1、学 号 _1209121007 毕 业 论 文（设计） 课 题 基于 DSP 的指纹识别系统设计 学生姓名 郭茂运 院 部 电气工程学院 专业 班级 12 信息（ 1）班 指导教师 二 一 六 年 五 月 铜陵学院毕业论文 I 目录 目录 .I 插图清单和表格清单 . II 摘 要 . III Abstract. IV 第 1 章 绪论 . - 3 - 1.1 DSP 指纹识别系统研究的背景与问题概述 . - 3 - 1.1.1 DSP 指纹识别系统的研究背景 . - 3 - 1.1.2 DSP 指纹识别系统的研究概述 . - 3 - 1.2 DSP 指纹识别系统研究的意义和 重要性 . -
2、4 - 1.2.1 研究的意义 . - 4 - 1.2.2 研究的重要性 . - 4 - 1.3 研究的内容和主要工作 . - 4 - 1.3.1 研究的内容 .错误 !未定义书签。 1.3.2 本人研究的主要工作和结构安排 . - 5 - 第 2 章 相关技术简介 .错误 !未定义书签。 2.1 嵌入式系统简介 .错误 !未定义书签。 2.1.1 嵌入式系统简介 .错误 !未定义书签。 2.1.2 数字信号处理器 .错误 !未定义书签。 第 3 章 设计目标及设计方案论证 . - 5 - 3.1 系统的功能要求及目标 . - 6 - 3.2 系统的整体框架及设计方案 . - 7 - 第 4
3、章 系统原理与设计 . - 8 - 4.1TMS320C5402 结构及其主要特点 . - 8 - 4.2 基于 DSP 指纹识别系统工作原理 . - 9 - 4.3 硬件设计 . - 9 - 4.3.1 电源、复位电路设计 . - 9 - 4.3.2 JTAG仿真接口电路 . - 11 - 4.3.3 指纹传感器的性能特点 . - 12 - 4.3.3 MBF200 和 C5402 的 SPI接口 . - 12 - 4.4 系统软件设计 . - 13 - 4.4.1 指纹图像读取 . - 13 - 4.4.2 系统初始化 . - 14 - 4.4.3 MCBSP 和 DMA 系统设定初始值
4、. - 15 - 4.4.4 16 位字的指纹数据通过 McBSP1 接收 . - 19 - 4.4.5 设计中断扩展 . - 20 - 第 5 章 总结与展望 . - 22 - 致 谢 . - 23 - 参考文献 . - 24 - 附图 . - 25 - 郭茂运：基于 DSP 的指纹识别系统设计 II 插图清单和表格清单 铜陵学院毕业论文 III 基于 DSP 的指纹识别系统设计 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
5、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
6、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 郭茂运：基于 DSP 的指纹识别系统设计 IV Design of fingerprint identification system based on DSP Abstract Fingerprint identification technology is digit
7、al image processing technology, on the basis of gradual development. Relative to the ancient identity authentication techniq ues, such as combination, the diploma and the rest of the biometric technologies, such as speech, iris, fingerprint recognition is a more reasonable identity authentication te
8、chniques. 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 fin
9、gerprint 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 D
10、SP 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
11、 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,
12、 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
13、 control function, apply to the public and private house, and can record record closes. Keyword： MBF200； TMS320C5402； step electromotor the serial communication 铜陵学院毕业论文 V 铜陵学院毕业论文 - 3 - 第 1 章 绪论 1.1 DSP 指纹识别系统背景 随着当代社会和网络技术的快速发展 ,现如今要求对身份识别的唯一性，准确性和实用性有着越来越高的要求 。 过去 的识别技术 很大程度上已经无法满足现在的需求 。人类需要寻找一种
14、更加便捷可靠的身份识别新方法。于是，生物特征识别飞速发展。 指纹识别 因为具有人类固有 特性 ,能得到不少的 生物识别技术 支撑 。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
15、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 ,
16、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
17、，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 。 郭茂运：基于 DSP 的指纹识别系统设计 - 4 - 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
18、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
19、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。 1.2.2 研究的重要性 指纹识别理论的发展 ,世
20、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
21、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 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； 铜陵学院毕业论文 - 5 - 指纹识别人体指纹的独特的特性 ,其复杂性的优点可
22、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： (1)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；
23、(2)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； (3)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 (4)根据指纹识别系统的实现要求的 DSP 和其它装置的确定。 郭茂运：基于 DSP 的指纹识别系统设计 - 6 - 第 2 章 设计目标及设计方案论证 2.1 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
24、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
25、串口会以 0.5 秒间隔发送 0x0F 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
26、.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
27、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 6s 9s 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 1 2 名有管理权限的管理者各用 1 2 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 0x55 数据，在注册模式下，如果执行特定操作（在特定操作过程中，
