基于DSP的自动指纹识别系统.doc

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1、基于DSP的自动指纹识别系统摘要：文章介绍了一种基于TI公司的TMS320VC5402来构造指纹识别系统的方法。详细论述了系统的各个组成部分以及指纹识别算法的实现流程，结合VC5402的指令集和自身结构特点，讨论了如何高效的设计应用程序的方法。文章对如何将DSP的主机接口（HPI）改造成通用输入输出口（GPIO）、将多通道缓冲串行口（McBSP）设置成SPI接口进行了详细的说明，对数据图像处理需要较大空间而DSP可寻址的数据空间又过小的矛盾，提出了切实可行的解决办法。 关键词：指纹识别；DSP；混合语言编程指纹识别技术是以数字图像处理技术为基础，而逐步发展起来的。相对于密码、各种证件等传统身份

2、认证技术和诸如语音、虹膜等其它生物认证技术而言，指纹识别是一种更为理想的身份认证技术。使用指纹识别具有许多优点，例如：每个人的指纹都不相同，极难进行复制或被盗用；指纹比较固定，不会随着年龄的增长或健康程度的变化而变化；最重要的在于指纹图像便于获取，易于开发识别系统，具有很高的实用性和可行性。1 指纹识别系统的架构本课题设计了一个嵌入式系统，通过DSP来完成指纹图像的采集和指纹识别的算法。另外为使系统有更广阔的应用领域，在设计上还采用异步串行通讯方式实现了DSP和PC之间的数据交互。据此，系统由指纹传感芯片、复杂可编程逻辑器件、闪烁存储器和UART等硬件组成。系统的结构框图和主要程序流程图如图1

3、和图2所示：2 系统各部分设计要点2.1 DSP的选择和存储空间的设计TMS320VC5402具有很高的性价比，可以访问1M的程序空间和64K的数据空间。内部自带的16K 双寻址RAM，可以在一个指令周期内完成两次读操作或一次读和一次写操作。锁相环电路则可提供高达100MHz的工作频率，从而使VC5402完全有能力在较短的时间内完成指纹的识别操作。由于指纹图像具有数据量大特点，因此程序的设计不可避免的需要较大的存储空间。系统中所采集到的8bits灰度图像大小为300256，则存储一幅图像就需要75K的空间，而VC5402可寻址的数据空间范围总共才有64K。为此，可以参照VC5402空间分配结构

4、图，通过程序空间页扩展功能来解决图像的存储和运算问题，运用RPT、READA和WRITA指令完成图像数据在程序空间和数据空间的搬移操作。图1 系统结构框图图2 系统主要程序流程图2.2 指纹采集电路的设计指纹传感芯片选用Fujitsu公司的MBF200。它由256列300行电容阵列组成，芯片内设计有两套采样保持电路用于指纹图像的采集。图像传输速度最大可达30帧/秒，能够满足连续指纹图像的采集和比对。MBF200具有手指自动检测电路（AFD），它允许DSP在没有指纹时处在低功耗待命模式，当有手指时才通过中断唤醒它进行相应的处理。然而实验证明，AFD功能的可靠性较差，不能满足设计要求。为此，在设计

5、上采用了手动开关加软件查询方式来判断是否进行指纹的采集。当主机接口（HPI）中的HPIENA管脚通过电阻接地，则系统复位上电后，HPI接口将作为通用输入输出口（GPIO）来使用。将手动开关的输出信号线和GPIO的一个指定的输入口相连接，当要进行指纹采集时，通过开关产生一个输出信号；而系统初始化后DSP不断的查询GPIO中指定的输入口状态，一旦发现状态发生变化，就进行指纹图像的采集。实验证明，这种方式很好的解决了图像采集的问题，提升了系统的可靠性。除此之外，GPIO中其它的管脚可作为输出管脚来使用，用于控制声光报警电路。2.3 DSP与PC接口的设计为了充分利用VC5402的片上资源，降低成本。

6、系统中使用MAXIM公司的通用异步串行收发器MAX3111E实现DSP和PC的通信。MAX3111E应用SPI接口与主控制器进行通信，它具有四个RS-232电平转换器，这样无需再接入MAX232进行电平转换，从而应用一个芯片就实现了具有SPI接口的主控器与PC进行异步数据传输的功能。VC5402的时钟停止模式兼容SPI通信协议。当McBSP被设置成时钟停止模式时，可将发送帧同步信号（FSX）用作SPI协议中/SS，将发送时钟（CLKX）用作SPI协议中SCK；接收串行数据（DR）和发送串行数据（DX）分别作为协议中的MISO和MOSI。由于发送器与接收器在芯片内部实现了同步，所以接收时钟（CL

7、KR）和接收帧同步信号（FSR）不用于SPI模式中。当将VC5402配置为主器件，MAX3111E配置为从器件时，系统中McBSP各个寄存器参数的设置如表1所示：表1 DSP作为SPI协议主器件时，McBSP的配置信息需要设置的位所在寄存器功能描述系统所采用的值CLKSTPSPCR1禁止或使能SPI模式11bCLKXPPCR控制BCLKX信号的极性0bCLKXMPCR控制BCLKX信号的方向1bCLKSMSRGR2采样率时钟从CPU时钟中取得1bCLKGDVSRGR1设定采样率分频系数29FSXMPCR控制BFSX信号的方向1bFSGMSRGR2BFSX在每次数据传输时有效0bFSXPPCR控制BFSX信号极性1bXDATDLYXCR2给