基于嵌入式指纹识别专业系统设计

毕业设计基于嵌入式指纹辨认系统设计姓名：邢蓉姓名：邢蓉学号：1203班级：12电气1专业：电气工程及其自动化所在系：自动化工程系指引教师：胡双喜摘要随着科技蓬勃发展，人们越来越注重自己个人隐私，由此个人身份辨认需求日益增长。由于指纹拥有独特不变性，使得指纹辨认技术与老式身份辨认办法相比起来，更加安全和可操作，因此基于老式身份辨认技术局限性可以被克服，指纹辨认日益被承认。基于指纹认证技术，指纹辨认是一种重要手段，其从来普通在PC平台上运营，但随着当代社会高速发展，指纹辨认系统需求不断提高，同步市场对便携性和易用性规定更加走高，指纹产品正在朝着嵌入式技术发展方向。本文一方面简介了指纹辨认技术研究目与意义和市场需求，并且给出了嵌入式指纹辨认系统原理，在通过对老式身份认证技术优缺陷进行恰当分析后，进而提出了运用生物特性辨认身份认证方式，在它基本上，设计并实现嵌入式指纹辨认系统。同步提出了嵌入式指纹辨认系统体系架构，重要涉及基于指纹模块设计与实现和MSP430F2370主控芯片硬件电路、固件端UART驱动实现。在嵌入式指纹辨认系统设计中，硬件方面采用品有性价比优势MSP430F2370芯片作为主控芯片和TA0701指纹芯片，并为系统设计了相应电源和UART接口电路，实现了嵌入式指纹辨认系统硬件模块设计。在软件方面，依照基于嵌入式指纹辨认系统特点，本文设计功能模块涉及初始化、注册、指纹解决、登录、删除和出错报警。使用IAREmbeddedWorkbench软件进行软件某些调试。并将程序烧写到芯片中，使用串口调试软件sscom32_e666对软件运营过程中存在问题进行监视，配合编译软件进行命令修改。设计并实现了基于嵌入式高安全性、高性价比指纹辨认系统。核心字：指纹辨认；嵌入式系统；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.目录第一章绪论 11.1课题研究目与意义 11.2机器人市场需求 11.3国内外发呈现状 21.4论文研究内容及基本构造 3第二章课题设计方案选型 52.1生物特性辨认技术概述 52.2指纹辨认技术简介 62.3指纹采集传感器技术 82.4关于MSP430单片机概述 92.5UART串口通信 92.6小节 11第三章嵌入式指纹辨认系统硬件设计 123.1嵌入式指纹辨认系统硬件构造 123.1.1嵌入式指纹辨认系统构造图 123.1.2硬件框图 123.2主控芯片选型 133.2.1选取详细主控芯片类型 133.2.2指令系统 153.2.3寄存器描述 153.3指纹模块选型 173.3.1指纹模块组 173.3.2管脚分派 173.3.3指纹解决芯片 183.4电路原理图设计与实现 193.4.1指纹模块电路 203.4.2Flash电路 203.4.3电压调节电路 213.4.4U转串电路 213.4.5烧写电路 223.4.6电源电路 233.4.7显示电路 233.4.8按键电路 243.5硬件实物 243.6硬件调试 243.7小节 25第四章嵌入式指纹系统软件某些与实现 264.1整体构造 264.2软件总框图 264.3软件系统设计与实现 274.3.1软件主工作流程 274.3.2初始化模块实现 284.3.3顾客注册模块实现 294.3.4指纹解决模块实现 334.3.5登录 354.3.6删除 374.4软件调试 384.4.1程序编译 394.4.2程序烧写 404.5小结 42第五章总结与展望 43参照文献 44致谢 45第一章绪论1.1课题研究目与意义本课题重要来源是人们在生产实践中对指纹辨认系统需求，随着社会日新月异变化，个人身份辨认在各种行业中应用无处不在，同步也由于智能技术应用迅速发展个人身份辨认应用变得日益增长。出于这个因素，老式身份辨认办法在与其相比较下局限性和缺陷体现也日益突出。当前基于老式辨认办法机械钥匙，顾客账号与密码相结合以及智能IC卡等都存在着会丢失，被她人容易复制和被盗用极大隐患，由于这些弊端顾客满意限度变低以及体验感觉变差，使得老式产品推广普及便受到了很大局限，而这些正是由于老式身份认证操作对象并不是被辨认人自身，存在很大缺陷而导致。因而想要解决当前浮现这些问题，咱们要必要加强对顾客身份信息认证。当今，基于生物特性身份辨认技术迅速发展，在一定限度上可以从主线上解决基于老式个人身份辨认办法缺陷。咱们懂得生物特性有个人指纹信息和声音特性等，类似于其特殊功能尚有人们特定生活习惯和特色口音。这些就是寻常生活中咱们所熟知生物特性。个人身份辨认领域应用生物特性最重要因素是在于这些特性对于每一位辨认者来说都是具备一定特殊性，并且这些特性都是唯一不可复制，并且是很难在极短时间内发生巨大变化，长时间稳定是它明显特点。咱们每个人身体不同部位所产生纹路也是大不相似，而这一切都是由于咱们凸凹不平皮肤所引起。由于咱们皮肤表面存在着这些纹路从而使得手掌表面摩擦力变大，人们则可以用手来拎起物体。因而，咱们可以依照这种唯一特点把每个人和她指纹一一相匹配起来，这样一来则可以通过比对被辨认者指纹信息，从而可以辨别其身份信息真实可靠性[1]。这种依托人体身体也就是这里所说身份认证事实上是指通过指纹传感器传送指纹信息确认有关使用者身份过程。众所周知，咱们都生活在现实物理世界中，每个人都具备属于自己特性，这些特性是不同于她人。与基于老式个人身份信息辨认办法相比较起来，生物特性辨认技术具备大量优势如可以随身携带和随时使用，从而可觉得顾客提供更加安全，更为以便保密服务[2]。1.2指纹辨认系统市场需求当前，运用生物特性辨认身份办法发展十分迅速，到年为止全世界生物特性辨认市场规模已经增长至100亿美元。生物特性辨认是世界通用国际安全辨认中最为高效可以用来防止恐怖，维持稳定技术。当前美国，欧盟等国家已经实行强制办法对进入该国旅客进行个人生物信息采集记录。伦敦奥运会更是提出苛刻规定即记录每一位观众相应信息以此来保证奥运会安全和顺利进行。而国内也开始注重个人信息采集在举办各届大学生运动会上极为严格采集了所有运动员和观众个人信息。除此以外，学校也是一种较好例子，由于学籍管理，图书借阅，食堂售饭，学杂费交纳，课外活动管理，学生上机费用收取等等都是属于综合管理范畴，因而学校内部综合管理内容较为复杂[3]。如果咱们充分运用智能卡优势，将众多复杂功能集成在一张卡上，这样一来就可以大大节约学校各种资源。基于指纹身份辨认技术与智能卡技术结合使得众多优势凸显而出，一方面就是在真实性方面，咱们可以保证持卡者身份真实性精确无误，再者就是在快捷方面来说可以节约比对指纹时间，而这一切均依赖于指纹辨认系统应用。1.3国内外发呈现状当前，计算机技术发展十分迅猛，并且人们也越来越关注信息安全。因而诸多公司都顺势推出了一系列关于网络安全以及信息辨认产品，此类产品虽然种类繁多但是它们工作原理则可以简要概括为如下几种方面：1.基于老式密码访问权限控制产品。在基于老式身份辨认产品中，它们重要解决办法就是将多重操作密码和安全设立相结合。2.物品辨认产品。智能卡就是一种较好例子，把深层安全机制与多重加密算法结合在一起，正是这种工作原理使得智能卡成为十分安全工作方式之一，又由于智能卡有相应工作介质可以进行信息存储，并且可以解决某些文献，而这些特性并不会影响个人信息辨认与实现，因而当前在银行，财务等工作领域中这一工作方式受到广泛应用。3.基于指纹辨认有关产品。当前，指纹辨认随着智能科技发展有着飞速地发展，而这受到广泛应用都是源于如下几点：（1）每个指纹都是特殊，不可复制，但是IC卡却是可以诸多顾客持有一张；（2）指纹辨认具备高安全性，而IC卡安全度局限性；（3）指纹辨认投入是一次性，就经济性来说是特别经济可靠。当前，基于指纹辨认认证系统发展十分迅猛，但是，其产品还处在发展状态，某些方面还不太完善，需要改进地方体当前：1.当前，市场上绝大多数指纹产品没有配备相应指纹采集设备。2.指纹辨认产品发展领域虽然广泛，但是，其很少用在安全认证项目中。3.当前，国内要想建立完整指纹信息库还需要很长时间。但是，形成指纹信息库对当下来说是实现大型指纹辨认项目有力保障。但是这项工作当前都没有得到相应注重，更加难以启动；4.原则化制定滞后，指纹产品行业当前还没有成形、可行国标。考虑到基于嵌入式指纹辨认技术当前具备辽阔商业前景，普通状况下，各个公司或研究机构都把指纹辨认技术当做核心要素，因而，咱们只能从外部条件去得知指纹有关产品各种性能指标和参数并理顺它发展状况。国际市场上有诸多公司研究指纹辨认技术产品，在这方面欧美是引导者。当前，在美国有多家公司都已经推出了自己指纹辨认产品，就拿IBM公司来说，它使用自己软件作为公司内部网络安全控制，从而使得公司内部信息安全受到保护。国内市场上，指纹辨认技术相对落后几十年。并且相比欧美国家，咱们之间有着不可跨越差距，在国内指纹技术发展期间，国内浮现了技术提供者和产品营销者等[4]。当前，国内指纹辨认技术发展迅猛，逐渐拉低和高技术国家差距。1.4论文研究内容及基本构造本选题重要来源于生产实践中指纹辨认系统需求，随着科技技术发展，个人身份辨认应用范畴日益增大。基于老式身份辨认办法缺陷体现日益明显。当前，钥匙和密码等保护办法存在着丢失，复制及被盗用隐患，导致顾客满意度低和体验差，对于产品推广受到了很大局限。本课题设计基于嵌入式指纹辨认系统解决了老式方式所遗留下来难题，通过指纹传感器传送指纹信息，为顾客提供更安全，更以便保密服务。本文研究重要内容包括如下几种方面：1.对指纹传感器研究与应用2.指纹图像辨认模块应用与实现3.身份认证和访问控制系统设计与实现4.指纹辨认算法研究与应用5.嵌入式指纹系统软件调试本文研究办法和手段有如下几种方面：一方面，通过对课题需求进行了研究与分析，初步认知课题现实性与实用性。另一方面，在图书馆依照规定查阅关于文献，学习有关理论知识，理解所需专业技术知识并对产品有初步设计思路。然后，在实验室用Protel99se设计主电路图，在专业环境下进行软件设计。本文研究环节如下：阅读任务书，理解课题内容，明确详细规定。对产品需求进行分析。方案设计和系统构架。查阅参照文献与有关资料，理解UART。采用专业工具进行产品软件设计。集成调试。本文构造大体如下：第一章：绪论，简介嵌入式指纹辨认系统研究目和意义以及市场需求和国内外发展状况。第二章：课题设计方案选型，简介了生物特性辨认技术、指纹辨认技术和指纹辨认系统工作模式。第三章：嵌入式指纹辨认系统硬件某些整体构造，主控芯片等进行了详细阐述。第四章：本章是用于设计和实现系统软件某些，阐述了指纹辨认系统软件整体构造，并详细描述了系统各个软件模块，给出相应模块流程图和程序规定。第二章课题设计方案选型2.1生物特性辨认技术概述身份认证就是通过特定方式拟定顾客身份过程，随着科技发展认证技术不再像此前那样单一，当前惯用身份认证技术可以分为如下三类，第一类是依照被认证对象所掌握信息来拟定身份，如口令、身份辨认码；第二类则运用被认证对象所拥有物品对其进行身份辨认，如身份证、护照、信用卡；第三类依照被辨认对象所拥有生物特性进行身份辨认。生物特性身份辨认由身份验证和辨识两某些构成。典型生物特性辨认系统如图2.1[5]所示。图2.1生物特性辨认系统构造图Fig.2.1Biometricidentificationsystemstructure可以用于身份辨认生物特性须满足如下条件[6]：1.普遍性，即每个人都要拥有此生物特性；2.唯一性，即任意两人此特性不也许完全相似；3.永久性，即此特性相对于时间来说是具备长期不变性；4.可采集性，即特性可以被采集和检测；5.性能，体现了辨认精度；6.可接受性，表白了当前人们对生物特性辨认技术接受限度。生物特性中指纹、虹膜等自身就具备以上所述长处，咱们依照这些唯毕生物特性来进行身份信息辨认，显然咱们可以克服许多间接认证限制，并满足人们在辨认方式上更高规定。因而，生物辨认技术行业将拥有越来越大市场，前景十分辽阔。指纹辨认拥有某些特殊特点，有关特性如下所述[7]：1.普遍性：每个人都具备自己指纹；2．唯一性：两个指纹几乎不也许相似；3.永久性：即不会随着人体发育而变化；4.可采集性：即可以通过一定设备和手段采集到；5.可行性：普通状况下可以达到相称合理对的率；6.可接受性：方式能被人们所接受；7.防伪性好。指纹辨认技术当前已成为最可靠生物特性辨认技术之一，并在人们生活应用日益增多。如下对这几种生物特性辨认技术进行了比较，如表2.1所示[8]表2.1几种生物特性辨认技术比较Table2.1Thecomparisonofseveralkindsofbiometricidentificationtechnology生物辨认技术辨认效果1比1比对1比N比对仪器体积指纹较好可以可以很小虹膜或视网膜较好可以可以大手形好可以不能居中人脸变化可以不能小声音变化可以不能很小通过以上比较可知，从辨认效果来看，指纹辨认和眼辨认较好，人脸辨认受光影响较大，而语音辨认受麦克风影响很大。指纹辨认和眼睛辨认有着低错误率，但由传感器价格和仪器体积比较可知，指纹辨认更易于普及。2.2指纹辨认技术简介指纹辨认系统是一种在模式辨认系统基本上，验证辨认人生物特性系统。指纹辨认系统工作模式可以分为两类：验证(verification)模式和辨识(identification)模式，如图2.2[9]所示：图2.2指纹辨认系统工作模式构造框图Fig2.2Thefingerprintrecognitionsystemstructurediagramofworkpatterns验证模式：对顾客进行指纹比对，然后判断身份。辨识模式：与数据库中指纹进行一对一对比，找出与现场输入指纹相匹配指纹特性信息。辨识被回绝(如果人被回绝)是应用程序重要构成某些[10]。回绝辨认目是防止一种人具备多重身份。指纹辨认系统其工作流程如图2.3[11]所示特性点提取特性点匹配输出显示注册匹配指纹图像采集指纹图像评估指纹图像预解决存入特性模板数据库图2.3指纹辨认系统工作流程Fig.2.3Fingerprintidentificationsystemworkflow指纹自动辨认系统AFIS(AutomatedFingerprintIdentificationSystem)是集模式辨认，光电技术，图像解决，智能卡，数据库技术于一身综合性技术。它可以分为如下两种模式[12]：1．联机式一方面采集所需指纹图像,然后由指纹辨认相应算法进行辨认和解决。由于图像数据较大,普通咱们使用数据传播接口。但是系统体积大,适应性相对来说较差,因而它是不适合集成开发。2．嵌入式嵌入式系统，一种相对独立系统，其中，嵌入式指纹解决模块是核心,它功能单一，用于执行特定功能[13]。与此同步,嵌入式指纹算法规定也很高。因而，采用不同算法,系统效率有着较大不同。本文选用嵌入式系统，其可以独立于PC机运营，使得指纹采集和存储辨认等都可独立完毕。2.3指纹采集传感器技术传感器是将物理量或化学量转化成便于运用电信号器件，指纹传感器就是其中一种；传感器将生物特性转换为系统可以辨别有关图像信息。然而不同传感器都具备各自长处和缺陷，表2.2[14]对几种常用传感器进行了相应指标比较。表2.2几种不同类型传感器比较Table2.2Comparedseveraldifferenttypesofsensors类别性能体积成像质量成像大小使用寿命功耗价格光学传感器较大干手指差，但潮湿和脏手指成像模糊采集面积区域可以很大光学镜头容易老化，时间较长较大中档半导体传感器很小对潮湿和脏手指成像差采集面积小普通，受静电影响大较少低热敏传感器小质量较差，受手指速度影响，图像变形大采集面积较小很长普通较低超声波传感器中非常好采集面积大普通较大很高本文中，指纹采集传感器用是贝尔赛克公司TS1011半导体指纹传感器。它是有着低功耗、高性能指纹芯片。这使得在嵌入式系统中实现数据传播更加以便。2.4关于MSP430单片机概述当前，单片机应用有着迅猛发展，在寻常生活中应用越来越多，因而对解决器各项性能规定更是日益提高。一贯以来，产品都是以市场需求为依托，以单片为主突出解决问题。作为嵌入式系统一某些，单片机系统应用重要集中在中、低端领域。当前在这些应用中也浮现了某些新需求，体当前如下4个方面：1.随着市场需求不断进一步复杂，对解决器性能和功能越来越严格。既要满足功能丰富、外设多样，又要具备一定运算能力，能进行实时算法，而不但仅是进行简朴控制。2.当前由于指纹产品体积有关限制，在市场上极大多数是运用电池供电同步也规定系统低功耗。

3.对产品规定更加高，产品更新速度快，开发所具备时间短，同步顾客但愿开发工具简朴、功能完善并且便宜。特别是需要仿真工具要可以适应各种MCU，具备延续性，避免重复，增长开发费用。

4.高可靠性，产品性能相对来说很稳定，并且可以加密保护同步又能以便升级。

现如今，单片机应用领域越来越宽泛，而其在仪器仪表中应用优势更加凸显。单片机当前正处在全面发展阶段，在极力做到兼容同步，也向着运算能力强、体积小、扩大寻址范畴、提高运营速度方面发展。面对不断提高集成度，片内高度集成众多外围功能器件条件已充分具备，这也是单片机此后发展重要趋势之一。2.5UART串口通信UART是一种用于异步通信通用串行数据总线。它是一款专门用于连接计算机与设备芯片并且提供了RS-232C数据终端设备接口，这样计算机就可以和使用RS-232C接口串行设备通信了。UART作为异步串口通信合同一种，工作原理是将传播数据每个字符一位接一位地传播。其数据传播格式如图2.4所示：图2.4UART数据传播格式Fig.2.4UARTdatatransmissionformats构造图如图2.5所示：图2.5UART构造图Figure2.5UARTstructure其工作规定如下：UART是计算机中串行通信端口核心某些。在计算机中，UART相连于产生兼容RS232规范信号电路。当一种微控制器中UART相连于PC时，它需要一种RS232驱动器来转换电平。串口分派器示意图如图2.6所示： 图2.6CR-UART88路串口分派器Fig.2.6CR-UART88-waydistributorserialport2.6小结本章简介了不同生物特性辨认技术有关知识及其优缺陷，并对其进行相应对比，然后简介了指纹辨认技术及其长处，与此同步，简介了传感器有关知识为下章指纹传感器选用做铺垫。为背面软件调试过程简介打好了基本。本章还对MSP430单片机有关知识做了一种简介，为之后硬件电路设计做了知识储备，紧接着对UART合同做了有关简介，这些都是读写器在软件某些设计与实现中涉及到内容，为之后理解设备通信过程打下了理论基本。第三章嵌入式指纹辨认系统硬件设计硬件电路搭建犹如房子地基同样重要，它将直接影响到读写器性能。硬件电路核心是主控芯片有着无可代替作用，因而选取一款适当主控芯片至关重要。为了设计一款功耗低、体积小、有巨大信息容量、数据解决能力强、测量精度高，本文选用MSP430芯片作为主控芯片，并在此基本上设计指纹辨认系统。3.1嵌入式指纹辨认系统硬件构造3.1.1嵌入式指纹辨认系统构造图嵌入式指纹辨认总体设计框图如下图3.1所示：图3.1嵌入式指纹辨认系统构造图Fig.3.1Embeddedfingerprintidentificationsystemstructure指纹通过把信息传送到MSP430芯片，最后在LCD液晶显示屏上显示成果。3.1.2硬件框图基于嵌入式指纹辨认系统硬件构成框图如图3.2所示：MSP430电源晶振FlashSDRAMTS1011半导体指纹传感器键盘输入LCD显示屏RS232PHYUART串行接口网络接口图3.2嵌入式指纹辨认系统硬件构造Fig.3.2Hardwarestructureoftheembeddedfingerprintidentificationsystem一方面由MSP430单片机完毕对指纹采集并对图像进行解决。然后，TS1011半导体指纹传感器将采集到指纹图像直接转换为数字信号传送给MSP430单片机进行解决。FLASH存储器用于存储程序代码和指纹特性值。此外运用UART串行接口和电脑进行相应数据互换。3.2主控芯片选型3.2.1选取详细主控芯片类型MSP430单片机是一种16位单片机，采用了精简指令集（RISC）构造，内部精简指令集CPU通过冯.诺依曼构造地址总线和数据总线连接到外围设备和可编程时钟系统[15]。MSP430混合信号解决都可以使用是由于它有一种先进CPU与一种原则组件存储印象模仿和数字外设。本课程设计中选取MSP430F2370主控芯片，如图3.3所示：图3.3MSP430F2370电路图Fig.3.3MSP430F2370circuitdiagram其优势如下表3.1中表表3.1MSP430F2370优势参数Table3.1TrackMSP430F2370advantage复位[1]欠压保护复位包括在所有MSP430x2xx器件中。[2]由复位引起PORIFG和RSTIFG标志位已增长到IFG1寄存器。[3]一条指令从0x0000-0x01FFH地址取出将复位那器件。看门狗定期器所有MSP430F2370器件都集成了看门狗定期器WDT+。那WDT+保证时钟源不失效。时基系统[1]在LF模式下，LFXT1震荡器已经选取了负载电容。[2]在HF模式下，LFXT1支持频率高达16Mhz晶振。[3]在LF模式下，LFXT1振荡器可以对振荡器进行查错。[4]XIN和XOUT引脚分享了设备20引脚和28引脚某些功能。[5]某些型号设备不支持DCO某些外部Rosc特性。在这种状况下，软件不能设立BCSCTL2寄存器LSB。详尽论述还请参照设备手册有关章节。设备温度稳定性明显被提高了。Flash存储器[1]消息存储起有4个64字节段构成。段A被LOCKA位所锁定。[2]LOCKA位将保护所有消息被大量擦除。[3]一种中断发生将可以使得段擦除被打断。[4]一种中断到来也可以使得FLASH更新停止。FLASH编程电压被减少到了2.2V如下[5]烧写和擦除时间被减少，时钟信号无效将停止FLASH更新。数字I/O[1]端口1和端口2内部集成了上拉和下拉电阻。[2]P2.6、P2.7功能已经被加到了设备20引脚和28引脚上。她们和XIN、XOUT某些功能相似。如果晶振操作被激活，软件将不能对这些引脚清除P2SEL位。比较器_A比较器A已经被扩展为一种多路输入输入电容。低功耗在3V情形下，典型LPM3模式下功耗将减少为50%。DCO启动时间被明显被减少。工作频率最大目的频率是3.3V时达到16Mhz。BSL一种不对的指令将引起大量信息被擦除。BSL入口顺序高于制止意外入口和擦除顺序。3.2.2指令系统430指令系统具备丰富寻址方式（7种源操作数寻址、4种目操作数寻址）、简洁27条内核指令以及大量模仿指令[16]。由相应编码和解码CPU核心指令完毕工作。模仿指令可以使代码更容易阅读和书写，它们不能自身进行编码，但它们可以被由相应核心指令，以便进行组装自动替代。双操作数指令、单操作数指令、跳转指令是三个方面核心指令。B或W方式进行扩展。字节指令字节地址可以访问数据字节单元或外围设备。外设双字节指令可以访问双字节或双字节数据单元地址，如果该指令不延伸，该指令是如在下列范畴限定2字节指令指令源和目指令：SRC源操作数被As和S-reg所定义；DST目操作数被Ad和D-reg所定义；AS寻址位（依赖于所使用寻址模式）；S-REG用于源操作指令工作寄存器；AD寻址位（依赖于所使用寻址模式）；D-REG用于目操作指令寄存器；B/W字节或者双字节操作位；0：双字节模式；1：字节模式3.2.3寄存器描述在MSP430器件中有型号有两个通信硬件模块USART0和USART1,因而她们有两套寄存器如表3.2所示:表3.2寄存器表Table.3.2TrackregistertableUSART0寄存器寄存器缩写读写类型地址初始状态控制寄存器U0CTL读/写070HPUC后001H发送控制寄存器U0TCTL读/写71HPUC后001H接受控制寄存器U0RCTL读/写72HPUC后001H波特率调节控制寄存器U0MCTL读/写73H不变波特率控制寄存器0U0BR0读/写74H不变波特率控制寄存器1U0BR1读/写75H不变接受缓冲器U0RXBRUF读76H不变发送缓冲器U0TXBRUF读/写77H不变SFR模块使能寄存器1ME1读/写004HPUC后001HFR模块使能寄存器1IE1读/写000HPUC后001HFR模块使能寄存器1IFG1读/写002HPUC后001HUSART1寄存器寄存器缩写读写类型地址初始状态控制寄存器U1CTL读/写078HPUC后001H发送控制寄存器U1TCTL读/写79HPUC后001H接受控制寄存器U1RCTL读/写7AHPUC后001H波特率调节控制寄存器U1MCTL读/写7BH不变波特率控制寄存器0U1BR0读/写7CH不变波特率控制寄存器1U1BR1读/写7DH不变接受缓冲器U1RXBRUF读7EH不变发送缓冲器U1TXBRUF读/写7FH不变SFR模块使能寄存器1ME2读/写005HPUC后001HFR模块使能寄存器1IE2读/写001HPUC后001HFR模块使能寄存器1IFG2读/写003HPUC后001HUxCTL控制寄存器76543210PENAPEVSPBCHARLISTENSYNCMSWRSTPEV奇偶校验位，该位在校验容许时有效，0为奇校验，1为偶校验。CHAR字符长度。SYNC为UART模块模式选取，0UART模式（异步），1SPI模式（同步）。M多机模式选取位，0线路空闲多机合同，1地址位多机合同。SWRST控制位，上电时该位置位,此时USART状态机和运营标志初始化成复状态(URXIFG=0,URXIE=0,UTXIE=0,UTXIFG=1)。当一次系统进行复位后，只有通过对SWRST复位，UART才干重新被容许。而接受和发送容许标志URXE和UTXE不会因SWRST而更改。SWRST位会使URXIE、UTXIE、URXIFG、RXWAKE、TXWAKE、RXERR、BRK、PE、OE及FE等复位。当使用串行端口设立时，起着重要作用。一次对的UART模块初始化程序应当是这样设立：先在SWRST=1时，设立串行端口，然后设立SWRST=0，最后，如果有必要中断，设立相应中断使能。3.3指纹模块选型3.3.1指纹模块组本设计采用TS1011M系列半导体指纹模组，它是一种接触式单指纹辨认设备,重要由外壳、TS1011半导体指纹传感器、BIOSEC0701指纹解决芯片(含指纹存储器和辨认算法)、通讯接口等构成。模块组如图3.4所示：图3.4指纹模块组Fig.3.4Thefingerprintmodulegroup该指纹模组集成了高性能ARM内核指纹解决芯片,集成化高、积更小、功耗更低。使用了自主研发指纹辨认算法，对指纹各项工作所有由指纹模组自行独立解决。在指纹传感器设计方面,TS1011采用晶圆塑封技术，产品具备防雾防尘防破坏能力,有效解决了人体静电影响、提高了产品采像质量、增长了产品耐用性。指纹传感器内部采用12MHz系统振荡器,内置4KHz低功率振荡器。3.3.2管脚分派指纹模块管脚图如3.5所示：1……6图3.5指纹模块管脚示意图Fig.3.5Thefingerprintmodulepindiagram图中所示各个管脚信息如下表3.3所示：表3.3管脚分派Table3.3Pinassignment管脚1V_TOUCH3.3V管脚2TOUCH_OUT信号管脚3VCC3.3V管脚4TXOK-300->顾客控制CPU管脚5RX顾客控制CPU->OK-300管脚6GND串口使用是3.3VTTL电平，在连接电脑时需要对电平进行相应转换,同步咱们需要注意是V_TOUCH需要始终提供电源。3.3.3指纹解决芯片内置BIOSEC0701指纹解决芯片如图3.6所示：图3.6BIOSEC0701指纹解决芯片Fig.3.6BIOSEC0701fingerprintprocessingchipTA0701芯片采用低成本，低功耗，小体积芯片设计为控制核心，该系列集成图安V7版本最新完整版本算法，基于图像和特性点混合匹配模型算法，能适应各种指纹，更高通过率和更低误识率，通过率达到99%以上，误识率在十万分之一以内；1比N比对速度在4ms/枚；接口有UART口和USB口；提供电脑端调用接口。芯片各项参数如下表3.4所示：表3.4TA0701芯片各项参数Table3.4TA0701chipparameters主频200M比对速度1:1比对速度：<4ms指纹模板494字节（图像和特性点混合匹配）存储量依照外置FLASH大小而定，默认采用W25Q40，300个顾客辨别率500DPI±30DPI匹配传感器光学指纹传感器、半导体滑动指纹传感器、半导体面传感器拒识率<1%误识率<0.0005%电源/电流3.3V/65mA接口UARTbps、USB2.0fullspeed合用温度-40°C~70°C构造尺寸30mmx30mm3.4电路原理图设计与实现本论文所研究指纹辨认系统硬件构成又可由下面几某些构成：MSP430主控芯片、烧写电路、按键电路、电源电路、射频电路和显示电路、U转串电路。如3.7所示：图3.7指纹系统构造图Fig.3.7Fingerprintsystemstructure3.4.1指纹模块电路指纹模块重要是用来采集、存储和辨认顾客指纹，如下为TA0701指纹芯片电路图。指纹芯片电路如3.8所示：图3.8指纹芯片电路Fig.3.8Fingerprintchipcircuit3.4.2Flash电路本文所开发嵌入式指纹辨认系统选用是W25Q40芯片。W25Q40芯片是一款SPI接口低成本芯片，它可以应用于外扩flash芯片使用。闪存接口电路重要由W25Q40芯片构成，该芯片为8个引脚，通过SPI引脚与主控电路连接，芯片采用3.3V进行供电。嵌入式指纹系统flash连接电路图如图3.9[17]所示。图3.9Flash电路Fig.3.9Flashcircuit3.4.3电压调节电路本文选用XC6201P332MR芯片进行电压调节，它是一款高精度，低功耗,正电压调节器芯片，采用了CMOS工艺和激光微调技术，压力差分输入和输出也可以很小，XC6201P332MR芯片内部涉及电流限制电路,驱动三极管,一种精准参照电压源和一种误差放大器[18]。输出电压范畴是从1.3V到6.0V,间隔为100mV。电路图如3.10所示：图3.10电压调节电路Fig.3.10Voltageregulationcircuit3.4.4U转串电路MSP430F2370U转串电路实现U口转串电路，芯片CP2102电源6号管脚与电容相连接并接地，管脚7与两个并联电容相连接后与地相连。9号与11号管脚分别与R1、R2相连接然后接地。外接电源供电，23号管脚与P25号管脚相连，构成U转串电路。电路图如3.11所示：图3.11U转串电路图Fig.3.11TrackUseriescircuitdiagram3.4.5烧写电路烧写电路目是把程序烧写到单片机中，采用MSP430专用烧写器与烧写口相连把程序烧写到单片机中。烧写电路如3.12所示：图3.12烧写电路图Fig.3.12Burningcircuitdiagram3.4.6电源电路电源供电为UART接口供电，管脚1接两个并联电容，UART口连接外部电源为读写器供电。电源电路如图3.13所示：图3.13电源电路Fig.3.13Trackpowersupplycircuit3.4.7显示电路显示电路用来显示开发板工作状况，MSP430单片机6、7、8、9、10号管脚分别与电阻和发光二级管相连。作为显示电路显示读写器状态。显示电路如图3.14所示：图3.14显示电路Fig.3.14Displaycircuit3.4.8按键电路按键重要是复位键，如下图为原则复位电路，按下按键S1能实现对读写器复位功能。按键电路如3.15所示：图3.15按键电路Fig.3.15Buttoncircuit3.5硬件实物嵌入式指纹辨认系统硬件实物图如3.16所示：图3.16硬件实物图Fig.3.16Hardwarephysicalfigure3.6硬件调试使用protel99se软件制作电路板，一方面绘制电路图，然后进行ERC电气法则检测，然后设立元器件封装，然后生成网络表、导入网络表，接着排列元器件、布线，最后检查存盘输出。拟定与否已经正常工作，与否有调试基本，得到电路板之后，这是一种一方面要解决问题。之后用示波器检查读写器与否能正常工作，观测示波器与否能显示高低电平。在进行硬件调试过程中发现了如下问题：1.PCB布线时有些规则不懂得，导致布线时连接线连错，之后通过网上查找资料解决了该问题。例如输入输出端用导线应尽量避免相邻平行，核心器件居中，元器件排列整洁，疏密有序，关于联器件相对接近，特殊规定器件（发热器件，干扰器件，）要合理安放。2.灯不亮，电源供电有问题，仔细检查后发既有漏焊地方。3.7小结本章一方面简介了MSP430芯片引脚功能以及惯用寄存器；接下来简介了TS1011指纹模块组内部系统架构和特性。简介了嵌入式指纹辨认系统硬件构造构成（7个某些：主控电路、指纹电路、U转串电路、烧写电路、电源电路、按键电路、显示电路）。第四章嵌入式指纹系统软件某些与实现4.1整体构造如图4.1为嵌入式指纹辨认系统整体构造图，软件某些重要思想是通过设立MCU微控制芯片寄存器使之控制TS1011半导体模块组发出与接受信息；并通过设立寄存器把接受模仿信号转换成数字信号。图4.1整体构造图Fig.4.1Overallstructure4.2软件总框图嵌入式指纹辨认系统软件某些由五某些构成：涉及初始化模块、指纹注册模块、指纹解决模块、指纹数据库、出错解决。框图如下4.2所示：图4.2软件总框图Fig.4.2Overallblockdiagramofthesoftware4.3软件系统设计与实现4.3.1软件主工作流程软件主工作流程如图4.3所示：图4.3主流程图Fig.4.3Themainflowchart软件工作主流程如下：一方面对系统进行初始化解决；开始指纹辨认并发送指纹辨认命令；接受到命令后开始比对采集到顾客指纹信息；比对成功后显示顾客信息，反之，发出报警，重新比对指纹；完毕比对后退出，辨认指纹辨认结束。4.3.2初始化模块实现在采集指纹之前必要先将指纹模块初始化,初始化流程图如4.4所示:图4.4初始化流程图Fig.4.4Initializationflow初始化详细流程如下：一方面对中断向量表进行设立；初始化存储器；初始化堆栈寄存器；然后进行相应设立初始化外围设备；切换到顾客模式然后开中断，初始化结束。设立TS1011M参数信息(CMD是8字节/ACK>8字节)如下表4.1，4.2,4.3所示：CMD数据格式1.头部数据表4.1头部数据Table.4.1Datahead2.数据包表4.2数据包Table.4.2DataPackage3.ACK数据表4.3ACK数据Table.4.3ACKData4.3.3顾客注册模块实现注册是可以添加新顾客到系统中嵌入式应用重要一步。在注册模块，咱们需要拟定顾客权限，普通顾客只是该系统顾客。注册时，如果这是在管理员设立之前注册，所有顾客都可以行使自己正惯顾客管理系统管理员权限。一旦建立了一种系统管理员，普通顾客只能登录，只有管理员可以访问信息管理和系统管理等模块。这使得更容易进行维护和管理系统，提高了系统安全性。下面给出顾客注册流程如图4.5所示：图4.5注册流程图Fig.4.5Registrationflowchart指纹注册详细流程如下：一方面新顾客运用ID进行注册；判断ID与否重复，如果不重复则准备好执行下一步，否则，重新输入ID；当ID输入完毕后开始输入顾客姓名；然后拟定顾客管理权限并采集指纹；判断指纹质量与否合格，如果合格就提取特性点并且保存，显示注册完毕，否则，重新采集数据。在注册前咱们一方面要设立注册模块，设立数据如下表4.4所示：表4.4数据格式Table4.4Dataformat设立完模块组后则可以进行新顾客注册，注册数据格式如下表4.5所示：表4.5注册格式Table.4.5Registeredformat采集顾客三次指纹，比对成功后存入到模组FLASH中。其中UserID必要在1-0xFFF之间。UserRole必要是1或者2或者3，各个权限定义可以由二次开发者指定。若是两次按压注册，则分别发命令(CMD/ACK都是8字节)，第一次命令，系统仅采集指纹特性值缓存到内存中。第一次注册发送命令和返回如表4.6所示：表4.6第一次注册命令Table.4.6Registeredforthefirsttime第二次按压命令如表4.7所示：表4.7第二次注册命令Table.4.7Registeredforthesecondtime第二次命令，需要设立ID值和权限，当UserID为0时，系统自动产生未使用ID号。顾客权限不能为0，否则注册不进去。4.3.4指纹解决模块实现完毕指纹采集后，如果显示图象质量合格,收集指纹图像预解决,否则,需要重新采集。指纹图象质量评估流程可以如图4.4所示。图4.6指纹质量评估流程Fig.4.6Fingerprintqualityevaluationprocess指纹质量评估详细流程如下：接受到命令后，一方面进行指纹图像采样；判断指纹与否符合规定，如果否，回绝该图像重新采集，命令解决结束，否则执行下一步；进行指纹分析并且判断指纹质量参数与否合格，如果合格，指纹通过，命令解决结束，否则执行下一步指纹重新采集；判断与否是主机向设备发送数据，如果是，进入顾客自定义命令后结束，命令解决结束，否则执行下一步；图像采集数据如下表4.8所示：表4.8图像采集数据 Table4.8Imageacquisitiondata4.3.5登录模块实现登录是最惯用功能。登录有两种模式,一种是直接登录使用1：n指纹模板匹配，另一种是通过ID。顾客登录流程图如图4.7所示：图4.7登录流程Fig.4.7Theloginprocess登录详细流程如下：1.接受到命令之后，一方面顾客可以通过2种方式进行登录，通过ID登录或直接登录；2.输入ID（或采集指纹），判断库中与否有此ID（或指纹质量与否合格），如果合格，则继续下一步，否则直接返回重新登录；3.判断指纹质量与否合格或与库中指纹比对，如果合格或比对成功，则登录成功，否则登录失败；4.3.6删除模块实现当某顾客不再使用该系统时,应当将其从系统中删除以释放存储单元。与此同步也删除顾客信息和指纹模板。下面给出删除顾客流程图如图4.8所示：图4.8删除流程Fig.4.8Deleteprocess删除详细流程如下：1.接受到命令之后，一方面输入所需删除顾客ID；2.判断库中与否有此ID，如果有，则继续下一步将IDtable中存储该顾客ID单元值改为0，否则直接返回重新输入；3.读取顾客信息，找到该顾客，索引表中值由1改为0。由于这一操作再对数据库进行某一操作时会跳过相应存储单元检查。删除特定顾客数据格式如下表4.9所示：表4.9删除特定顾客Table4.9Deletespecificuser除了删除特定顾客外，当咱们需要对系统内顾客进行所有重新更换时还可以删除所有顾客，删除所有顾客数据果然是如下表4.10所示：表4.10删除所有顾客Table4.10Removeallusers通过串口发送删除所有顾客指令，模块组收到指令后，吧模块组内所有指纹都删除，此命令是不会失败。4.4软件调试使用IAREmbeddedWorkbench软件进行软件某些调试。使用IAREmbeddedWorkbenc软件将程序烧写到芯片中，使用串口调试软件sscom32_e666对软件运营过程中存在问题进行监视，配合编译软件进行命令修改。IAREW430软件提供项目管理，程序编辑、代码下载和调试等所有功能。并且软件界面和操作办法与IAREWforARM等软件开发一致是开发单片机抱负开发工具。4.4.1程序编译使用IAREmbeddedWorkbench软件进行编译程序，打开软件新建文献后在中IAREmbeddedWorkbench编译程序，如图4.9所示：图4.9程序编译Fig.4.9Theprogramcompiled程序编写完毕后对其进行保存，如图4.10所示：图4.10保存编译成果Fig.4.10Keepcompileresults4.4.2程序烧写将保存好程序在IAREmbeddedWorkbench中打开，点击Project中clean，如图4.11所示：图4.11再次程序编译Fig.4.11Theprogramcompiledagain再点击RebuildAll查看程序与否编译对的，如图4.12所示：图4.12程序检查Fig.4.12Programcheck在下方白框中检查无错后