指纹锁设计

指纹锁设计 指纹锁 摘要 随着经济与科技的快速发展，传统的身份识别方式已经不能够满足日益增加的安全需求。而近几年来指纹识别技术的快速发展，使指纹锁的广泛应用成为可能。 本是设计一种指纹锁，它能很好的完成指纹开锁，并具有指纹录入、指纹删除和应急机械开锁等功能。根据初始条件，选择好电磁铁、指纹开锁方式和机械开锁方式，以设计出相应的锁体壳、锁舌和机械开锁传动机构，进而确定电磁铁的安装位置，以完成机械系统的设计。根据MBF200固态指纹传感器的特点和8051单片机的特性设计出指纹采集模块、外部扩展存储器模块、开锁电路、键盘模块、LED显示模块和电源电路，从而完成电路系统的设计。根据任务书的要求和所设计的硬件电路来设计软件流程图，进而根据流程图来编辑程序。通过软件程序就可以使机械部分和电路部分联系在一起，进而实现对指纹锁的智能控制。本指纹锁利用AutoCAD2010设计出的机械部分的工程图，利用Protel 99 se设计出电路部分的电路图。诸多软件工具的使用为指纹锁的完整设计提供了帮助。本指纹锁设计所涉及的技术成熟，操作简单方便，实用性强，具有广泛的使用价值和应用前景。 关键词:指纹锁;8051;MBF200;机械开锁 论文写作指导、各类文案写作 QQ625880526 Abstract Fingerprint lock Abstract With the rapid development of economy and technology, the traditional identification methods has been unable to meet the increasing security needs.the rapid development of fingerprint recognition technology In recent years, make it possible for fingerprint lock wide range of applications. This paper is to design a fingerprint lock.It has the function of fingerprint lock, fingerprint Input,fingerprint deletion and emergency mechanical lock.According to the initial conditions, choose a proper electromagnet, fingerprint lock mode， mode and mechanical lock mode， to the design of the lock shell latch and mechanical lock mode drive mechanism, to determine the installation location of the electromagnet, in order to complete the design of mechanical systems. Based on the characteristics of MBF200 solid-state fingerprint sensor and the characteristics of 8051 to design the fingerprint acquisition module、 external expansion memory modules, lock mode circuit, keyboard module, LED display modules and power supply circuits, in order to complete the circuit design. According to the requirements of the mission statement and the design of hardware circuit to design software flow chart, and then according to the flowchart to edit programs. The software program can make the mechanical parts and circuit parts together, so as to realize the intelligent control of the fingerprint lock. This fingerprint lock use Auto CAD 2010 to design the mechanical part of the drawings, and use Protel 99 se to design part of the circuit schematic. The use of many software tools provide help for the complete design of fingerprint lock.The technology involved in the design of the fingerprint lock is mature. It has the characteristics of simple operation,practical,the extensive use of value and application prospect. Keyword: fingerprint lock;8051;MBF200;Mechanical lock II 目录 目录 错误～未找到引用源。摘要 ................................................................................. I Abstract ................................................................................................................. II 第一章 绪论 ......................................................................................................... 1 1.1 课研究目的及意义 ............................................................................... 1 1.2 国内外研究现状和发展趋势.................................................................... 1 1.3 指纹锁的指纹识别的基本原理 ................................................................ 2 1.4 指纹锁设计的意义和特点 ....................................................................... 2 第二章 锁的机械结构设计 .................................................................................. 4 2.1锁机械结构设计 ........................................................................................ 4 2.2 电磁铁的选择 ........................................................................................... 5 2.3 螺管式电磁铁的设计与校核.................................................................... 5 第三章 锁的硬件电路部分设计 .......................................................................... 9 3.1 系统功能组成 ........................................................................................... 9 3.2 指纹采集模块电路设计 ......................................................................... 10 3.3 单片机控制模块的设计 ......................................................................... 15 3.4 外部扩展存储器设计 ............................................................................. 18 3.5 开锁电路设计 ......................................................................................... 21 3.6 键盘及显示模块设计 ............................................................................. 21 第四章 软件程序的设计 .................................................................................... 25 4.1 程序设计语言的选择 ............................................................................. 25 4.2 程序及程序流程图设计 ......................................................................... 25 论文写作指导、各类文案写作 QQ625880526 目录 结论 ..................................................................................................................... 30 参考文献 ............................................................................................................. 31 致谢 ..................................................................................................................... 32 附录一:程序 附录二:中英文翻译 附录三:锁的机械结构装配图 附录四:锁的硬件电路图 IV 华东交通大学毕业设计(论文) 第一章 绪论 1.1 课题研究目的及意义 门锁，作为人类安全卫士，从以前的简单机械门锁发展到今天的种类和功能都趋于多样化的智能门锁。机械门锁是使用机械钥匙开门，而机械钥匙容易丢失和复制;电子密码锁的密码也会因为别人的偷盗而被非法打开。随着人们生活水平的不断提高，对安全性和私密性的要求也越来越高，传统的机械锁、密码锁等因其自身的局限已不能满足人们的要求。近年来，指纹识别技术发展迅速，它利用人类指纹的惟一性和不变性这一生理特征对个人身份进行认证，具有极高的安全性和易用性。而指纹锁，就是利用这一生物特征,,指纹识别来进行开锁的。 由于信息化技术和微电子技术的发展再加上指纹锁的强大优势，毫无疑问它将成为锁具的新主角。 1.2 国内外研究现状和发展趋势 指纹锁的关键在于指纹识别技术的发展，机械部分以相对成熟。下面介绍指纹识别的 技术现状和发展趋势: 自动指纹识别系统(AFIS— Automatic Fingerprint Identification System)技术的进步和指纹传感器技术的发展密切相关。过去指纹传感器都是基于光学技术的传感器，这种传感器结构复杂，价格昂贵，体积庞大。因此造成实际系统价格非常昂贵，这导致了过去指纹识别系统仅仅限于公安、银行等少数特殊部门内应用。随着集成技术的发展，高性能、高速率的数字处理器的价格和体积也开始大幅度下降，相关技术日趋成熟，这为嵌入式应用研究带来了极大的方便。90年代中期开始出现半导体的指纹传感器。最初的这类传感器采集的图像质量和光学传感器有较大的差距，但是随着半导体技术的进步，它采集的图像质量也越来越高，现在这两种传感器采集的图像质量差距已经很小了。半导体传感器具有价格低、体积小的优点，特别适合集成在普通的消费电子产品中，大有后来居上、取代光学传感器的趋势。现在这两类指纹传感器在市场上基本是平分天下。传统的光学传感器，国内的长春光机所等也有自己的产品，但是无论是价格还是性能都和国外差距很大，现在已经被逐步淘汰了。半导体传感器芯片技术被国外所垄断，现在完全依赖进口，国内主要是做代理、二次开发和系统集成等，因此指纹采集技术也相对落后。早期的研究都是在高性能计算机上完成的，针对脱机的指纹图像采集技术进行的研究相对较少。 90年代末到现在，由于半导体指纹传感器的出现，使得指纹识别的应用领域迅速扩大，在个人电脑上、个人数字助理、掌上电脑、手机、门禁等很多领域都开始使用AFIS技术，所以指纹采集的研究重点从光学传感器转移到了半导体传感器 。作为生物特征的指纹虽然稳定性很好，但是仍然存在脱皮、外伤等问题，这个时候往往对高质量的指纹采集技术产生极大的挑战，也是AFIS研究者需要努力克服的问题。国内对于AFIS主要侧重于研究角度，很长一段时间没有在实际应用中实践，所以这些技术和实际的市场需求间还有不少差距。而实际从事指纹应用的公司没有自己的技术，绝大多数都是使用国外的指纹识别算法。综上所述，对于应用前景更为广泛的嵌入式自动指纹识别系统(AFIS)来说，指纹的原始图像数据采集显得尤为重要。 随着计算机技术，特别是图象处理技术和模式识别技术的飞速发以及大规模集成电路 论文写作指导、各类文案写作 QQ625880526 李红伟:指纹锁 的出现展及其性能的提高，使得用高速并高效的自动指纹识别系统来替代人工识别成为可能。自二十世纪六十年代开始，为了解决人工鉴别指纹工作量大而且效率低的难题，美国FBI、英国家庭办公室以及法国巴黎警察局开始研发自动指纹识别系统(AFIS)，并取得了非常好的效果。目前，指纹识别已被全球大部分国家接受与认可，并广泛地应用到政府、军队、银行、社会福利保障、电子商务和安全防卫等领域。在国外由于其开发指纹识别系统比较早，而且主要是利用计算机进行指纹识别，所以技术也比较成熟。许多大公司均成立了专门机构从事该项技术的研究、开发及应用。其中最具有代表性的是AFIS (Automatic Fingerprint Identification System)系统，该系统是利用计算机技术实现的，其具有灵活的系统结构，可以构建大型的数据库，但是该系统价格昂贵，而且由于需要连接计算机，限制了系统在很多其他方面的应用。当然，目前国外也有一些相对较小的指纹识别系统，比如数码人(Digitalor)公司的U- are-U系统。但他们的产品都存在价格昂贵、应用灵活性差、多使用光学传感器体积较大等问题。 自1998年以来，国内指纹识别技术也得到了长足发展。目前，国内的生物识别技术市场正处于诸侯割据的萌芽阶段。国内上百家从事指纹识别技术应用的企业除了北大高科、中科院自动化所和西安青松等几家科研机构拥有自主产权外，其他的多以代理国外产品为主，拥有自主知识产权核心技术不多。在性能上无论从精度还是从效率上来看，均不如国际领先水平的同类产品。所使用的方法复杂，使用环境要求高，而且硬件平台的实时性差，接口能力也比较弱。纵观国内外现有的指纹采集识别技术和设备，或多或少地存在以下几个问题: (1)成熟的采集识别算法均依赖于计算机平台，成本高，灵活性差。 (2)嵌入式应用不成熟，多受环境限制。 (3)指纹采集器件落后，体积较大等。 现在，随着高集成的指纹传感器的引入及其飞速发展，指纹数据的优质采集将达到一个更高的水平，研究指纹采集的通用方法及相应软件是一件十分有意义的工作。利用新型传感器采集高质量的指纹图像，指纹识别技术的逐渐成熟，可靠的比对算法的发现都将为指纹识别技术提供更广阔的舞台。国内嵌入式指纹识别技术之所以得不到快速的发展，原因就在指纹采集技术的落后。获取高质量的指纹数据是降低指纹识别算法复杂性一个最主要途径。因此，在我国研究和开发拥有自主产权的指纹采集终端是紧迫的也是必须的。 1.3 指纹锁的指纹识别的基本原理 首先，通过指纹采集仪器采集到人体指纹的图像，并对原始图像进行初步的处理，这样使指纹图像中蕴涵的特征信息更明显。然后，运用指纹特征提取算法建立指纹的数字表示特征数据。这种转换是单向进行的，只能从指纹图像转换成特征数据但不能从特征数据转换成为指纹图像，而且两枚不同的指纹绝对不会产生相同的特征数据。指纹纹路的分叉、终止或转弯处的坐标位置，也就是通常被专家称为“细节点”(minutiae)的数据点，同时拥有7种以上的唯一特征。有的算法把节点和方向信息组合产生了更多的数据，这些方向信息能够表明各个节点之间的关系，有的算法还可以处理整幅指纹图像。最后，我们通过计算机模糊比较的方法，把两个指纹的模板进行比较，计算出它们之间的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果。 1.4 指纹锁设计的意义和特点 2 华东交通大学毕业设计(论文) 单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(I/0)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。在单片机没有出现之前我们只能使用复杂的模拟电路来进行线路的连接，这样不仅体积巨大，成本较高给我的生产生活带来的极大的不便。而单片机给我们的各领域都带来的巨大的变化，现在从飞机大炮到电子产品都离不开单片机，这是因为单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是一些特殊的功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。同样本次设计同样要采用单片机进行设计。 本设计采用8051单片机为主控芯片，结合外围器件，组成电子控制系统，用户想要打开锁，必先通过指纹识别模块中的MBF200固态指纹传感器对指纹进行采集，然后8051将采集到的指纹跟已存储的指纹进行比对，若指纹比对正确则开锁，否则不予开启。由于门锁的开启是由指纹信息来确定，而个人的指纹信息是独一无二的，一般难以被盗与仿制，因此我相信我们所设计的指纹防盗锁的安全性是有保证的。为防止因指纹锁内的电池没电或其他故障而无法进行指纹开锁，还设计了应急开锁孔--即传统的机械开锁功能。我所设计的指纹锁拥有两种开锁方式，因而对于我们生活工作中的正常使用有更大的适用性。 论文写作指导、各类文案写作 QQ625880526 李红伟:指纹锁 第二章 锁的机械结构设计 2.1锁机械结构设计 2.1.1 锁的基本工作原理 锁的结构图如下图所示，在本设计中该锁由锁体壳、锁舌体、滑块、电磁铁、曲柄滑块机构、弹簧、圆柱销等构成。首先，将滑块套在锁舌体上再用将曲柄滑块机构沿锁舌体导杆运动的那一端套在锁舌体上。然后，将圆柱销安装在锁舌体上的销孔内，以使滑块或者曲柄滑块机构能够驱动锁舌体移动。接着将弹簧套在锁舌体的推杆上。做完上述工作之后即可将锁舌体安装在锁体壳内，锁体壳的两个侧面留有与之相匹配的孔。之后再将电磁铁装入对应位置即可完成锁的装配。螺旋压缩弹簧的作用是通过与锁体壳的相对运动产生的弹力来使锁舌来回伸缩，以实现对门的开启和关闭。 指纹开锁功能的实现:当输入者输入的指纹与存储在数据存储器中的指纹相匹配时，控制电磁铁的电路闭合使电磁铁得电，电磁铁产生吸力将限制滑块运动的行程挡铁吸上去，然后用手推动滑块，滑块运动到圆柱销处时，再接着向前移动即可带动导杆锁舌体一起运动压缩弹簧使锁舌缩进锁体，锁也就打开了。当松开滑块后，锁舌体在弹簧弹力的作用下返回。 机械开锁功能的实现:就像传统的机械锁一样，当插入的钥匙正确时，锁芯内的弹子就不会再阻止锁芯的转动。将正确的钥匙插入锁芯，然后旋转钥匙使曲柄滑块机构的一端转动，则另一端即可向压缩弹簧的方向移动，带动锁舌体向压缩弹簧的方向移动，锁就可以被打开了。 因为铜比较耐磨且容易加工，故在设计中锁芯材质采用铜。 2.1.2 指纹锁各个零件的设计 根据指纹锁要实现的功能来设计锁的机械结构。首先设计锁舌体，锁舌体由锁舌和导杆构成，为一个整体零件。锁舌上下两侧均为半圆形凹槽，以便具有更好的导向功能，其次还能节省材料。导杆采用圆柱体但上端削平的形状，这样做的原因是可防止安装在其上的滑块转动，并且可以更方便加工限制曲柄滑块机构中的滑块运动的圆柱销孔。在设计好锁舌体后，接着设计滑块。滑块的一侧做成一细长推杆用以在指纹匹配成功后带动滑块移动以实现开锁动作。滑块开有一内孔，其形状和锁舌体导杆一样以实现和导杆的匹配。滑块的左端采取比右端高5mm的设计方式，以实现用电磁铁来限制滑块向右端移动。机械开锁部分设计，在曲柄滑块机构中的滑块设计成U形中空形式以便装入导杆上。再者也是为了让圆柱销卡在中间，一起到固定作用。曲柄滑块机构的一端固定在锁舌体的导杆上，另一端与锁体壳相连接，但可以旋转。接着设计锁体壳，根据所用弹簧的长度和锁舌的行程来确定锁体壳的长度尺寸，根据电磁铁的外形尺寸和行程挡铁的长度以来确定锁体壳的高度。在锁体壳的适当位置设计电磁铁的安装螺钉孔和电磁铁的支撑板。拉手设计，当锁舌体、滑块、曲柄滑块机构的滑块、圆柱销和弹簧装入锁体壳内后在伸出的导杆部分用一拉手通过一螺钉将二者连接起来。电磁铁与锁体壳之间也用螺钉连接。所有装在锁体壳内的零件安装完后用螺钉将锁体壳和锁体盖连接在一起。 锁的结构装配图如下图2-1所示: 4 华东交通大学毕业设计(论文) 图2-1 锁的结构装配图 2.2 电磁铁的选择 电磁铁分为吸盘式、拍合式、螺管式、转动式、E型等。不同型式的电磁铁有不同的吸力特性，盘式吸力大，适用于起重电磁铁、电磁吸盘和电磁离合器;拍合式特性比较陡，广泛用于接触器和继电器;螺管式，吸力特性比较平坦，用于长行程牵引和和制动电磁铁;机床电器如接触器、中间继电器电器基本上都是E型。因制动滑块质量不大故在此选用螺管式电磁铁。 2.3 螺管式电磁铁的设计与校核 1(原始数据 电磁铁为直流电磁铁， 工作制式为短期， 根据产品技术条件已知电磁铁的工作参数如下 : 额定工作电压 额定工作电压时的工作电流 2( 测试数据 测试参数 吸力， 螺线管式电磁铁草图如下图2-2所示: 论文写作指导、各类文案写作 QQ625880526 李红伟:指纹锁 图2-2 电磁铁草图 3(确定衔铁(即锁的行程挡铁)直径 电磁铁衔铁的工作行程比较小 因此电磁吸力计算时 只需考虑表面力的作用 已知 时的吸合力 则 电磁铁的结构因数 (2-1) 单位为cm 电磁铁的结构形式应为平面柱挡板中心管式 根据结构因数查参考资料，可得磁感应强度高斯 当线圈长度比衔铁行程大的多时,可以不考虑螺管力的作用,认为全部吸力都由表面力产生由吸力公式 (2-2) 式中 磁感应强度(高斯)，活动铁心直径(毫米) 可以求得衔铁直径为 : 0.37cm=3.7mm ，取 4( 确定外壳内径 在螺管式电磁铁产品中 它的内径 与铁心直径 之比值 n 约为,选取 n=3 ， (2-3) 式中 外壳内径，单位为毫米 。 5.确定线圈厚度 (2-4) 6 华东交通大学毕业设计(论文) 式中 -----线圈厚度 毫米 ------线圈骨架及绝缘厚度 毫米 今取 ，今取 6， 确定线圈长度 线圈的高度与厚度比值为,则线圈高度 (2-5) ------线圈长度 毫米 值根据参考资料选取经验数据为 则线圈高度 ，取 7.确定导线直径 导线直径 (2-6) 式中 平均直径 IW----- 线圈磁势 (安匝) 式中 ------消耗在气隙中的磁势 和 消耗在铁心中和非工作气隙中磁势的安匝数 约为总磁势的 ， 即 : 式中 由此可得线圈的磁势为 (安匝) (2-7) 式中 单位为高斯，单位为厘米 空气导磁系数 亨/厘米 电磁铁在实际应用时 电压可能降低至 为了保证在电压降低后 电磁铁仍然能够可靠地工作 上式计算所得安匝数应该是指电压降低至时的磁势 用表示 : 安匝 显然，电源电压为额定值时的磁势为 安匝 电磁铁容许最高工作温度 ，由参考资料选取 论文写作指导、各类文案写作 QQ625880526 李红伟:指纹锁 电阻系数 查线规表，线规表如下表2-1所示: 表2-1 漆包线线规表 其最邻近的直径为 d=0.173毫米 带绝缘后的直径 d =0.188 毫米 8. 确定线圈匝数 W (2-8) 式中 j ---容许电流密度 ) ， (2-9) 9. 确定电阻 线圈平均匝长 (2-10) (2-11) (2-12) 式中 ---线圈外直径 ---线圈内直径 8 华东交通大学毕业设计(论文) 线圈电阻 (2-13) 经过以上设计与校核知所设计的电磁铁所产生的吸力能满足工作要求，设计合理。 第三章 锁的硬件电路部分设计 电路的设计是整个设计的实质部分。将每一部分按照总体框图的要求设计好，才能保证整体电路的质量。为我们下面的程序设计，打下坚实的基础。单元电路的设计步骤分为以下三步: 第一步，根据总体对单元电路的要求，明确单元电路的功能、性能指标。注意各单元电路之间的输入输出信号的逻辑关系和时序关系，尽量避免使用电平转换电路。 第二步，选择设计单元电路的结构形式。通常选择学过的熟悉的电路，或者通过查阅资料选择更合适的、更先进的电路，在此基础上高度改进，使电路的结构形式最佳。在选择电路时充分考虑经下几个问题: (1)电路的功能满足要求; (2)电路的结构简单、成本低; (3)电路的性能稳定、通用性强; 第三步，画出单元电路电路图。 3.1 系统功能组成 系统组成原理框图如下图3-1所示: MBF200指纹采集 键盘及显示 8051 识别模块 电路模块 单片机 控制 开锁电路 Flash Memory 模块 论文写作指导、各类文案写作 QQ625880526 模块 存储模块 李红伟:指纹锁 图3-1 系统总设计结构图 该系统的控制核心是8051单片机，主要选取原则是8051单片机结构简单、功耗的、价格便宜并且能满足使用要求。他的工作原理是通过串口向指纹模块发送命令或接收相应的操作信息。当用户输入的指纹比对成功后，8051将接收到指纹模块发来的身份确认消息，然后执行开锁动作，即可将锁打开。 本系统设计分为单片机控制模块、指纹采集模块、单片机控制模块、Flash Memory存储模块、键盘和执行开锁模块等五部分。其中单片机控制部分是其核心组成部分。 3.2 指纹采集模块电路设计 指纹采集采用富士通公司推出的一款先进的固态指纹传感器芯片MBF200。 3.2.1 MBF200芯片介绍 (1)主要特点 MBF200具有高性能、低功耗和低成本等特点，属于电容性传感器。其电容性传感器阵列由二维金属电极组成，所有金属电极充当一个电容板，接触的手指充当第二个电容板，器件表面的钝化层作为两板的绝缘层。当手指触摸传感器表面时，指纹的高低不平就会在传感器阵列上产生变化的电容，从而引起二维阵列上电压的变化，并形成指纹传感图像。 ?是采用标准COMS技术的电容性固态器件; ?具有500dpi的分辨率; ?传感器面积为1.28cm×1.50cm; ?传感器阵列为256×300点; ?具有自动指纹检测能力; ?内含8位模数转换器; ?可提供三种总线接口形式; ?带有8位微处理器总线接口; ?带有全速USB接口和SPI接口; ?可提供3.3V,5V的工作电压; ?5V工作电压下的功耗小于70MW。 MBF200的内部结构如下图3-2所示: 10 华东交通大学毕业设计(论文) 图3-2 MBF200内部结构图 其中256×300点传感阵列用于产生感应电压;功能寄存器用于对芯片进行操作控制;控制电路用于传感器与外部接口电路的控制，主要负责数据的读出与写入;地址索引寄存器与数据寄存器分别用于对功能寄存器的地址选择及数据的读写;采样保持及AD转换电路用于对传感阵列所产生的电压进行采样。另外，多频振荡电路用于为芯片提供时钟信号。 (2).器件功能 ?功能寄存器 MBF200是可编程的传感器芯片，它所具有的强大功能是通过内部寄存器设置完成的。下表所列是这些功能寄存器的地址和功能。在对这些寄存器进行操作时，先向地址寄存器内写入所要访问寄存器的地址，然后读写数据寄存器即可。 MBF200功能寄存器表如下表3-1所示: 表3-1 MBF200功能寄存器表 地址 标识 功能 0X00 RAH 行地址高位 0X01 RAL 行地址低位 0X02 CAL 列地址低位 0X03 REH 行末地址高位 0X04 REL 行末地址低位 论文写作指导、各类文案写作 QQ625880526 李红伟:指纹锁 0X05 CEL 列末地址低位 0X06 DTR 放电时间寄存器 0X07 DCR 放电电流寄存器 0X08 CTRLA 控制寄存器A 0X09 LTRLB 控制寄存器B 0X0A CTRLC 控制寄存器C 0X0B SRA 状态寄存器 0X0C PGC 可编程增益寄存器 0X0D ICR 中断控制寄存器 0X0E ISR 中断状态寄存器 0X0F THR 门限寄存器 0X10 CIDH 芯片标识高 0X11 CIDL 芯片标识低 0X12 TET 测试模拟寄存器 由于列地址最大为256，所以，MBF200只有一个列开始寄存器CAL和一个列结束寄存器CEL。另外，THR用于在自动检测指纹时设置门限电压。PGC用于在A/D转换时设置放大器的增益。 ?MBF200的工作过程 MBF200的传感器阵列由256列300行的传感器单元组成。每一列有两个采样保持电路，每次捕获一行指纹图像数据。行捕获分为两个阶段，第一阶段，将电容板的被选行充电到3.3V或5V，在充电的同时，一个内部信号使能一个采样保持电路以采样被选行的电容单元电压;第二阶段是传感器板放电阶段，放电快慢由放电电流寄存器决定。放电阶段结束后，可由一个内部信号使能另一个采样保持电路去采样电容单元的最后电压，充电电压与放电电压之差就是所要测量的有用传感信号电压。行捕获结束之后，接着对该信号进行数字化，从而完成一次采样。实际上，该芯片的灵敏度是由放电电流和放电时间寄存器来调节的。 ?MBF200的接口模式 MBF200支持三种接口形式和四种操作模式，这四种操作模式相互独立，不能同时工作。其功能如下表3-2所示: 表3-2 MBF200的操作模式 MODE[1,0] 描述 12 华东交通大学毕业设计(论文) 00 微处理器接口模式 01 SPI接口模式 10 USB模式，用内部ROM 11 USB模式，用外部ROM 在微处理器接口模式中，可将MFB200与51系列8位单片机相连，且其接口形式非常简单。需要的是，在该芯片中，地址选择与数据写入是分两步完成的，先通过A0置0来写地址索引寄存器，然后再对A0置1来读写对应地址的数据寄存器。其操作真值表如下表所列。SPI是工业标准的同步串行接口，它允许8位数据同时、同步地被发送和接收，而且只用到如下信号:SCLK、SCS、MOSI、MISO、EXINT。可将系统配置为SPI主操作(Master)与从操作(Slave)，其接口形式与一般的串行外围接口方式一致，故此不再赘述。 MBF200的微处理接口读写真值表如下表3-3所示: 表3-3微处理器接口读写真值表 CSO CSI A0 RD WR 方式 数据线 H X X X X 无效 高阻 X L X X X 无效 高阻 L H X H H 任意 高阻 L H L L H 读地址寄存器 输出 L H L H L 写地址寄存器 输入 L H H L H 读数据寄存器 输出 L H H H L 写数据寄存器 输入 3.2.2 MBF200的应用 已知MBF200支持三种接口形式和四种操作模式，且这四种操作模式相互独立，不能同时工作。由于采用8051单片机作为主控芯片，故选用8位微处理总线模式比较简单。MBF200固态指纹传感器的D0-D7位直接与8051单片机的P00-P07相连。 MBF200的硬件电路连接说明如下: VDDA1，VDDA2(引脚1和7)为传感器模拟部分提供电源，接一个上拉电阻后再与电源相连。 VSSA1，VSSA2(引脚2和6)为传感器模拟部分的接地端，将这两个引脚接数字地。 论文写作指导、各类文案写作 QQ625880526 李红伟:指纹锁 VDD1、VDD2、VDD3(引脚25，16和39)是数字逻辑器和I / O驱动器的电源输入端，将这三个引脚直接与电源相连。 VSS1、VSS2、VSS3(引脚24，15和40)是数字逻辑器和I / O驱动器的接地端，将这三个引脚接地。 ISET(引脚3)在ISET和模拟接地端VSSA1之间连接一个200KΩ的电阻以设置内部参考电流。放电电流是内部参考电流的一个标量函数。 AIN(引脚4)用一个电阻将此引脚引出接地。 FSET(引脚5)在FSET和接地端之间连接一个电阻以设置内部的多谐振荡器和自动手指检测频率。为了标准的12 MHz(?20,)的多谐振荡器的操作和120KHz(?20,)的自动手指检测采样率，应使用56kΩ的电阻。在此采用标准的12 MHz(?20,)的多谐振荡器，故使用56KΩ的电阻。 振荡器的选择: XTAL1(27脚)内部振荡器的输入端，为了使用内部振荡器，应将晶体电路连接到该引脚。如果使用外部振荡器，应将其输出端连接到这个引脚。 XTAL2(引脚26)内部振荡器的输出端。为了使用内部振荡器，应将晶体电路连接到该引脚。如果使用外部振荡器，应将此引脚悬空。 在此设计中，选用内部振荡器，故将晶体电路连接到这两个引脚上。 D [7:0](引脚11-14，17-20)为双向数据总线，因采用微处理接口模式，故将这七个引脚与8051的P0口相连。 A0(引脚21)地址输入端。当A0处于低电平时，选择地址索引寄存器;当A0处于高电平时，选择数据缓冲区。将此引脚与8051的P17相连。 RD(脚22)读使能端，低电平有效，WR(引脚23)写使能端，低电平有效。将这两引脚分别与8051的/RD和/WR相连。 CS0/ SCS(引脚32)片选信号，低电平有效。将此引脚与8051的P16相连。 MODE[1:0]为模式选择引脚，因采用微处理器总线接口模式，故将这两个引脚接地。 其他引脚连接如下面的电路图3-3所示: 14 华东交通大学毕业设计(论文) 图3-3 MBF与8051的连接图 3.3 单片机控制模块的设计 3.3.1 主控芯片的选择 主控芯片采用8051单片机，因为8051单片机价格便宜、结构简单、性能稳定且能满足功能要求。 3.3.2 8051单片机芯片介绍 8051是美国Intel公司生产的低电压，高性能的CMOS 8位单片机，它采用了CHMOS工艺，其特点是功耗低。片内含4KB的只读程序存储器(ROM)和128B的数据存储器(RAM)，器件采用标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)。 8051主要特点: ?一个8位中央处理机CPU。 ?128个字节的片内数据存储器RAM，可扩展为64KB。 ?4KB的片内程序只读存储器ROM或EPROM，可扩展为64KB。 ?18个特殊功能寄存器SFR。 ?4个8位并行输入输出I/O接口。 ?一个串行I/O接口。 论文写作指导、各类文案写作 QQ625880526 李红伟:指纹锁 ?两个16位定时/计数器。 ?5个中断源，2个中断优先级的中断机构。 ?一个片内时钟振荡器和时钟电路。 引脚功能如下: V(40脚):接+5V电源正端。 CC Vss(20脚):接+5V电源地端。 XTAL1(19脚):接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部时钟时对于HMOS单片机，该引脚接地;对于CHMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。 XTAL2(18脚):接外部石英晶体的另一端。在单片机的内部，它是片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端:对于CHMOS单片机，该引脚悬空不接。 P0口(39~32脚):P0.0~P0.7统称为P0口。在不接片外存储器或扩展I/O接口时，可作 位地址总为准双向输入输出口。在接有片外存储器或扩展I/O接口时，P0口分时复用为底8线和双向数据总线。 P1口(1~8脚):P1.0~P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用。对于52子系列，P1.0与P1.1还有第二功能，P1.0可作为定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2，P1.1可用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。 P2口(21~28脚):P2.0~P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O接口使用。在外接有外存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256KB时，P2口用作高8位地址总线。 P3口(10~17脚):P3.0~P3.7统称为P3口。除作为准双向I/O接口使用外，P3口还可以将每一位用于第二功能，且P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入/输出或第二功能的输入/输出。P3口第二功能如下: P3.0 RXD 串行输入口 P3.1 TXD 串行输出口 P3.2 INT0 外部中断0(低电平有效) P3.3 INT1 外部中断1(低电平有效) P3.4 T0 定时计数器0 P3.5 T1 定时计数器1 P3.6 WR 外部数据存储器写选通(低电平有效) P3.7 RD 外部数据存储器读选通(低电平有效) RST:复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG:当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输 16 华东交通大学毕业设计(论文) 出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 PSEN:程序储存允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号，当8051由外部程序存储器取指令(或数据)时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，高有两次有效的PSEN信号。 EA/VPP:外部访问允许。欲使CPU访问外部程序存储器(地址0000H,FFFFH)，EA端必须保持低电平(接地)。需注意的是:如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平(接VCC端)，CPU则执行内部程序存储器中的指令。对于片内含有EPROM的单片机，在EPROM编程期间，该引脚用于接21V的编程电源Vpp。 8051单片机引脚图如图3-4所示: 图3-4 8051单片机引脚图 3.3.3 8051的晶振电路和复位电路设计 (1)振荡器设计 本设计采用内部振荡器方式，片内的高增益反相放大器通过XTAL1、XTAL2外接作为反馈元件的片外晶体振荡器与电容组成的并联谐振回路构成一个自激振荡器，向内部时钟电路提供时钟。振荡器的频率主要取决于晶体的振荡频率，一般晶体可在1.2-12MHZ之间任选，电容C1、C2可在5-30pF之间选择。 论文写作指导、各类文案写作 QQ625880526 李红伟:指纹锁 (2)复位电路设计 通过某种方式，是单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。MCS-51单片机在时钟电路工作以后，在RST端持续给出2个机器周期的高电平就可以完成复位操作。复位分为上电复位和外部复位两种方式。本设计采用外部复位方式。 下图为即可进行上电自动复位，也可外部手动复位的电路连接图，R1可取200Ω左右。当需要外部复位时，按下复位按钮即可达到复位目的。 内部振荡器和复位电路连接图如下: 图3-5 内部振荡器和复位电路连接图 3.4 外部扩展存储器设计 3.4.1 数据存储器的选择 因为指纹锁要采集各个家庭成员的指纹，考虑到家庭成员不一定是固定不变的，故要能进行删除和重新输入，并能够做到让存储的数据在掉电后不丢失。故应选择非易失性数据存储器。故在本设计中选择Flash memory芯片。又因为MBF200固态指纹传感器采集的指纹大小为75KB,为了保证能存储各个家庭成员的指纹选择应内存较大的Flash芯片。在本设计中选取AT49BV008A(T) 芯片作为外接数据存储器，其内存大小为1M。 (1)AT49BV008A(T) 芯片介绍 特点: 18 华东交通大学毕业设计(论文) •2.7V至3.6V读/写操作 •快速读取访问时间120纳秒 •内部擦除/编程控制 •芯片构成: ——一个16K的编程锁定引导块 ——两个8K的参数块 ——一个992K的主内存阵列块 •快速扇区擦除时间10秒 •一个字节一个字节或字的编程30毫秒(一般) •硬件数据保护 •低功耗 ——25 mA的工作电流 ——CMOS待机电流50毫安 说明: AT49BV008A(T)是美国Atmel(爱特梅尔)公司生产的闪存芯片。其容量为1M*8位或512KB* 16位。采用Atmel先进的非易失性CMOS工艺制造，器件在2.7V读操作时功耗只有67mW，访问时间为120ns。当取消时，CMOS的待机电流小于50mA。该器件包含一个用户启用的“引导块”保护功能。两种类型是可供选择的:AT49BV008A/8192A限定引导块在最低地址的情况下; AT49BV008AT/8192AT限定在最高地址的情况下。允许在系统内进行简单的可编程，AT49BV008A(T)/8192A(T)不需要高输入电压来进行编程。读取设备的数据类似于从EPROM中读取;它有标准的的CE，OE和WE输入的以避免争用总线。重新编辑AT49BV008A(T)/8192A(T)从第一个被擦除的数据块开始，然后在一个字节一个字节或一个字一个字的基础上编程。 表3-4 AT49BV008A(T)引脚功能表 引脚名称 功能 /CE 片选信号 /OE 输出允许信号 /WE 写允许信号 /RESET 复位端 RDY//BUSY 就绪/忙输出 VPP 为快速编程/擦除操作提供可选电源 I/O0—I/O14 数据输入/输出线 论文写作指导、各类文案写作 QQ625880526 李红伟:指纹锁 I/O15(A-1) I/O15(数据输入/输出线，子模式) A-1(LSB地址输入，字节模式) /BYTE 选择字节或字模式 NC 未连接 A0—A18 地址线 如果/Byte引脚被设置为逻辑“0”，该器件是在字节模式，只有数据I / O口的引脚I/O0 - I/O7是有效的并通过片选信号CE和输出允许端OE控制。数据I / O的引脚I/O8 - I/O14为高阻态I/O15引脚作为输入LSB(1)地址功能使用。 AT49BV008A(T)的管脚图如下图所示: 图3-6 AT49BV008A(T)的管脚图 3.4.2 AT49BV008A(T)芯片与8051的连接 因为8051单片机可扩展的最大的外设数据存储器的内存为64KB，为了与内存为1M的AT49BV008A(T)闪存芯片相连，必须占用8051单片机其他I/O的引脚作为高四位地址线才可实现。在本设计中将8051的P1口的引脚P10-P13作为高四位地址线。AT49BV008A(T)的8根数据线与8051的P0口的8根I/O口线相连。8051的P0口经过74LS373锁存器锁存后的8个输出引脚与AT49BV008A(T)的低8位地址线相连，P20-P27和P10-P13与其高12位地址线相连。其引脚/OE、/WE分别与8051的引脚/RD、/WR相连。电路连接图见附录中的电路图。 20 华东交通大学毕业设计(论文) 3.5 开锁电路设计 当用户输入的指纹与预先存储的指纹比对成功后就给一个高电平的开锁信号，再通过电流使继电器内线圈产生磁场，将控制开锁电路的开关闭合，便能使电磁铁通电以实现开锁功能。 本设计通过P3.0接一个三极管驱动继电器控制电磁铁电路的开闭，以实现开锁功能。开锁模块电路如下图所示: 图3-7 开锁模块电路 3.6 键盘及显示模块设计 3.6.1 键盘部分设计 因为要对指纹进行删除和存储操作，在本设计中采用键盘输入来进行这些操作。键盘是计算机不可或缺的输入设备，是实现人机对话的纽带。 按键盘功能分类分为编码键盘和非编码键盘两类。 编码键盘:键盘本身带有硬件电路，能够由硬件逻辑自动检测被按下的键，然后自动产生与被按键对应的键编码(ASCII码、BCD码等)，并以并行或串行通信方式送往主机。它使用方便、接口电路简单，但自身电路复杂、成本较高。 非编码键盘:这种键盘由简单的键开关行列矩阵组成，只能提供键开关的行列位置(位置码或扫描码)，按键的识别、键值的确定和输入到主机等工作全靠软件完成。这类键盘的硬件电路简单、成本低，被广泛地应用于计算机中。 故在本设计中采用非编码键盘。按键盘空间维数分类分为两类: 独立键盘:就是各按键相互独立，每个按键各接一根输入线，每根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。因此通过检测输入线的电平状态可以很容易的判断哪个按键按下。每一个键连接到I/O端口的一位，无键闭合时各位均处于高电平。当有 论文写作指导、各类文案写作 QQ625880526 李红伟:指纹锁 一个键按下时，就使对应位接地而成为低电平，其他位则仍为高电位。这样，CPU只要通过读I/O端口，检测端口中哪一位为低电平，便可识别出所按下的键。这种键盘结构简单，但当键盘上的键较多时，需使用的I/O端口太多，因此只能用于仅有几个键的小键盘中。 图3-8 独立键盘示意图 矩阵键盘:是指将所有按键按行和列排列成矩阵形式，对于m×n个键的键盘，如果采用独立键盘形式，则需要m×n位I/O端口，而采用矩阵键盘形式只需要m+n位。在下图中，如果K7号键按下，则第0行线和第7列线接通而形成通路，如果第0行线为低电平，则由于键K7的闭合，会使第7列线也输出低电平。矩阵式键盘工作时，就是按照行线和列线交叉点上的电平值来识别按键的。 图3-9 矩阵键盘示意图 因为本设计所用到的按键数不多，考虑到成本因素在本设计中选用非编码式独立键盘。更加重要的是独立式非编码键盘接线较为简单，对于程序的设计又有简化的作用。 因8051的各个I/O接口都被占用，故需扩展接口芯片，在本设计中扩展一个8155。其与8051的连接电路如下图所示: 22 华东交通大学毕业设计(论文) 图3-10 键盘及显示部分电路图 键盘共有五个按键，分别为存储、删除、选择键上、选择键下和确定。 3.6.2 显示部分设计 在单片机系统中，常用LED数码管显示器来显示各种数字或符号。由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长等特点，因此使用非常广泛。七段码显示器由8个发光二极管组成。其中7个长条形的发光管排列成“日”字形，另一个圆点形的发光管在数码管显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。LED数码管显示器有两种不一样的形式:一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED数码管显示器;另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED数码管显示器。如下图所示。` 论文写作指导、各类文案写作 QQ625880526 李红伟:指纹锁 图3-11 七段码显示器原理及外形引脚图 七段字型码如表3-5所示，由于只有8个段，多以字型码为一个字节 表3-5 七段字型码表 字型 共阳极段码 共阴极段码 字型 共阳极段码 共阴极段码 0 C0H 3FH 9 90H 6FH 1 F9H 06H A 88H 77H 2 A4H 5BH b 83H 7CH 3 B0H 4FH C C6H 39H 4 99H 66H d A1H 5EH 5 92H 6DH E 86H 79H 6 82H 7DH F 84H 71H 7 F8H 07H 空白 FFH 00H 8 80H 7FH P 8CH 73H 考虑到本此设计的成品是指纹防盗锁，而LED显示屏仅仅起到提示的作用，并不直接参与解锁的行动，所以在设计中对LED显示屏并不做过多的设计和要求。只是采用单片的8段LED显示屏，只用单位的数字提示操作已能满足操作的要求。这样一来减少显示屏的数量，降低了成本，同样也减少了线路的连接，降低了线路的复杂程度，为加工制造和程序的编写提供了极大的便利。 24 华东交通大学毕业设计(论文) 第四章 软件程序的设计 4.1 程序设计语言的选择 程序设计语言有三种:机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言是机器唯一能“懂”的语言，用汇编语言或高级语言编写的程序(称为源程序)最终都必须翻译成机器语言的程序(成为目标程序)，计算机才能“看懂”，然后逐一执行。高级语言是面向问题和计算过程的语言，它可通过于各种不同的计算机，用户编程时不必仔细了解所用的计算机的具体性能与指令系统，而且语句的功能强，常常一个语句已相当于很多条计算机指令，于是用高级语言编制程序的速度比较快，也便于学习和交流，但是本系统却选用了汇编语言。汇编语言有如下特点:助记符指令和机器指令一一对应，所以用汇编语言编写的程序效率高，占用存储空间小，运行速度快，因此汇编语言能编写出最优化的程序;使用汇编语言编程比使用高级语言困难。因为汇编语言是面向计算机的，汇编语言的程序设计人员必须对计算机硬件有相当深入的了解;汇编语言能直接访问存储器及接口电路，也能处理中断。因此汇编语言程序能直接管理和控制硬件设备;汇编语言缺乏通用性，程序不易移植，各种计算机都有自己的汇编语言，不同计算机的汇编语言之间不能通用。 我们选择汇编语言的原因在于，本系统是编制程序工作量不大、规模较小的单片机微控制系统，使用汇编语言可以不用像高级语言那样占用较多的存储空间，适合于存储容量较小的系统。 要想使计算机完成某一具体的工作任务，必须按顺序执行一条条的指令。这种按工作的要求编排指令序列的过程称为程序设计。 使用汇编语言作为程序设计语言，其程序设计步骤大致可分为以下几步: (1) 分析问题，熟悉和明确问题的要求，明确已知条件及对运算与控制的要求，准确地规定程序将要完成的任务，建立数学模型。 (2) 确定算法，根据实际问题的要求及指令系统的特点，选择解决问题的方法。算法是进行程序设计的依据，它决定了程序的正确性和程序质量。 (3) 设计程序流程图，所谓程序流程图就是用各种规定的图形，流向线及必要的文字符号来表达解题步骤，算法及程序结构。它直观，清晰地体现了程序设计思路，是程序设计的一种常用工具。画流程图的过程就是进行程序逻辑设计的过程。正确的画法是先粗后细，一步一个脚印，只考虑逻辑结构和算法，不考虑或较少的考虑具体指令。这样，画流程图时就可以集中精力考虑程序的结构和算法，从根本上保证程序的合理性和可靠性。然后，剩下的任务就是进行指令代换，这时只要消除语法错误，一般就能顺利编出源程序，并很少进行返工。 (4) 分配内存单元，分配内存工作单元，确定程序和数据区的起始地址。因为在本文的前几章中我们已经完成的设备的选择与电路的连接，因此在下面的工作我们将直接进行设计程序流程图的步骤。 4.2 程序及程序流程图设计 在本电路设计中，单片机是作为控制器嵌入到系统中。应用程序的开发主要分为两大部分，即对MBF200指纹识别模块的应用程序开发和对七段码显示、按键程序的开发。程序开发就是要建立主程序和一系列的汇编语言子程序，子程序供主程序随时调用。对MBF200指纹识别模块、七段码显示、按键分别编写的汇编语言程序均为子程序。 4.2.1主程序流程图设计 论文写作指导、各类文案写作 QQ625880526 李红伟:指纹锁 主程序流程图如图4-1所示: 系统上电 系统和各模块初始化 N N 检测是否有键检测是否有 按下 指纹输入 Y Y 输入的指纹是 N 判断键值 否正确 “存储” Y “删除”键, 键, 开锁 选择要删 采集输入除的指纹 的指纹 删除选定 存储采集到 的指纹, 的指纹, Y N Y N 确定 确定 图4-1 主程序流程图 首先使系统上电，然后初始化系统的各个模块，接着检测是否有键按下，若有键按下 选判断键值以确定是“存储”键还是“删除”键。若为 “存储”键，则下一步就是采集 26 华东交通大学毕业设计(论文) 输入的指纹，然后再确定是否存储采集到的指纹，若存储则按“确定”键，若不按则视为返回到主程序。若为 “删除”键，则下一步就是选择要删除的指纹，然后再确定是否删除选定的指纹，若删除则按“确定”键，若不按则视为返回到主程序。若未检测到有键按下，则检测是否有指纹输入，若有则比较输入的指纹是否正确，若正确执行开锁命令，之后返回主程序。若输入的指纹不正确，则直接返回主程序。若既没有键按下，又没有指纹输入，则直接返回主程序。 4.2.2 各子程序流程图设计 键盘模块程序流程图如图4-2所示: 有键被按下 延时消除抖动 N 认为是干扰信号 是否有按键 Y 进行按键分析 转入该键值定义的执行指令 子程序执行完后返回主程序 等待按键被再次按下 图4-2 键盘模块程序流程图 当有键按下时，先进行延时消抖操作以判断是不是真的有键按下，若没有则为干扰型号。若有键按下则对按键进行分析，之后转入该键值定义的执行指令，子程序执行完后返回主程序等待按键被再次按下。 指纹采集模块程序流程图设计 MBF200传感器采用微处理总线接口模式，传感器初始化流程图如图4-3、4-4所示: 论文写作指导、各类文案写作 QQ625880526 李红伟:指纹锁 使能ADC 写入控制寄存器B，对第2 位和第0位进行置1 等待30 μS 启动传感器 图4-3 MBF200芯片初始化流程图 首先使能ACD，然后对控制寄存器B的第2位和第0位进行置1操作，等待30μs后起动传 感器。 调整参数 写DTR 写DCR 写PGC 参数调整完成 图4-4 MBF200芯片参数调整流程图 对芯片进行初始化后，接着就要对芯片的参数进行调整。首先对放电时间寄存器 (DTR)进行调整，再对放电电流寄存器(DCR)进行调整，最后对可编程增益寄存器(PGC) 进行调整。参数调整完成。 获取整个指纹图像的程序流程图如下: 28 华东交通大学毕业设计(论文) 图像捕捉 将0X02写入控 制寄存器A 等待行捕捉时间 读取控制寄存器A 等待A/D转换 的时间 否 否 读到了行的最后 一个单元格, 是 读取了最后一个 单元格的图像, 是 图像捕捉完成 图4-5 获取整个指纹图像的程序流程图 论文写作指导、各类文案写作 QQ625880526 李红伟:指纹锁 结论 根据毕业设计任务书的要求，本设计已经基本完成了任务书的要求。但由于能力有限，还存在不足之处。 在锁的机械结构设计中，指纹开锁方式所采用的仍然是手动方式开启，而不是自动开启方式。这与市场中所出售的能自动开启的指纹锁的机械结构还有很大差距。在设计中我未采用传统的旋转把手来开锁的方式开锁，而是通过一个拨片推动套在锁舌上的滑块使其直线运动来实现开锁动作的。在锁的机械结构设计中还设计了一个应急开锁孔，也就是说该指纹锁可以像普通的机械锁那样通过钥匙将其打开。机械开锁部分采用曲柄滑块机构，当转动钥匙时固定在锁舌上的滑块带动锁舌移动，以达到开锁的目的。所使用的曲柄滑块机构采用铰链连接，因而在运动过程中会有较大摩擦，但由于本人能力有限，未能想到更好的驱动方式。 在硬件电路设计中，由于8051单片机可扩展的数据存储器的大小只有64KB，而所采用的指纹传感器MBF200采集到的一个指纹的大小就有75KB，故在扩展数据存储器时占用了P1口的四个引脚作为数据存储器的高四位地址。这样一来，在给硬件系统编程时就会带来一些麻烦。 总的来说，本设计完成了毕业设计任务书的要求，能够能够实现开锁、指纹的删除、指纹的存储等。 30 华东交通大学毕业设计(论文) 参考文献 [1] 张毅坤，单片微型计算机原理与应用?西安:西安电子科技大学出版社，1998 [2] 濮良贵，纪名刚等.机械设计(第八版)?北京:高等教育出版社，2006 [3] MBF200.Solid State Fingerprint Senser ，2005 [4] 赵红怡，DSP技术与应用实例【M】?北京:电子工业出版社(2003:41—43( [5] 徐俊，龙占超.MBF200在指纹采集系统中的应用【M】?华中科技大学，2005 [6] 王宝彬，基于单片机89c52的新型指纹锁的设计【M】?沈阳理工大学，2004 [7] 刘易，基于DSP与MBF200的指纹数据采集系统的研究【M】?城都理工大学，2005 [8] 洪家娣，李明等.机械设计指导书?南昌:江西高校出版社，2006.7 [9] 涂晓斌，机械制图?南昌:江西高校出版社，2007.8 [10] 胡伟，季晓衡.单片机C程序设计及应用实例?北京:人名邮电出版社，2003.7 [11] 洪志刚，杜维玲等.单片机应用系统设计?北京:机械工业出版社，2011.2 [12] 吴金戌，沈庆阳等.8051单片机实践与应用?北京:清华大学出版社，2002.9 [13] 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