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基于单片机的指纹识别系统设计(硬件)

基于单片机的指纹识别系统设计（硬件）

摘要

随着科学技术的飞速发展，传统的安全系统的安全性越来越脆弱，自动指纹识别技术集保密性强、差错率低等优点，已经广泛的应用到需要身份认证的各种领域。本文简述了指纹和指纹识别系统，并在此基础上重点研究了基于单片机的指纹识别系统的硬件设计和制作。系统采用的是增强型51单片机STC12C5A60S2作为主控芯片，而FM—180指纹识别模块作为指纹采集和处理的核心。通过二者的通信完成对指纹的采集，录入，提取特征值，比对等功能。设计表明通过简单的原理能够实现指纹识别相关功能，加深了我们对指纹识别原理的理解，和对单片机的应用。

关键词：指纹识别STC12C5A60S2 FM—180 硬件

Design being based on Single-chip Fingerprint

Identification System （hardware）

Abstract

With the rapid development of science and technology, the safety of traditional security system become more and more weak and the automatic fingerprint recognition technology is superior in confidentiality and error rate. Therefore the automatic fingerprint recognition technology has been widely applied to those kinds of area where need identification .This article illustrates the fingerprints and fingerprint identification system and on this basis, we focus on the hardware design and the fabrication of the fingerprint identification system. The System employs the enhanced 51 MCU STC12C5A60S2 as the main control chip and the FM-180 fingerprint module as the core of the fingerprint collection and processing. By the communication of MCU and FM-180 ,it could finish fingerprint's acquisition, entry, extraction for feature values, contrast and so on. The design shows the fingerprint identification can be achieved by a simple principle and thus we deepen our comprehension of the principle of fingerprint identification and understand the application of the single-chip fingerprint identification system.

Key Words: Fingerprint identification STC12C5A60S2 FM-180 hardware

论文总页数：34页第1章绪论 (1)

1.1课题的背景和意义 (1)

1.2生物识别技术概述 (1)

1.3指纹识别技术概述 (2)

1.4指纹识别研究现状 (3)

1.5论文内容安排 (4)

第2章指纹识别基本原理 (4)

2.1指纹学的基本知识 (4)

2.1.1指纹的形成 (4)

2.1.2指纹的相关概念 (5)

2.2自动指纹识别原理 (7)

2.3指纹识别系统 (8)

2.3.1指纹采集 (8)

2.3.2图像处理 (9)

2.3.3特征提取 (9)

2.3.4指纹匹配 (10)

第3章指纹识别系统硬件设计 (10)

3.1相关器件介绍 (10)

3.1.1 STC12C5A60S2的结构与特点 (10)

3.1.2指纹识别模块FM-180 (13)

3.1.3 12864液晶显示器介绍 (15)

3.2功能描述 (16)

3.3系统硬件概述 (17)

3.4方案设计 (17)

3.6通讯协议 (19)

3.6.1 单片机和FM180的通信 (19)

3.6.2单片机和PC机的通信 (20)

3.7硬件电路设计 (21)

3.7.1最小系统电路 (22)

3.7.2 功能选择电路 (22)

3.7.3模式指示灯 (23)

3.7.3液晶显示驱动电路 (23)

3.7.4 蜂鸣器驱动电路 (24)

3.7.5串口电路 (24)

第4章硬件电路制作和调试 (26)

4.1绘制PCB板 (26)

4.1.1布局要求 (26)

4.1.2布线要求 (26)

4.2制作和调试 (26)

第5章总结 (28)

参考文献 (29)

致谢 (29)

附录一 (30)

附录二 (30)

第1章绪论

1.1 课题的背景和意义

随着科学技术的不断发展，我们的生活中常常需要身份确认。信息时代我

们每个人都拥有大量的认证密码，比方说银行密码、开机密码、手机密码、开机密码等等。而我们大多数人则喜欢采用配备各种钥匙，保险柜，防盗报警等传统安全系统。社会的进步，促使传统的安全系统越来越脆弱。生物识别技术开始走进安全系统，指纹识别作为生物识别的一种已经获得了广泛的应用。指纹特征是人终生不变的特征之一，并且每个人的指纹是不同的，可以说指纹是一个人身份的标识。指纹含有天然的密码信息，其具有作为密码信息必须具备

的三个重要性质：

①广泛性，每个人都有自己的指纹，很普遍。

②唯一性，人与人之间的指纹是不同，可以作为身份的识别。

③终生不变性[1]，非意外事故发生终身不变。

指纹识别技术相对于其他识别方法有许多独到之处，具有很高的实用性和可行性。由于指纹识别技术的广泛应用，人们对它的研究也日趋成熟。所以了解指纹识原理，懂得如何设计指纹识别系统显得很有必要。

由于本系统采用的是单片机作为主控MCU，所以在实时性，扩展性上受到了极大的限制，但是也有它自身的突出的优点和意义，那就是以最简单的，处理数据能低的MCU完成了指纹识别系统应该具备功能。这对于我更好的理解指纹识别原理和单片机结构功能很有帮助，这也是选题的意义所在。

1.2生物识别技术概述

所谓生物识别技术[2]就是，通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段，利用人体固有的生理特性，（如指纹、脸象、红膜等）和行为特征（如笔迹、声音、步态等）来进行个人身份的鉴定。由于人体特征具有人所固有的不可复制的唯一性，这一生物密钥无法复制，失窃或被遗忘，利用生物识别技术进行身份认定，安全、可靠、准确。目前已经出现了许多生物识别技术，如指纹识别、手掌几何学识别[3]、虹膜识别[3]、视网膜识别[3]、面部识别、签名识别、声音识别等，但其中一部分技术含量高的生物识别手段还处于实验阶段。我们相信随着科学技术的飞速进步，将有越来越多的生物识别技术应用到实际生活中。

指纹识别指纹是指人的手指末端正面皮肤上凸凹不平产生的纹线。纹线有规律的排列形成不同的纹型。纹线的起点、终点、结合点和分叉点，称为指纹的细节特征点。指纹识别即指通过比较不同指纹的细节特征点来进行鉴别。由于每个人的指纹不同，就是同一人的十指之间，指纹也有明显区别，因此指纹可用于身份鉴定。

手掌几何学识别手掌几何学识别就是通过测量使用者的手掌和手指的物理特征来进行识别，高级的产品还可以识别三维图像。

静脉识别静脉识别系统就是首先通过静脉识别仪获得个人静脉分布图，从静脉分布图依据专用比对算法提取特征值，通过红外线CMOS摄像头获取手指静脉、手掌静脉、手背静脉的图像，将静脉的数字图像存贮在计算机系统中，将特征值存储。静脉比对时，实时采取静脉图，提取特征值，运用先进的滤波、图像二值化、细化手段对数字图像提取特征，同存储在主机中静脉特征值比对，采用复杂的匹配算法对静脉特征进行匹配，从而对个人进行身份鉴定，确认身份。全过程采用非接触式。

虹膜识别虹膜是位于人眼表面黑色瞳孔和白色巩膜之间的圆环状区域，在红外光下呈现出丰富的纹理信息，如斑点、条纹、细丝、冠状、隐窝等细节特征。虹膜识别通过对比虹膜图像特征之间的相似性来确定人们的身份，其核心是使用模式识别、图像处理等方法对人眼睛的虹膜特征进行描述和匹配，从而实现自动的个人身份认证。

视网膜识别视网膜是眼睛底部的血液细胞层。视网膜扫描是采用低密度的红外线去捕捉视网膜的独特特征，血液细胞的唯一模式就因此被捕捉下来。视网膜识别的优点就在于它是一种极其固定的生物特征，不可能受到磨损，老化等影响，因为视网膜是不可见的，故而不会被伪造。

1.3指纹识别技术概述

人手的指纹即为手指皮肤上的花纹，它是人的一种生物特征。该特征具有独特的性质。在指纹识别技术中的指纹(fingerprint)确切地说应该称作指印，即人手指的按印,如图1。

图1 指纹

19世纪初，科学研究发现指纹的两个重要特征，一是两个不同手指的指纹纹脊不同，二是指纹纹脊的样式终生不变性[1]。这一研究发现使得指纹正式在犯罪鉴别中得以应用。到了20世纪60年代，由于计算机技术的发展，人们开始研究利用计算机来处理指纹，从那时起自动指纹识别系统AFIS（Automated

Fingerprint Identification System）在法律方面的研究和应用在许多国家展开。20世纪80年代，个人电脑、光学采集技术的发展，使他们成为取像的工具，从而使指纹识别在其他领域得以应用，比如代替IC卡。90年代后期，低价位取像设备的引入及其飞速发展，可靠的比对算法的发现为个人身份识别应用的增长提供了舞台。21世纪，指纹识别技术已经基本成熟，研究方向也开始转向最求高效，快速的指纹算法。

相对于其他身份鉴定技术，指纹识别技术之所以优于其他身份鉴定技术而被广泛采用的原因是指纹具有以下基本性质[4]：

1．指纹是独一无二的，两人之间不存在着相同的指纹：

2．指纹是相当固定的，不会随年龄、健康状况的变化而改变；

3．指纹样本易于采集，难以伪造，便于开发，实用性强；

4．每个人十指的指纹皆不相同，可以利用多个指纹构成多重口令，提高系统的安全性；

5．指纹识别中使用的模板并非最初的指纹图像，而是由图像提取的关键特征，使所需存储的信息量减小，而且在实现异地确认时，可以大大减少

网络传输负担，支持网络功能。

可以看出，指纹识别技术相对于其他识别方法有许多独到之处，具有很高的实用性和可行性。因此，指纹识别成为最流行、最方便、最可靠的身份认证方式，己经在社会生活的诸多方面得到广泛应用。

指纹识别技术的应用系统主要有两种，即嵌入式系统和基于PC机的桌面应用系统。嵌入式系统是一个相对独立的、完整的系统，它不需要连接其他设备或计算机就可以独立完成其设计的功能，其功能比较单一，如指纹门锁、指纹考勤终端等。而基于PC机的桌面应用系统则有灵活的系统结构，并且可以多个系统共享指纹识别设备，可以建立大型的数据库，当然，由于需要连接计算机才能完成指纹识别的功能，限制了这种系统在许多方面的应用。

1.4指纹识别研究现状

我国在研制指纹自动识别系统方面起步较晚，直到80年代初才开始进行，近几十年来，国内外越来越多的研究机构和人员在对指纹识别的各个关键技术领域进行研究；越来越多的公司从事指纹身份鉴别产品的开发和销售。就目前的发展状况来看，自动指纹识别系统已经由大型计算机处理、微机处理发展到嵌入式处理阶段。国内外众多指纹识别研究机构和公司厂商都已将嵌入式指纹识别系统作为研究开发的重点，并推出了部分产品，已经体现了当前的一个重要发展趋势。目前，虽然许多商业机构报告了自己的系统的较低的错误率，但国内外没有专门检测机构对自动指纹识别系统进行准确、统一、权威的评价。

并且各个自动指纹识别系统在测试时使用的数据库在容量、指纹质量方面各不相同，测试方案也差别较大，所以各系统间的可比性差。

1.5论文内容安排

本文以指纹识别系统的指纹识别原理和硬件设计、制作为研究主体，针对指纹识别系统的硬件设计提出多种设计方案。选择了其中较为可行的方案，并制作和调试电路板。具体的章节和各章的内容安排如下：

第一章：在介绍本论文的课题背景和意义，并简述了生物识别和指纹识别技术，以及指纹识别研究现状，确定了本文所做的主要工作。

第二章：对研究对象—指纹进行了详细的介绍，然后说明了自动指纹识别系统的原理。

第三章：介绍了指纹识别系统的硬件设计，包括设计方案，和相关器件，最后给出设计电路。

第四章：阐述了在布局布线时该注意的基本问题；然后描述了在调试阶段遇到的问题和解决方案。

第五章：对这次毕业设计做一个简单的总结。

第2章指纹识别基本原理

2.1指纹学的基本知识

2.1.1指纹的形成

在皮肤发育过程中，虽然表皮、真皮，以及基质层都在共同成长，但柔软的皮下组织长得比相对坚硬的表皮快，因此会对表皮产生源源不断的上顶压力，迫使长得较慢的表皮向内层组织收缩塌陷，逐渐变弯打皱，以减轻皮下组织施加给它的压力。如此一来，一方面使劲向上攻，一方面被迫往下撤，导致表皮长得曲曲弯弯，坑洼不平，形成纹路。这种变弯打皱的过程随着内层组织产生的上层压力的变化而波动起伏，形成凹凸不平的脊纹或皱褶，直到发育过程中止，最终定型为至死不变的指纹。

指纹分类有3种基本类型—斗型、弓型和箕型。是皮下组织对指肚表皮顶压的方向不同造就了这不同的类型。研究表明，如果某人指头肚高而圆，其指纹的纹路将是螺旋型。现在，科学家已能够通过模型再现那些较为常见的指纹，也能重复不太复杂的罕见指纹的形成过程。

指纹是人类手指末端指腹上由凹凸的皮肤所形成的纹路。指纹能使手在接

触物件时增加摩擦力，从而更容易发力及抓紧物件。是人类进化过程式中自然形成的。依据目测程度：

第一类是明显纹，就是目视即可见的纹路。如手沾油漆、血液、墨水等物品转印而成，通常都是印在指纹卡上成为基本资料；

第二类是成型纹，这是指在柔软物质，如手接触压印在蜡烛、黏土上发现的指纹；

第三类是潜伏指纹，这类指纹是经身体自然分泌物如汗液，转移形成的指纹纹路，目视不易发现，是案发现场中最常见的指纹。潜伏指纹往往是手指先接触到油脂、汗液或尘埃后，再接触到干净的表面而留下，虽然肉眼无法看到这些指纹，但是经过特别的方法及使用一些特别的化学试剂加以处理，即能显现出这些潜伏的指纹。鉴识人员最常接触到的指纹是潜伏纹。如果指纹是留在金属、塑胶、玻璃、磁砖等非吸水性物品的表面，检验方法就比较容易。通常可以用粉末法，选择颜色对比大的粉末，撒在物品表面提取出完整的指纹；另一方法是磁粉法，以微细的铁粉颗粒，用磁铁作为刷子，来回刷扫，显现指纹。如果指纹留在纸张、卡片、皮革、木头等吸水性物品的表面，必须经过化学处理才能在化验室显形。

2.1.2指纹的相关概念

（1）指纹：指头表面凹凸纹线。

（2）指印：指头凹凸纹线与承受客体接触时留下的痕迹。

（3）脊线：是手指上的特殊的皮肤花纹的隆线。

（4）谷线：两个脊线之间低陷的部分。

（5）细节特征：指纹中出现的各种特征，例如最常用的就是脊线端点和分叉点。

（6）细节特征点间脊线数：在两个细节特征之间画一条直线，与这条直线相交的脊线数目，就叫细节特征间脊线数。这些脊线具有平移、旋转不变性，是指纹识别系统中经常利用的一个重要特征。

（7）中心点：指纹中心点定义为最内层弧状脊线的上顶点，当最内层脊线的上凸出的部出现分枝点时，将分枝点定义为中心点；当最内层脊线不是弧状而是一条线时，则脊线的上端点定义为中心点；当这种脊线不是一条，而是多条时，定义为最左边一条脊线的上端点为中心点。

指纹特征可以分为全局特征、局部特征和细微特征。全局特征包括：

(i)基本纹路图案：基本纹路图案通常分为左箕型、右箕型、斗型、拱型和尖拱型，如图2

（1）左箕型（2）右箕型（3）斗型（4）拱型（5）尖拱型

图2 各种类型的指纹

（ii）模式区：模式区是指纹图像上包含了总体特征的区域，从模式区上能够辨出指纹属于那种类型。

（iii）核心点：核心点位于指纹纹路的渐近中心，它常用作读取指纹和比对指纹时的参考点。

（iv）三角点：三角点是指纹图像中三角形纹路区域的中心点，离该点最近的三条指纹纹线构成一个近似等边三角形，三角点提供了指纹纹路计数和跟踪的起始位置。核心点和三角点统称为奇异点。

（v）纹数：作为全局特征，纹数一般是指模式区内指纹纹路的数量。也有些算法用某两个点之间的纹路数作为指纹特征，比如两个节点之间的纹路数。

局部特征包括：

(i)端点：一条纹路在此终结。

(ii)分叉点：一条纹路在此分成两条或多条纹路。

(iii)分歧点：两条平行的纹路在此分开。

(iv)孤立点：一条特别短的纹路，以至于成为一点。

(v)短纹：一条较短但不至于成为一点的纹路。

(vi)环点：一条纹路分成两条后又立即合成一条，这样形成的一个小环称为环点。

(vii)桥：两条并行的纹路在此被搭接起来。

(viii)曲率：纹路方向改变的速度。如图3

图3 基本纹路图案

2.2自动指纹识别原理

指纹是手指末端皮肤上的凹凸不平的纹路，这些纹路的存在不仅增加皮肤表面的摩擦力，使我们能够拿起物品，而且指纹本身蕴含大量信息。指纹在图案、端点和交叉点上各不相同的，也就是“特征”，这些特征每个人每个手指都不相同，根据指纹的唯一性和可靠性，我们就把一个人和他的指纹一一对应起来，通过比对指纹特征和预先保存的指纹特征，就可以验证他的身份。

自动指纹识别是通过取像设备采集指纹图像，然后利用计算机技术提取指纹的特征数据，最后通过匹配算法进行比对识别。

自动识别技术主要涉及指纹图像采集、指纹图像预处理[8]、特征提取[7]、数据保存、指纹特征值的比对等过程。首先通过指纹采集设备采集到人的指纹图像，并对原始的图像进行简单的处理，是指纹图像的特征信息更清晰明显。然后，指纹特征提取算法建立指纹的特征数据，这是不可逆的转换，可以从指纹图像转换到特征数据，但不可以从特征数据转换到指纹图像，两枚不同的指纹产生不同的特征数据。特征文件存储从指纹上找到“细节点”，也就是指纹脊线的分叉点或末梢点。有的算法把特征点和方向信息组合产生更多的数据，这些信息反映了特征点之间的关系，也有的算法处理整个指纹图像。这些数据通常称为模板。不管他们是怎么组成的，至今仍然没有一种模板的标准，也没有公布一种抽象的算法。最后通过计算机模糊比较的方法，把两个指纹模板进行比较，计算他们的相似度，最终得到这两个指纹的匹配结果。

2.3指纹识别系统

一个完整的指纹识别过程可分为：指纹采集、指纹图像的预处理、特征提取和指纹匹配几部分[6]，如图4：

图4指纹识别过程

2.3.1指纹采集

指纹由图像输入设备转化成数字信息，并将其保存在机器内部的过程。图像输入设备是指纹识别系统的先导硬件，它具有图像输入和数字化双重功能。目前市场常见的指纹采集可以分为光学式取像设备、电容式取像设备和超声扫描。

光学式取像设备是根据指纹纹理和全反射原理（FTIR）设计的。指纹纹路有凹凸部分即谷、脊。当光线照在玻璃表面时，由于玻璃表面压有指纹，射到纹路凹的部分光线发生全反射，反射光线由CCD获得；而射到纹路凸的光线不发生全反射，由于脊和玻璃表面接触就吸收或者散射到其他地方，这样在CCD上就形成了指纹图像。而另外一种光学取像设备则是利用微型三棱镜，把他安装在弹性的平面上，当手指按在上面由于脊谷压力不同，而改变微型棱镜的表面。最后通过棱镜反射出来。

电容式取像设备则是由在半导体金属上集合了上万甚至十万个电容传感器。当手指放在它上面时构成了电容传感器的另一面，由于指纹凹凸距离半导体不同而造成电容值不同，把电容值转化为电压值并记录下来就能得到指纹的灰度图像。由于传感器容易受到静电干扰，易损坏，不如光学式的经用耐磨。

超声波扫描原理是发射超声波到指纹表面即扫描，然后再有接收设备获取反射回来的信号，由于指纹的谷脊的阻抗不同造成接收回来的能量不同，测量后就可得到指纹的灰度图像。超声波扫描得到的指纹图像是指纹的真实图像，

应用起来方面，不受指纹上的油脂和赃物的影响，但是设备价格非常昂贵。

下表是各种取像设备的性能比较：

取像设备比较表

比较项目光学取像设备电容时传感器超声波扫描体积大小中耐用性非常耐用容易损坏一般

成像能力干手指差，但汗多的和稍胀的手指

成像模糊干手指好，但汗多的和稍胀的手指

不能成像

较好

耗电较多较少较多成本低低很高

表1 各种指纹采集设备比较

2.3.2图像处理

在指纹采集的过程中，不可能避免噪声的影响，图像中的断点，叉连很容易受到噪声的干扰，从而影响指纹特征信息的提取。图像处理的目的就是利用信号处理技术剔除图像中得各种噪声，把它转化为图像清晰的二值化图像，以便提取正确的特征信息。一般的图像处理过程是：增强滤波、二值化和细化[10]。

增强滤波：通过滤波的方法消除指纹图像中的干扰噪声。普通的滤波方法如低通滤波、边缘增强等对噪声的滤除效果不是很好。因为指纹纹线具有一定的方向和频率，在频域看来就是纹线频谱处于某一特定的位置和方向上。因此可以选用带通滤波器。目前主流的图像增强滤波算法都是基于这一原理。

二值化：就是把原始的灰度图像转化成只有黑白两种颜色的图像，目前二值化的方法有两种：固定门限和动态门限。前者整个图像采用一个门限，对输入图像要求高，要求图像灰度均衡；后者则是根据不同区域选用不同门限，对输入图像要求不高。

细化[10]：就是把经过前面处理的指纹图像的脊的宽度降到最小，去除纹线上的毛刺，从而减少因为毛刺生成的伪交叉点和断点。

2.3.3特征提取

指纹的特征包括了全局特征和局部细节特征[9]。全局特征表述了指纹纹线的走向，主要表现在奇异点，就是纹线方向变化较大的点，就是三角点和核心点，他们比起细节特征更加稳定可靠，是指纹特征匹配和指纹分类的重要依据。局部细节特征主要包括了端点和分叉点，目前主要的提取方法分三类：从细化图像上提取：把指纹图像二值化、细化后，分析指纹纹线‘骨架’上8个相邻的像素点取值来判断细节点的类型和位置，再通过该点和纹线的连线

来计算其方向。

从灰度图像上提取[13]：在经过增强滤波的灰度图像上，选取起始点，根据指纹方向却定追踪步长。每前进一段距离，在追踪发向的垂直线段上的灰度投影确定纹线位置，当遇到端点和分叉点时停止并记录。

从二值图像上提取：在二值图像上从上到下，从左到右逆时针检测像素变化以追踪脊线位置，当像素之间的角度变化大于阀值时则认为遇到了端点或者分叉点。

2.3.4指纹匹配

目前匹配的方法有：图像相关匹配、纹理特征匹配、纹线匹配和细节点匹配[12]。前二者匹配速度快，对图像要求不高，但是忽略了细节点特征，因此正确性不高。纹线匹配需要大量的特征信息，因此匹配速度慢，模板容量大。细节特征匹配充分利用了指纹在细节点上的差异，因此简单准确得到了广泛的应用。

细节点匹配通常把匹配模板和待匹配的细节点集对齐，设定匹配规则，统计二者对应的细节点相同的个数来衡量他们的相似度。但是这种方法对细节的位移，旋转，形变较为敏感。细节点匹配的难点有：

①细节点提取过程中会产生虚假细节点、丢失真细节点，并且细节点的位置，方向可能有偏差。

②指纹图像存在平移和旋转，需要寻找参考依据以便特征对齐。

③指纹采集过程中由于压力不均，造成图像的扭转，拉伸和形变。

④指纹之间的重合区域小，相同指纹的细节点对应关系难以确定。

第3章指纹识别系统硬件设计

3.1相关器件介绍

3.1.1 STC12C5A60S2的结构与特点

STC12C5A60S2单片机是STC生产的单时钟/机器周期的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。

1.增强型8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051；

2.工作电压：STC12C5A60S2系列工作电压：5.5V-

3.3V（5V单片机）

3.工作频率范围：0 - 35MHz，相当于普通8051的 0～420MHz；

4.用户应用程序空间8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字节；

5.片上集成1280字节RAM；

6.通用I/O口（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口），可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏，每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55 mA；

7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片；

8.有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM)；

9. 看门狗；

10.内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接

1K电阻到地）；

11.外部掉电检测电路:在P4.6口有一个低压门槛比较器，5V单片机为1.32V，误差为+/-5%,3.3V单片机为1.30V，误差为+/-3%；

12.时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为+/-5%到+/-10%以内) 1用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟，常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHz～15.5MHz，3.3V 单片机为：8MHz～12MHz，精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准；

13.共4个16位定时器两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器；

14. 2个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟；

15.外部中断I/O口7路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块，Power Down模式可由外部中断唤醒，INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通过寄存器设置到P4.2 ), CCP1/P1.4 (也可通过寄存器设置到P4.3)；

16. PWM(2路）/PCA（可编程计数器阵列,2路）：

——也可用来当2路D/A使用

——也可用来再实现2个定时器

——也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)；

17.A/D转换, 10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)18.通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用

定时器或PCA软件实现多串口；

19. STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3)；

20.工作温度范围：-40 - +85℃(工业级) / 0 - 75℃(商业级)21.封装：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48 I/O口不够时，可用2到3根普通I/O口线外接74HC164/165/595（均可级联）来扩展I/O口, 还可用A/D做按键扫描来节省I/O口，或用双CPU,三线通信，还多了串口。

图5 STC12C5A60S2管脚图

STC12C5A60S2单片机的内部结构框图如图6所示。STC12C5A60S2单片机中包含中央处理器（CPU）、程序存储器（Flash）、数据存储器（SRAM）、定时/计数器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门狗电路及片内RC振荡器和晶体振荡电路等模块。STC12C5A60S2单片机包含了数据采集和控制中所需要的所有单元模块，可称得上一个片上系统。

图6 STC12C5A60S2内部结构框图

3.1.2指纹识别模块FM-180

FM-180 亮背景光学头指纹识别设备采用光学指纹传感器，由高性能DSP 处理器和FLASH 等芯片构成，具有指纹图像处理、模板提取、模板匹配、指纹搜索和模板存储等项功能。和同类指纹产品相比，FM-180 指纹识别设备具备下列特色：

●指纹适应性强

指纹图像读取过程中，采用自适应参数调节机制，使干湿手指都有较好的成像质量，适用人群更广泛。

●价格低廉

设备采用自行开发的光学采集头，成本大幅降低。

●算法性能优异

FM-180 指纹识别设备算法根据光学头成像原理另行设计。算法对变形、质量差指纹均有较好的校正和容错性能。

●简单易用方便扩充

无需具备指纹识别专业知识即可应用。按照FM-180 指纹识别设备提供的丰富控制指令，可自行开发出功能强大的指纹识别应用系统。

●使用方便

可直接连在PC的USB口上使用，无需任何其它转接设备。

系统参数：

F—180 性能参数表

序号指标项目技术参数测试条件

1 供电电压DC3.6—6.0V

2 正常工作电压120mA

3 峰值电流150mA

4 指纹录入时间<1.0s

5 1:1比对时间<1.0s 特征提取+指纹比对

6 1:900搜索时间<2s

7 指纹存储数量最多支持960枚

8 认假率<0.001%

9 拒真率<1.5%

10 指纹模板大小512bytes

11 外部接口UART

表2 FM-180 参数表

该模块采用的是PS1802一款高性能通用DSP 控制器，同时也是一款全功能的指纹识别系统芯片（SOC），工作主频为120MHz，峰值运算能力达到480MIPS，内嵌156KB RAM，96KB ROM，功耗小于150mW（@120MHz）。

外部标准接口：模块与用户设备的接口都采用同一个单排插座/针（分体式为5芯2.0间距、一体式为4芯1.27间距）。用户无特殊要求时，所提供的用户接口引线长度为150mm。模块与用户设备的串行通讯时，接口J1引脚定义如下：

FM-180 引脚功能表

引脚号名称类型功能描述

1 VCC IN 电源正输入端（颜色：红）

2 TXD OUT 串行数据输出。TTL逻辑电平。（颜色：绿）

3 RXD IN 串行数据输入。TTL逻辑电平。（颜色：白）

4 GND —信号地。内部与电源地连接。（颜色：黑）

表3 引脚功能

图7 FM-180实物图

FM-180在FLASH 中开辟了一个512 字节的存储区域作为用户记事本，该记事本逻辑上被分成16 页，每页32 字节。上位机可以通过PS_WriteNotepad 指令和PS_ReadNotepad 指令访问任意一页。注意写记事本某一页的时候，该页32 字节的内容被整体写入，原来的内容被覆盖。

FM-180是完整的指纹识别模块，不需挂接任何外围部件，模块始终处于从属地位（Slave mode），主机（Host）需要通过不同的指令让模块完成各种功能。主机的指令、模块的应答以及数据交换都是按照规定格式的数据包来进行的。主机必须按照规定的格式封装要发送的指令或数据，也必须按规定的格式解析收到的数据包。

3.1.3 12864液晶显示器介绍

12864液晶显示器，具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式。内部自带中文字库，其显示分辨率为128×64，内置8192个16×16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集。该模块接口方式灵活简单，有方便操作的指令。可构成全中文人机交互图形界面。可显示8×4行16×16点阵的汉字。也可完成图形显示。而且具有低电源电压功耗小的优点。模块接口说明

液晶管脚功能表

管脚号管脚名称电平管脚功能描述

1 VSS 0V 电源地

2 VCC 3.0+5V 电源正

3 V0 - 对比度（亮度）调整

4 RS(CS）H/L

RS=“H”,表示DB7——DB0为显示数据

RS=“L”,表示DB7——DB0为显示指令数据

5 R/W(SID) H/L

R/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7——DB0 R/W=“L”,E=“H→L”, DB7——DB0的数据被

写到IR或DR

6 E(SCLK H/L 使能信号

7 DB0 H/L 三态数据线

8 DB1 H/L 三态数据线

9 DB2 H/L 三态数据线

10 DB3 H/L 三态数据线

11 DB4 H/L 三态数据线

12 DB5 H/L 三态数据线

13 DB6 H/L 三态数据线

14 DB7 H/L 三态数据线

15 PSB H/L

H：8位或4位并口方式，L：串口方式（见注释

1）

16 NC - 空脚

17 /RESET H/L 复位端，低电平有效（见注释2）

18 VOUT - LCD驱动电压输出端

19 A VDD 背光源正端（+5V）（见注释3）

20 K VSS 背光源负端（见注释3）

表4 12864引脚功能

*注释1：如在实际应用中仅使用串口通讯模式，可将PSB接固定低电平，也可以将模块上的J8和“GND”用焊锡短接。

*注释2：模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。

*注释3：如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的JA、JK用焊锡短接。

3.2功能描述

基于单片机的指纹识别系统是由STC12C5A60S2 MCU处理器、 12864液晶显示等器件构成，在无需上位机参与管理的情况下，具有指纹录入、图像处理、指纹对比、搜索和模板储存等功能的智能型模块。通过集成指纹识别模块，可以构成一个独立的指纹识别系统，完成上述功能。

基于某单片机指纹识别系统设计

任务书课程设计题目：指纹识别功能简述： 1)根据所学的知识和能力，设计程序可以实现根据指纹的大小、形状等特征，识别出不同的指纹。 2)利用按键标志当前指纹识别的状态，例如录入状态，识别状态,清楚状态;利用液晶1602能够显示当前指纹识别的状态信息。 3)利用继电器，对当前信息的判断，例如提醒当前指纹识别错误;利用蜂鸣器和LED等提醒当前指纹识别是否正确

目录第一章绪论…………………………………………………….. 1．1、指纹识别中的基本概念…………………………………1.2 指纹识别的发展前景………………………………………1.3、指纹识别课题设计的内容与意义……………………….. 第二章方案选择……………………………………………… 2.1 系统原理图设计……………………………………………2.2方案说明……………………………………………………… 2.3 方案比较……………………………………………………2.4 方案选择………………………………………………………第三章硬件设计………………………………………………3．1 AT89C52单片机设计……………………………………… 3.2 电源电路设计………………………………………………3.3 按键控制部分电路…………………………………………3.4 LED指示灯电路………………………………………… 3.5 蜂鸣器电路……………………………………………… 3.6 指纹传感器模块………………………………………… 第四章软件程序设计…………………………………………. 4.1程序流程图………………………………………………… 4.2程序…………………………………………………………. 第五章调试…………………………………………………… 5.1硬件调试……………………………………………………. 5.2软件调试……………………………………………………

基于TMS320VC5501和DSP_BIOS的指纹识别系统设计

收稿日期:2009-11-23 作者简介:刘慧英(1956 ),女,陕西西安人,教授,主要从事智能控制理论与智能交通系统的研究;李飞(1982 ),男,硕士研究生,研究方向为控制理论与控制工程。基于T M S320VC5501和DSP /BI OS 的指纹识别系统设计刘慧英,李飞,宁飞,傅磊 (西北工业大学自动化学院,陕西西安 710129) 摘要:针对目前嵌入式指纹识别系统设计的不足,提出了基于单DSP 处理器结构的指纹识别设计方案。系统硬件采用TMS320VC5501作为处理核心,C MOS 图像传感器HV7131R 为图像采集器件,片上系统芯片CY8C21534设计的电容性触摸按键提供系统控制输入。系统软件以嵌入式实时操作系统DSP /B I OS 为开发平台进行实时多任务设计,并对指纹识别算法进行了硬件平台优化和改进。调试结果表明,该系统运行稳定可靠,匹配精度高,满足设计要求。关键词:TM S320VC5501;图像采集;DSP/BI OS;指纹识别算法中图分类号:TP39 文献标识码:A 文章编号:1000-8829(2010)07-0028-05 D esign of Fi ngerpri nt R ecognition Syste m B ased on T M S 320VC 5501and DSP /BI O S L I U H u i ying ,LI Fe,i N I N G Fe,i FU Lei (Schoo l of A uto m a tion ,N orth w este rn Po lytechn i ca lU n i versity ,X i an 710129,Chi na) Abst ract :A fi n gerpri n t recogn iti o n syste m is pr oposed based on sing le DSP pr ocessor str ucture because of de si g n fla w s of the presen t e m bedded syste m.T M S320VC5501is used as the processor ,and HV7131R C MOS co lor i m age senso r is used as i m age acqu isiti o n ch i p .C ap sense touch keyboard is i n troduced for input contro l usi n g C Y8C21534SoC chip .The real ti m e mu lti task desi g n o f syste m soft w are is based on the e mbedded real ti m e operation syste m DSP /B I O S .The fi n ger pri n t recogniti o n algorithm is opti m ized and i m proved in the hard w are platfor m .The test resu lt sho w s t h at th is syste m r uns stable and the precisi o n o f m atch i n g m eets the re quire m en ts o f syste m .K ey w ords :TM S320VC5501;i m age acquisiti o n;DSP /B I O S ;fi n gerpri n t recogn iti o n algorithm 随着现代社会数字化、信息化和网络化进程的不断加快,人们之间的信息交流愈加频繁,对身份鉴别技术的要求也越来越高。传统的身份识别(如钥匙、证件和密码等)存在容易丢失、磨损以及遗忘等缺点,因此人们把目光转向生物识别技术。所谓生物识别技术是指利用人的生理特征或行为特征来进行个人身份的鉴定。指纹的唯一性和终生不变性,使其成为当前生物识别的主要研究对象[1] 。指纹识别技术具有很高的可行性和实用性,因而成为目前应用最广泛的个人身份认证技术之一。指纹识别技术的应用系统可以分为两大类,即联机(PC)识别系统和嵌入式识别系统。嵌入式识别系统结构上相对独立,不需要连接计算机就可以独立完成其设计功能,具有速度快、体积小、接口多等优点,被应用到各种领域。但是该系统存在两方面的问题:一是缺少操作系统,程序处于!裸跑?状态,降低了系统运行的可靠性;二是更多地采用!DSP +FPGA ?的处理器结构,增加了系统功耗与成本,从而限制了其应用的范围。因此,开发基于操作系统的DSP 指纹识别系统具有很大的实际意义。 1 系统设计方案本系统以T M S320VC5501(以下简称C5501)DSP 为核心处理器,它是T I 公司最新推出的高性能、低功耗16位定点DSP 芯片,器件上集成了多种先进的外设[2] 。电容式触摸键盘和LCD 构成的人机交互模块

指纹识别系统

指纹识别系统 1.1 指纹识别系统原理指纹识别系统的组成原理。如图1-1所示。图中的学习模块负责采集用户指纹数据，对指纹图像进行预处理，提取这些指纹的特征，作为将来的比对模板存人数据库。而识别模块则负责采集和处理指纹图像，在提取特征后与数据库中的指纹模板进行比对，然后判断是否匹配．得出结论。整个系统的核心就是图像处理、特征提取以及指纹比对。图1-1 1.2 指纹采集与指纹图像处理方法目前，主要的指纹采集方法有两种：一种是光学采集器；另一种是用半导体传感器。光学采集器采集指纹是通过把手指沾上油墨后按在白纸上，然后用摄像机把图像转换为电信号。光学采集受外界干扰小、采集精度较高，但是数据量较大，因此处理时问较长。而对于半导体传感器来说，手指的温度、湿度对其测量结果有影响，但是数据量不大，处理比较方便。随着半导体技术的发展，半导体传感器的成本低、体积小、方便集成等优点逐步体现，它已逐步代替光学采集器。指纹鉴定过程的第一个阶段是指纹图像的采集阶段，也就是指纹模板的录A阶段。为了初步确定图像预处理方法，我们必须首先了解指纹传感器获得的图像的尺寸和质量。根据不同的指纹传感器，我们设计不同的方案进行图像采集，并将从各个图中提出特征点储存到数据库中，来产生“活模板”，为后面的指纹鉴定做准备。指纹图像处理是整个指纹识别过程的核心。常见的指纹图像处理包括滤波增强、二值化、细化、提取特征点四个步骤。在采集指纹图像的过程中，由于采集环境，皮肤表面的性质，采集设备的差异等各种因素的影响，采集的图像会不同程度的受到各种噪声的干扰，从而影响了采集图像的质量。所以实际的指纹图像首先通过一个滤波增强来改善图像的质量，恢复

基于STM32单片机开发光学指纹识别模块

基于STM32单片机开发光学指纹识别模块(FPM10A)全教程收藏人：共同成长888 2014-05-08 | 阅：25 转：0 | 来源| 分享基于STM32单片机开发光学指纹识别模块(FPM10A)全教程 ? 1.平台首先我使用的是奋斗 STM32 开发板 MINI板光学指纹识别模块（FPM10A）

2.购买指纹模块，可以获得三份资料 1.简要使用说明 2.使用指纹模块的功能函数 3.FPM10A用户手册. 3.硬件搭建根据使用说明：FPM 10A使用标准的串口与外界通信，默认的波特率为57600，可以与任何单片机，ARM，DSP等带串口的设备进行连接，请注意电平转换，连接电脑需要进行电平转换，比如MAX232电路。 FPM10A光学指纹模块共有5个管脚 1 为VCC 电源的正极接 3.6V – 5.5V的电压均可。 2 为GND 电源的负极接地。 3 为TXD 串口的发送。 4 为RXD 串口的接收。 5 为NC 悬空不需要使用。奋斗板上已经有5V的管脚，可以直接供给指纹模块，这里需要注意的是，指纹模块主要通过串口进行控制，模块和STM32单片机连接的时候，需要进行电平转换，这样只要把这个转接板插入STM32，接上5V的电，就可以工作了，将模块的发送端接转接板的接收端，接收端接转接板的发送端。这样，我们的硬件平台就搭建好了！ 4.模块的测试工作模块成功上电后，指纹采集窗口会闪一下，表示自检正常，如果不闪，请仔细检查电源，是否接反，接错等。指纹模块使用120MHZ的DSP全速工作，工作时芯片有一些热，经过严格的测试，这是没有问题的可以放心使用，在不使用的时候可以关闭电源，以降低功耗。 5.现在我们要进入编程环节了指纹模块主要是通过串口进行控制，所以这里我们需要用到单片机的串口模块。

《单片机系统设计》实验报告

短学期实验报告（单片机系统设计）题目：专业：指导教师：学生姓名：学号：完成时间：成绩：

基于单片机的交流电压表设计目录 1系统的设计要求 (2) 2系统的硬件要求 (2) 2.1真有效值转换电路的分析 (2) 2.2放大电路的设计 (3) 2.3A/D转换电路的设计 (3) 2.4单片机电路的分析 (4) 2.5显示电路 (4) 3 软件设计 (5) 3.1 软件的总流程图 (5) 3.2 初始化定义与定时器初始化流程图 (5) 3.3 A/D转换流程图 (6) 3.4 数据处理流程图 (6) 3.5 数据显示流程图 (7) 4 调试 (7) 4.1 调试准备 (7) 4.2 关键点调试 (7) 4.3 测试结果 (8) 4.4 误差分析 (8) 5结束语 (8) 5.1 总结 (9) 5.2 展望 (9) 附录1 总原理图 (10) 附录2 程序 (10) 附录3 实物图 (14)

基于单片机的交流电压表设计 ****学院 ****专业姓名指导老师：******* 1 设计要求（1）运用单片机实现真有效值的检测和显示。（2）数据采集使用中断方式，显示内容为有效值与峰值交替进行。 2 硬件设计本系统是完成一个真有效值的测量和显示，利用AD737将交流电转换成交流电压的有效值，用ADC0804实现模数转换，再通过单片机用数码管来显示。系统原理框图如图2-1所示。系统框图由真有效值转换电路、放大电路、A/D 转换电路、单片机电路、数码管显示电路五部分。图2-1 原理框图 2.1 真有效值转换电路真有效值转换电路主要是利用AD737芯片来实现真有效值直流变换的，即将输入的交流信号转换成直流信号的有效值，其原理图如图2-2所示。图2-2 真有效值转换电路由于AD737最大输入电压为200mV, 所以需要接两个二极管来限制输入电压，起到限幅的作用。如图中D1、D2，由IN4148构成，电容C6是耦合电容，电阻R1是限流电阻。 2.2 放大电路设计放大电路主要是利用运放uA741来进行放大，电路原理图如图2-3所示。 A/D 转换单片机电路显示电路转换电路交流信号放大电路

指纹识别系统设计

指纹识别系统设计题目:指纹识别系统设计专业：电气工程及其自动化学生姓名：陈指导教师：黄

摘要指纹作为人体的重要特征具有长期不变性和唯一性已经成为生物识别领域的重要手段通过指纹特征来鉴别人的身份的技术正在得到越来越广泛的应用随着指纹检测技术和指纹识别算法的不断改进指纹识别技术还将在越来越多的部门得到更广泛的应用。针对指纹的唯一性和终身不变性的特点．提出了一种基于FPS200固态指纹传感器和TMS320VC5402 DSP 芯片的快速指纹识别系统，促使指纹识别设备向小型化、嵌入式、自动化方向发展；对系统的组成原理、指纹采集和指纹图像处理力法进行了分析；结合FPS200和TMS320VC5402芯片的特性，对系统硬件核心和图像采集电路做了详细介绍，并给出系统硬件设计方案、软件设计流程;实验结果表明．系统指纹采集效率高，识别速度快，识别结果准确可靠；该系统性能稳定．实用性强，应用范围广泛。关键词：指纹识别；TMS320VC5402;DSP；指纹采集；图像处理

Abstract As the uniqueness and constancy of fingerprint ,a quick fingerprint recognition system based on fingerprint sensor FPS200 and DSP chip TMS320VC5402 is presented. The composing principles of the system , fingerprint collection and fingerprint image processing methods are introduced particular .with the characteristics of FPS200 TMS320VC5402 ,the core of the hardware collecting circuit and the designs of the hardware and software are introduced in details. The results of experiments indicated that this system works with great fingerprint collection efficiency, high recognition speed and credible recognition results because of the stead performance and practicability the system will have wide application area .

基于单片机的指纹识别系统研究

毕业设计开题报告基于单片机的指纹识别系统研究 Research on Fingerprint Identification System Based Microcontroller 2013年12月日开题报告填写要求 1．开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工作前期完成，经指导教师签署意见、专家组及学院教学院长审查后生效；

2．开题报告必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3．毕业设计开题报告应包括以下内容：（1）研究的目的；（2）主要研究内容；（3）课题的准备情况及进度计划；（4）参考文献。 4．开题报告的撰写应符合科技文献规X，且不少于2000字；参考文献应不少于15篇，包括中外文科技期刊、教科书、专著等。 5．开题报告正文字体采用宋体小四号，1.5倍行距。附页为A4纸型，左边距3cm，右边距2cm，上下边距为2.5cm，字体采用宋体小四号，1.5倍行距。 6．“课题性质”一栏：理工类：A..理论研究B.工程设计C..软件开发D. 应用研究E.其它经管文教类：A.理论研究B.应用研究C.实证研究D.艺术创作E.其它 “课题来源”一栏： A.科研立项 B.社会生产实践 C.教师自拟 D.学生自选 “成果形式”一栏： A.论文 B.设计说明书 C.实物 D.软件 E.作品毕业设计开题报告

1 研究目的越来越多的电子设备和XX机构对更安全更方便的身份认证和访问控制的需求变得越来越紧迫，传统的机械钥匙、“口令+密码”以及智能卡等的保护措施存在着丢失、遗忘、复制及被盗用的隐患。假如在一次的电脑登陆时，如果用户忘记了他的密码，他就不能进入系统，则整个电脑系统就会面临灾难性的后果。密码被盗取和被破解则是另一件更为可怕的事情。实际上，盗取和破解密码的技术难度并不是很高，只要留意操作者输入口令时的击键动作就可以知道他的密码，可以通过作者的XX、年龄、生日、习惯等信息来猜测或者采用其他一些数学分析的手段来破解出相应的密码，甚至可以使用软件利用枚举法找出用户密码。这些问题都说明现行的系统安全技术已经面临严峻的挑战。生物特征识别技术是一门利用人生理上的特征来识别人的科学。和传统的方法的不同在于，生物特征识别方法依据的是我们所拥有的东西，是我们的个体特性。生物特征分为身体特征和行为特点两类。身体特征包括：指纹、掌形、视网膜和虹膜、脸型、血管纹理和DNA等；行为特点包括：签名、语音、行走的步态、击打键盘的力度等。根据生物特征识别技术采用的生物特征的不同，广泛应用的生物特征识别技术可以分为以下三类。 1.高级生物特征识别技术（High Biometrics），如：视网膜识别、虹膜识别和指纹识别等。 2.次级生物特征识别技术（Lesser Biometrics），如：掌形识别、人脸识别、语音识别、签名识别等。 3.深奥的生物特征识别技术（Esoteric Biometrics），如：血管纹理识别、人体气味识别等。

单片机硬件系统设计原则

单片机硬件系统设计原则 1

单片机硬件系统设计原则一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容:一是系统扩展,即单片机内部的功能单元,如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时,必须在片外进行扩展,选择适当的芯片,设计相应的电路。二是系统的配置,即按照系统功能要求配置外围设备,如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等,要设计合适的接口电路。系统的扩展和配置应遵循以下原则: 1、尽可能选择典型电路,并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。 2、系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求,并留有适当余地,以便进行二次开发。 3、硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响,考虑原则是:软件能实现的功能尽可能由软件实殃,以简化硬件结构。但必须注意,由软件实现的硬件功能,一般响应时间比硬件实现长,且占用CPU时间。 2

4、系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时,系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。 5、可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分,它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。 6、单片机外围电路较多时,必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时,系统工作不可靠,可经过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。 7、尽量朝”单片”方向设计硬件系统。系统器件越多,器件之间相互干扰也越强,功耗也增大,也不可避免地降低了系统的稳定性。随着单片机片内集成的功能越来越强,真正的片上系统SoC已经能够实现,如ST公司新近推出的μPSD32××系列产品在一块芯片上集成了80C32核、大容量FLASH 存储器、SRAM、A/D、I/O、两个串口、看门狗、上电复位电路等等。单片机系统硬件抗干扰常见方法实践影响单片机系统可靠安全运行的主要因素主要来自系统内部和外部的各种电气干扰,并受系统结构设计、元器件选择、安装、制造工艺影响。这些都构成单片机系统的干扰因素,常会导致单片机系统运行失常,轻则影响产品质量和产量,重则会导致事故,造成重大经济损失。 3

指纹识别系统(文献综述)

指纹识别方法的综述摘要 : 对在指纹的预处理和特征提取、指纹分类、指纹的匹配过程中的方向图、滤波器、神经网络等关键性原理和技术做了详细的说明, 并对在各个过程中用到的方法做了进一步的比较, 讨论了各种方法的优越性。 0引言自动指纹识别是上世纪六十年代兴起的,利用计算机取代人工来进行指纹识别的一种方法。近年来, 随着计算机技术的飞速发展,低价位指纹采集仪的出现以及高可靠算法的实现,更使得自动指纹识别技术越来越多地进入到人们的生活和工作中, 自动指纹识别系统的研究和开发正在成为国内外学术界和商业界的热点。相对于其他生物特征鉴别技术例如语音识别及虹膜识别, 指纹识别具有许多独到的优点 ,更重要的是它具有很高的实用性和可行性,已经被认为是一种理想的身份认证技术有着十分广泛的应用前景, 是将来生物特征识别技术的主流。 , 1指纹取像图1 是一个自动指纹识别系统 AFIS(Automated Fingerprint Identification System)的简单流程。指纹取像→ 图像预处理 → 特征提取 → 指纹识别 ↓↑ 数据库管理———— 将一个人的指纹采集下来输入计算机进行处理是指纹自动识别的首要步骤。指纹图像的获取主要利用设备取像,方便实用 , 比较适合 AFIS 。利用设备取像的主要方法又利用光学设备、晶体传感器和超声波来进行。光学取像设备是根据光的全反射原理来设计的。晶体传感器取像是根据谷线和脊线皮肤与传感器之间距离不同而产生的电容不同来设计的。超声波设备取像也是采用光波来取像,但由于超声波波长较短,抗干扰能力较强,所以成像的质量非常好。 2图像的预处理与特征提取无论采取哪种方法提取指纹 ,总会给指纹图像带来各种噪声。预处理的目的就是去除图像中的噪音,把它变成一幅清晰的点线图 ,以便于提取正确的指纹特征。预处理是指纹自动识别过程的第一步 , 它的好坏直接影响着指纹识别的效果。常用的预处理与特征提取( Image Preprocessing and Feature Ex2 t raction) 方法的主要步骤包括方向图计算、图像滤波、二值化、细化、提取特征和后处理。当然这些步骤可以根据系统和应用的具体情况再进行适当变化。文献[ 1 ] 提出了基于脊线跟踪的方法能够

指纹识别门禁系统的设计与实现

目录摘要 .............................................................. I II ABSTRACT ........................................................... I V 第一章绪论 ........................................................ １ 1.1 论文的背景及意义............................................ １ 1.2 识别技术简介................................................ ２ 1.2.1 指纹特点 .............................................. ２ 1.2.2 指纹特征 .............................................. ２ 1.2.3 指纹应用系统简介...................................... ２ 1.2.4 指纹取像技术及其特点.................................. ３第二章指纹门禁系统的总体设计 ...................................... ５ 2.1 系统功能.................................................... ５ 2.2 系统性能指标................................................ ５ 2.3 系统硬件结构................................................ ６ 2.4 系统软件结构................................................ ７第三章指纹门禁系统的硬件设计 ...................................... ９ 3.1 SPCE061A单片机介绍 ......................................... ９ 3.1.1 SPCE061A单片机的主要性能.............................. ９ 3.1.2 指纹识别模块OM-20的管脚说明及性能指标................ ９ 3.1.3 SPCE061A单片机与指纹识别模块OM－20的接口电路设计... １０ 3.2 SPCE061A单片机与液晶显示模块SPLC501的接口............... １１第四章指纹门禁系统的软件设计 .................................... １３ 4.1 指纹处理模块.............................................. １３ 4.1.1 指纹识别模块OM-20通讯协议.......................... １３ 4.1.2 登记指纹模板程序设计................................ １３ 4.1.3 删除指纹模板程序设计................................ １４ 4.1.4 清空指纹模板程序设计................................ １４ 4.2 系统主程序设计............................................ １５ 4.3 指纹开门程序设计.......................................... １５

基于51单片机的指纹密码锁设计

基于51单片机指纹电子密码锁设计摘要随着人民生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变得尤其突出，传统的机械锁由于其构造简单，安全性低，无法满足人们的需求。随着电子产品向智能化和微型化的不断发展，单片机已成为电子产品研制和开发中首选的控制器，所以具有防盗报警功能的电子密码锁控制系统逐渐代替传统的机械式密码控制系统，克服了机械式密码锁控制的密码量少，安全性能差的缺点。在传统的身份认证中，我们往往使用密码加密法，但是这种方法只是"防君子不防小人"。在高明的黑客眼里，由几个字符组成的密码脆弱得不堪一击。现在，科技的发展让我们有了新的选择——生物识别技术。将生物识别技术应用于笔记本、门锁等方面，可以对文件、财产起保护作用，并且可以进行身份识别。生物识别技术的发展主要起始于指纹研究，它亦是目前应用最为广泛的生物识别技术。本设计开发了一款基于单片机的指纹识别电子密码锁系统。该系统以STC89C52单片机作为模块核心，通过串口通信控制ZFM-60指纹模块实现录取指纹并存储指纹数据，并通过HS12864-15C液晶显示比对流程及比对结果，辅以直流继电器与发光二极管模拟开锁的动作。本系统具有体积小、性价比高、传输速度快、适合家庭及单位使用。关键词：单片机，密码锁，指纹识别

51 single fingerprint-based electronic code lock design ABSTRACT With the improvement of people's living standards, how to achieve family security issue has become particularly prominent, the traditional mechanical locks because of its simple structure, low security, can not meet people's needs. As electronic products to intelligent miniaturized and the continuous development of SCM has become the electronic product research and development preferred controller, the electronic lock control system with anti-theft alarm function gradually replace the traditional mechanical control systems with code, overcome password less, poor safety performance shortcomings of mechanical lock control. In traditional identity, we tend to use password encryption method, but this method only "anti-anti-villain is not a gentleman." In the eyes of clever hackers, password consists of several characters fragile too vulnerable. Now, the development of science and technology so that we have a new option - biometrics. The biometric technology used in notebook, door locks, etc., they can file for protection of property, and can be identifiable. biometric technology in fingerprint primary origin research, it is also the most widely used biometric technology.

基于MATLAB的指纹识别系统(开题报告)

重庆工商大学毕业论文(设计)开题报告计算机科学与信息工程学院 (系)测控技术与仪器专业(本科) 2006级1班课题名称：基于MATLAB的指纹图像预处理系统设计毕业论文(设计)起止时间： XX年XX 月XX 日～ XX 月XX日(共XX周) 学生姓名：XX 学号：XX 指导教师： XX 报告日期： XX学毕业论文(设计)开题报告3－1

1．本课题所涉及的问题在国内(外)的研究现状综述 1、指纹识别及其优点。人手的指纹即为手指皮肤上的花纹, 它是人的一种生物特征。该特征具有独特的性质, 其花纹的细节由细微纹点和纹脊的起点、终点、分叉、结合等组成。正是这些无穷无尽的细节特征组合构成了指纹 10, 几乎为零, 这就构成了指纹的第一大特的唯一性。事实上, 甚至包括双胞胎, 世界上两个指纹相同的几率<1/9 点。指纹特征的另外几大特点是: 不变性——即指纹的图案永远不会改变; 与主体永不分离性——即指纹不存在丢失、遗忘、被窃取的可能; 指纹的使用比起其它证卡来说更快捷、安全、准确、无干扰, 可实现快速登录注册, 系统兼容性好, 也就是说可以独立或者通过联网构成系统且很容易并入各类证卡和定义识别系统中。因此, 指纹识别技术的应用范围极广(除化学家和矿工外均能鉴定)。 2、指纹自动识别系统的发展现状。指纹自动识别系统是集计算机、网络、光电技术、图像处理、智能卡、数据库技术等于一体的综合高技术。目前的指纹自动识别系统是采用先进的光电识别办法采集一个指纹信息, 并把它变成可以和已由计算机处理过的暗码相比对的代码。这些代码都经过加密处理, 然后经独特的相关算法进行识别判断, 在算法上有的采用是一个指纹的全部图案, 而有的是指纹的特殊细节。目前的自动指纹识别系统已具有如下特点:(1) 可靠性: 采用独特的容错技术, 既使指纹有破坏, 即指纹不全或指纹随时间有自然的变化时也不影响正确识别。(2) 快捷性: 大多数系统鉴别时间仅需1～3s, 登录注册一个新客户只需1m in 的时间。(3) 灵活性: 一个指纹信息的代码可以压缩到几十个字节到几百个字节, 因此可以存放在一个磁条上或者一张两维条码卡上或者IC 卡上, 甚至几个指纹代码可以存在一张智能卡上。当然, 成千上万的代码可以存放在局域或网络化数据库中, 这样, 代码可以沿网络迅速传输, 因而可以灵活的构成各类系统, 即可以独立使用或集成到一个大范围的出入口控制或者安全处理系统如证卡存档识别系统中。( 4) 可接受性: 一个因素是目前的系统具有高性能; 另一个因素是目前的系统设计已考虑到人类工程学设计, 因而易被用户接受。(5) 安全性: 所有个人代码都经过了特殊加密, 通过所存储的代码不可能复原原指纹, 彻底避免了指纹的冒用, 因此既使证卡丢失, 也不存在安全问题。(6) 方便性: 目前出现的各类指纹识别系统一般外观设计精巧、结实, 采用了精密独特的光电系统, 具有LD 或全程液晶提示, 备有多种安装模式。(7) 兼容性: 可以与现有的各类系统兼容, 可实现全自动化的识别。(8) 实时性: 可实现完整的跟踪、实时报警功能。正是由于目前已经开发出了具有如上特点的指纹识别技术, 因此以此为基础的个人识别技术, 即证卡、代码、指纹的综合动态模式组合, 将可以对不同的应用场所提供不同的安全等级。 3、市场前景。自动指纹识别系统有着极其广阔的应用前景。众所周知, 指纹识别最早是在罪犯鉴别中应用, 它对于提高侦破手段、震慑罪犯、打击刑事犯罪成为强有力的武器并起到了重要作用。根据目前的了解,A F IS 的其它适用场所为: 政府各类机要部门(例如档案馆(室)、机要室)、国家重点实验室及生产重地、机场、军事要地(例如基地、仓库)、重要军事装备或关键设备的启动控制、银行金库、金融系统、代保管库、博物馆、珍宝馆、高级住宅、高级宾馆等重要门禁或入口控制、汽车门锁等。除此之外, 另一大潜在应用前景是: 自动取款机(A TM )、信用卡、驾驶执照、身份证、医疗健康卡、移民登记、计算机系统安全、机械登记等方面。1、指纹锁，指纹锁可以装在门里、车内、保险箱柜的内部, 外面无锁眼, 从而避免了撬锁, 可广泛用于金库、保安、银行、出纳、自动门、百叶门、保险柜、电控装置等门禁系统中。2，指纹卡，国际上偷盗使用卡和利用信用卡进行诈骗犯罪活动越来越猖獗, 仅1995 年英国因此损失8 千万英镑, 法国损失3100 万英镑, 目前我国信用卡用户已达2～ 3 千万, 利用信用卡犯罪我国也在呈不断上升趋势。我国政府打算用10 年左右的时间, 在全国400 多个城市的3亿人中推广信用卡, 预计发行量将达到2 亿张。目前我国IC 卡年产量已达6 千万张, 生产能力已达1 亿张, 全世界到2000 年IC 卡的总需求超过38 亿张, 我国需求量为年均2 千万张。目前, 国内各种磁卡、IC 卡系统已十分普遍。例如: 大庆市1996 年已拥有医疗保险IC 卡80 万张, 全国联网的200 电话磁卡已有上百万用户。由于指纹识别技术的诸多优点, 可以预料, 一方面指纹卡将会在一切需要验证身份的场所发挥越来越重要的作用, 其应用领域将会进一步拓宽; 另一方面, 由于市场的推动, 指纹识别技术也会不断提高, 在其识别可靠性、速度、成本等方面进一步朝实用化迈进。我们期待着指纹识别这一高技术在人们的生活中起到应有的越来越重要的作用。

用单片机实现一个指纹识别系统的设计方案

用单片机实现一个指纹识别系统的设计方案随着指纹识别在智能手机上面的普及，指纹识别技术在越来越多的场合中得到应用。除了手机应用之外，在移动支付、门禁系统、智能家庭等嵌入式场景中也逐渐普及开来。在系统实现上面，智能手机本身拥有强大的计算能力和丰富的内存资源，实现指纹识别并不困难，但在嵌入式系统中特别是基于MCU的应用场合，其运算能力、内存资源等都受到限制，本文介绍了一种基于单片机系统的指纹识别方案和设计要点。如上在具体实现上面，由于指纹识别算法涉及较多的浮点运算，以及需要暂存指纹点阵的原始数据和中间运算数据，故对于运算能力和存储空间有硬性的要求，在目前主流的单片机架构中Cortex-M4架构集成FPU浮点处理单元，在100MHZ主频下，其浮点数运算能力可以达到要求。指纹识别算法代码编译后占用上百K字节的代码空间，考虑到WiFi网络连接、应用层代码等整体上以1MB左右的Flash代码空间为宜，数据存储的需求以512KB的SRAM空间为宜。系统工作时，在指纹识别过程中需要强大的运算能力，而在没有指纹按压的时候则需要运行在低功耗状态，以适应嵌入式系统对功耗的要求。在我们的方案中，选择了具有XIP特性的MCU，把代码存放在外置SPI Flash中并可以在系统执行，从而大大扩展了代码存储空间。外置SPI Flash中的代码在执行中由于需要内部Cache缓存，故执行速度略低。对于识别算法的核心代码，则可以在Boot阶段拷贝到SRAM中运行，从而提升运行速度。XIP + SRAM的代码空间分配方案兼顾了性能和成本，是此设计的一个亮点。指纹识别芯片是系统实现的核心部件，当前比较主流的技术指标，要求指纹识别芯片基于电容技术、支持活体检测(Live Finger DetecTIon)、按压式、

指纹自动识别系统在侦查中的应用(1)

指纹自动识别系统在侦查中的应用作者：张宝清摘要：随着科技的不断发展，计算机在公安系统中也发挥着日益重要的作用。对于侦查工作而言，计算机指纹自动识别系统的出现改变了传统查找比对指纹的方法，提高了指纹查询比对的效率与质量，快速准确地为破获各类案件提供科学的依据，为侦察方向的确定提供线索。本文将就指纹自动识别系统在侦查中的应用进行探讨。关键字：指纹识别、自动、效率、侦查、准确指纹识别系统是一个典型的模式识别系统，包括指纹图像获取、处理、特征提取和比对等模块。通过专门的指纹采集仪可以采集活体指纹图像。目前，指纹采集仪主要有活体光学式、电容式和压感式。对于分辨率和采集面积等技术指标，公安行业已经形成了国际和国内标准，但其他还缺少统一标准。可以通过扫描仪、数字相机等获取指纹图像。一、指纹数据库的建立 1、扩大违法犯罪嫌疑人指纹卡收集范围，建立高质量的指纹数据库。指纹采集工作是整个工作的基础和首要环节，必须全警动员，全员采集，切实将十指指纹的采集工作列入一项日常业务工作并落到实处。在尽可能多采集指纹的基础上，严把指纹采集质量关，十指捺印指纹质量的好坏，直接影响着现场指纹查询的速度、准确度及查中几率。因此，各级公安机关要提高认识，加强领导，将指纹信息的搜集作为民警目标考核的一项标准，使每个民警在日常工作中能够自觉地搜集指纹信息，确保指纹采集的数量。业务部门必须采取有效措施，搞好捺印技术培训，确保指纹的捺印质量。 2、提高现场指纹的提取率和质量，保证质量、最大限度地入库现场指纹是指纹自动识别系统发挥破案作用的首要条件，勘查人员必须提高现场指纹的提取率和质量。做到随时收集随时入库，并要充分利用所有具有鉴定条件的现场指纹。二、指纹自动识别系统应用中的注意事项 1、由于每次捺印的方位不完全一样，着力点不同会带来不同程度的变形，又存在大量模糊指纹，如何正确提取特征和实现正确匹配，是指纹识别技术的关键。指纹识别技术涉及图像处理、模式识别、机器学习、计算机视觉、数学形态学、小波分析等众多学科。