹传感器采集的指纹图像，其中 指纹传感器可以分为固体指纹传感器、超声波指纹传感器和光学指纹传感器， 本设计采用的是由富士通公司生产的 MBF200 固体式指纹传感器，根据图像识别 算法编写的软件程序在处理中提取指纹图像的特征点，并转化成可处理的图像 数据，然后与系统数据库中的指纹模板数据进行匹配，判断是否来自同一枚指 纹。 4.1 TMS320C5402 结构及其主要特点 当前行业是最广泛应用于 TI 的 TMS320 系列。TMS320C5402 是 TI 创办于 1999 年 10 月的定点数字信号处理器性价比高。其主要特点如下: (1)144 年销 BGA、操作 100 MIPS 的速度9; (2)传统的哈佛结构冯诺依曼(冯诺依曼)结构 由于数据和指令与一个公共总线,因此在高速操作中,经常会出现瓶颈的传 输通道。哈佛大学(哈佛)常用的 DSP 芯片内部结构,三个 16 位数据内存总线和 内存总线的程序。这种分离的程序总线和数据总线可允许在一个机器周期内同 时获得指令字(来自内存)和操作数(来自数据存储器),从而提高执行速度。 (3)组装线技术 哈佛结构的 DSP 芯片生产线技术提供了方便。因为管道技术、DSP 芯片可 以单周期完成乘法积累,大大提高了算法的计算速度。和 DSP 指令本质上是一个 周期,所以单周期指令执行时间可以作为关键指标来衡量 DSP 芯片的性能。 (3)硬件乘法器 数字信号处理中的一种最重要的基本操作是乘法积累,也是最主要和最耗时 的操作,所以硬件乘法器单周期的保证 DSP 芯片实现快速操作。TMS320C5402 是 17 * 17 乘数,允许 16 有/无符号乘法,提高操作速度。 (4)各种外围设备和接口 为了加强通用 DSP 芯片 DSP 芯片增加大量的外围设备。外面可能包括有:多 个 DMA 通道,外部主机接口,外部存储器接口,高速芯片口之间的联系,外部中断, 串行通信,计时器,可编程锁相环,A / D 转换器,通过 JTAG 接口等。 (5)通过 JTAG 接口 因为复杂的 DSP 芯片的结构,提高工作速度和增加外部别针,封装导致针排 列密集的面积的减少等原因,传统的并行仿真方式不适合 DSP 芯片的开发和应用 程序开发。出版于 1991 年通过 JTAG 接口标准满足 IC 制造商和用户的需求,在 1993 年通过 JTAG 接口标准的修订是 5 行接口。在文中通过 JTAG 接口的 DSP 芯 片测试和模拟提供了极大的便利。 (6)加载程序的指南 加载引导是指设备在电动复位执行启动程序后,从港口(异步串口、I / O 口、主机接口)或外部 EPROM /闪存装载机的 RAM 以高速运行。一般使用 EPROM /闪存存储程序,但访问速度慢,和一些现有高速 EPROM /闪存是昂贵的和有限的 能力;同时高速大容量静态 RAM 价格再次下跌,所以这种加载方式是一个具有成 本效益的有效解决方案。 4.2 基于 DSP 指纹识别系统工作原理 本人所研究的指纹识别系统设计是以数字图像处理技术为基础，通过使用 嵌入式系统的数字信号处理器来处理相关的数字信息，再利用 TMS320C5402 芯 片来作为硬件核心模块来处理扑捉到的指纹图像信息，以便达到各个模块间的 功能互助，实现指纹保护模式、指纹保护解除模式、指纹注册模式、指纹删除 模式、指纹保护旁路模式。精确的指纹识别高度依赖于对脊线纹理结构、细节 特点信息的辨识。然而，在指纹自动识别过程中,由于手指本身的因素和采集条 件等各种原因的影响，从指纹传感器上采集到的原始指纹会不同程度地受到各 种因素干扰，图像中往往包含很多的噪声，造成指纹图像质量严重下降。图像 的预处理大致可以划分为以下几步：平滑滤波，归一化，二值化。指纹预处理 的主要流程如下图： 图 4.2 指纹预处理主要流程 系统由 TMS320C5402 数字信号处理芯片来满足特殊要求的指纹识别系统图 像及算法的 DSP 芯片。对于指纹识别系统要准确的鉴别则需满足系统: 速度:要求在 1 秒内从抽样的对比。 小尺寸:可以安装在出口或安全。 低价格:应用在消费领域,需要适应市场竞争的需要。 指纹识别算法的指纹图像滤波增强的程序和精炼处理时间占用分别约 76% 和 76%。过滤和大量的存在在精炼过程中添加的操作,在短时间内使用普通微处 理器芯片在操作,完成算法存在一些困难和 DSP 芯片的硬件乘法器和其高数学计 算能力,使处理指纹图像是一个很好的方式来满足系统实时性能的需求。另外, DSP 芯片是灵便的外部接口,自动指纹识别系统可以由其集图像采集、端口驱动 电路模块于一体,如体积小价格相对便宜。在本文中,使用 TMS320C5402 作为内 核硬件系统。硬件系统分为内存扩展,指纹采集、接口电路和外围电路三个部分。 4.3 硬件设计 4.3.1 电源、复位电路设计 系统中 5 伏的电压信号系统是由外部直接 220 v 交流产生。虽然 C5402 两种:工 作电压 1.8 V 的电压,输入和输出电压 3.3 V 系统采用 TPS767D318 产生 3.3 V / 1.8 V 直流电压输出。TPS767D318 是一种压差低,小的静态电流双电压调节器。 最大输出电流 750 毫安的电流输出芯片，是理想的分配两个调节器。芯片的输 入电压为 5 V,两个调节器输出电压为 3.3 V 是一个固定值,另一个是 1.2 V 至 9.75 V 之间可调。使用该芯片产生工作电压原理图如图 4.3.11。 灰度图平滑滤波归一化二值化细化处理 图 4.3.11 工作电压原理图 当 C5402 的 RS 引脚超过两个外部时钟周期在较低的层面时,可以实现系统 复位。复位电路使用电力和按钮重置在两个方面,通过使用 RC 电路的延迟特性, 复位电路的时间的最低水平。偶极矩,由于 C 电容器上的电压不能突变,所以电 阻 R,充电时间取决于 RC 的产物。这里设置为 5 个时钟周期。当按钮被按下时, 电容上的电荷 C 的电阻连接释放通过按按钮时,电容器的电压降为零。按钮时, 电容 C 和电动复位相同的充电过程。图 4.3.12 给出了复位电路图。 图 4.3.12 复位电路 系统可编程的流动现象为了提高系统的可靠性,并使其可以在特殊情况下看 门。监督分为硬件和软件。在此系统中,简化了硬件电路和软件。将在下面介绍。 C5402 时钟发生器里面振荡器和锁相环(PLL)。输入参考时钟可以由晶体振荡器,和 内部振荡器也可以直接通过外部时钟源。通过内部锁相环电路、DSP 芯片可以 配置为锁相环和 DIV 模式。锁相环模型可以产生 0.25 -15,总共 31 系数;DIV 模 型可以产生两个系数 2 或 4。DSP 的系统时钟源是通过外部的 X1 和 X2 引脚上连 接的 20 MHZ 半导体。通过设置时钟模式 CLKMD1、CLKMD2 CLKMD3 五次选择锁 相环频率模式,因此,系统时钟频率为 100 MHZ。电路如下图所示： 图 4.3.13 时钟产生电路 4.3.2JTAG 仿真接口电路 JTAG 是 1985 一个标准测试。PCB 和 IC 芯片,1990 年被修改成为 IEEE 标准。 通过 JTAG 口芯片、边界扫描和故障检测的硬件电路。 通过 JTAG 口有以下通过 JTAG 定义: TCK输入测试时钟; TDI 输入测试数据、数据由 TDI 通过 JTAG 口输入。 TDO输出测试数据,数据 JTAG 口 TDO 输出; TMS 选择测试模式,TMS 用于设置通过 JTAG 口在一个特定的测试模式。 可选 TRST 测试复位,输入,低电平有效。 送信号到 Flash,实现操作的闪光。写程序在线燃烧以外扩大通过 FLASH 应用程 序通过 JTAG 口控制指令和目标代码从 PC 并行端口通过 JTAG BSR。只要数据与 通过 JTAG 命令,二元同步通信地址和控制信号,通过二元同步通信，只要用 JTAG 指令将数据、地址及控制信号送到其 BSC 中，就可通过 BSC 对，JTAG 的设 计和连线关系如图 4.3.2 所示。 图 4.3.2 JTAG 仿真接口 4.3.3 指纹传感器的性能特点 MBF200 是富士通的一种触摸传感器,传感区域是 1.28 * 1.50 厘米,256 x 300 传感器阵列,500 dpi 分辨率,内置 8 模数转换器,可以直接输出数字图像信 号,有八个表征一个像素点,和一个微处理器总线,SPI 总线,USB 总线接口三种模 式可供选择,并可以很容易地定义传感器阵列的面积,工作电压 3.3 V 5 V . MBF200 的原则的基础上电容器充电和放电传感器的每个点是一个金属电极,相 当于一个极性电容器,作为电容传感器的手指接触另一个杆,和传感表面形成两 极之间的电容,传感器阵列之间的介电层由于指纹脊和电容值是不同的,传感器 将后容量指的是数字输出。兆 200 的内部电路框图如图 4.3.31 所示。主要包括 256 x 300 传感器阵列,采样/保持电路,A / D 转换器,模拟电路,石英晶体振荡 器,多谐振荡器、寄存器、数据寄存器,指针寄存器、总线接口电路。如下图 4.3.3 所示： 图 4.3.3 MBF200 的内部电路框图 4.3.4 MBF200 和 C5402 的 SPI 接口 这个系统与 TMS320C5402 作为主要控制器,完成 MBF200 指纹数据收集。 TMS320C5402 中的,McBSP 与 SPI 兼容。在这里, TMS320C5402 的主要设备配置 为 SPI,MBF200 在 SPI 协议下的工作模式。当 McBSP 配置为一个主设备,发送输 出信号作为 SPI 协议信号,并接收输入的信号。McBSP 用作主设备时，与 MBF200 SPI 接口如图 4.3.4 所示。 图 4.3.41 C5402 与 SPI 接口 DSP 中 CLKX 作为 SPI 串行同步时钟;BDX 作为 SPI 主控制器的输出,BDR 作 为 SPI 主控制器输入;BFSX 作为 SPI 串行帧同步信号。当 C5402 McBSP 用于时 钟停止模式,并设置 CLKSTP = 10,CLKXP = 1,SPI 时序的 MBF200 的 McBSP 顺序 吻合,完成 MBF200 C5402 和 SPI 接口之间的交流,还必须由 C5402 程序上运行完 成。 4.4 系统软件设计 4.4.1 指纹图像读取 完成5402和MBF200 在SPI运行还必须在5402上运行程序。运行路线如图5.1 所示。当使用5402接收数据的时候,因为前一排MBF200尚未完成,帧信号必须是 有效的,这帧的长度是256 x 8。所以,只能使用5402 DMA接收，接收帧的DMA,长 度应该为128 * 16。流程如下图4.4.1所示： 图4.4.1系统软件流程 4.4.2 系统初始化 初始化程序包括DSP芯片的内部影响,中央处理器初始化和影响每一块内部 和外部的外围设备初始化,初始化设置工作和可编程外围设备。DSP系统将DSP芯 片进行了定义,一部分因为DSP芯片两个状态寄存器状态,是通电复位,DSP芯片在 所谓的预定义的状态,但通电复位后,用户可以编写初始化程序,这两个状态寄存 器的状态变化,以满足不同系统的系统配置和应用程序需求。主要包括:初始化 堆栈指针,外围控制内存映射寄存器初始化,初始化状态寄存器,处理器状态寄存 器初始化,其工作路线如图4.4.2 图4.4.2 DSP设定初始值 /系统设定初始值系统设定初始值 c54init: c_int00 ld #0h,DP stm #2000h,SP ssbx INTM ssbx SXM STM #0 x7208, STM #0,SWCR 数据页指针复位 堆栈指针初始化 设置存储器映射外围 控制寄存器 状态寄存器初始化 处理器方式状态寄存 器初值设定 STM #0 xF800,BSCR STM #0,ST0 STM #0 x2b00,ST1;INTM=1 off interrupt STM #0 xBfe4,PMST;Interrupt vector map Bf80 STM #0 xFFFF,IFR STM #0 x0488,IMR;Timer0 enabel interrupt STM #0,CLKMD clkcon:LDM CLKMD,A AND #0 x01,A BC clkcon,ANEQ STM #0 x43ff,CLKMD;PLL MUL=(4+1