1、 信息工程系 DSP 课程设计报告书 题目 : 基于 DSP 的指纹识别系统设计 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 学 号 : 学生姓名： 指导教师： 2011 年 4 月 18 日 信息工程系课程设计任务书 学 号 学生姓名 专业（班级） 电气工程 设计题目 基于 DSP 的指纹识别系统设计 设 计 技 术 参 数 （ 1） TMSC5402芯片的运算能力 高达 100MIPS (2)FPS200采集的指纹图像为 256 300象素 (3)系统录入指纹时间小于 0.5，误识率小于 0.1%，拒识率小于 2%. 设 计 要 求 （ 1）绘制系统框图 (VISIO)； （ 2）包括电源设计
2、 、 存储空间的软硬件设计 、 RS232 通信接口软硬件设计 、 总线控制和驱动设计等 、用 Protel 软件绘制原理图和 PCB 图； （ 3）编写测试程序； （ 4）从理论上分析，设计的系统要满足基本的信号处理要求； （ 5）参考文献、论文格式规范。 工 作 量 字数 5000-10000 字 图纸 10-15 张 。 工 作 计 划 第 14 周认真复习教材 第 15 周再次认真学习 protel 和 visio 软件的使用 第 16 周完成课程设计 第 17 周认真检查修改 参 考 资 料 1康华光，陈大钦 . 电子技术基础 模拟部分（第五版） M. 北京：高等教育出版社， 200
3、5 2杨强 .谭礼俊 .生物识别技术对比浅析 J.人众科技 .2005 2 50- 51. 3勒中鑫 .数字图像信息处理 M 北京 :国防工业出版社 .2003 63 65 4陈宏 .田捷 .检验配准模式的指纹匹配算法 J.软件学报 .2000 年 16(6): 11 5赵鹏匕 .基于 TMS32 C5402 DSP 的指纹识别系统研究 C.山西 :中北大学 .20 指导教师签字 年 月 日 信息工程系课程设计成绩评定表 学生姓名： 学号： 专业（班级）： 电气工程 课程设计题目： 基于 DSP 的指纹识别系统设计 指导教师评语： 成绩： 指导教师： 年 月 日 摘 要 在综合考虑日前技术的发
4、展、性能与成本等因素的基础上，本文设计了一个以 TI公司的 TM S320C5402处理器为核心的指纹识别系统 该系统的硬件由 FPS200指纹采集传感器、主控电路、输入通路、输出通路等部分组成 .并对指纹识别算法采用 DSP专用汇编指令集与 C语言混合编程的方法，以此实现了一个高效低功耗的嵌入式系统。文中介绍了其组成原理、硬件结构设计、系统功能设计、图像采集电路的实现，以及指纹识别算法的处理流程和实现方法。通过试验，该模块的采集效率高、识别速度快且准确可 关键词： 指纹识别 TMS320C5402 DSP 识别算法 Abstract On the basis of comprehensive
5、 balancing of the current advancern ent of technology system performance and the cost a novel fingerprint identification system is designed with TMS320C5402 chip made by TI Corporation as its central processor .The hardware of system consists of FPS200 fingerprint collecting sensor main control circ
6、uit ,input channels,output channels The program of fingerprint identification algorithm mixes the assemble language and C,which implements a high effective and low cost embedded system.The software and hardware design and implementation of this system are introduced later .In experiments,the module
7、is fast speed and accurate ,and takes a very good performance. Key words:fingerprint identification; DSP;TMSC5402； identification algorithm 目 录 绪言 . 6 1 指纹识别系统的工作原理 . 7 2 总体硬件设计 . 8 2.1 存储空间的软硬件设计 . 8 2.2 RS232 通信接口软硬件设计 . 10 2.3 总线控制和驱动 . 10 2.4 指纹图像的获取 . 11 3 软件设计 . 12 3.1 识别算法的实现 . 12 3.2 系统处理流程
8、. 13 4 系统调试方法 . 15 5 总结 . 16 参考文献 . 17 绪言 ：随着计算机与信息技术的不断发展，生物识别技术的应用越来越加广泛 .在各种生物识别技术中，指纹识别是日前生物检测学中研究最深入、应用最广泛、发展最成熟的最有前景的 一种识别技术，它通过分析指纹的局部特征，从中抽取详尽的特征点，从而可靠地确认个人身份 .指纹识别的优点是指纹作为人体独一无一的特征，它的复杂度可以提供用于鉴别的足够特征，具有极高的安全性、实用性、可行性 .是一种比较理想的身份认证技术。 1 指纹识别系统的工作原理 指纹识别系统从整体上可分为指纹图像采集、图像处理和识别二大部分组成 .工作原理框图如图
9、 1 所示 . 系统学习模块负责采集用户指纹数据，对指纹图像进行预处理，提取这些指纹特征，作为将来的对比模 板存入数据库 ;指纹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对比，然后判断是否匹配，得出结论。整个系统核心就是图像处理特征提取以及指纹比对 . 图 1.指纹识别系统原理框图 2 总体硬件设计 指纹系统总体设计方案如 图 2所示。该系统是由指纹采集仪、 FPGA、 SRAM 和 Flash 等硬件组成。 RS232 用于数据传输， PC 机可以通过该接口得到指纹特征数据； Flash 存储指纹信息库、 LCD 用的字符和 DSP 程序； FPGA 在 DSP
10、的控制下从取指器中取出图放入 SRAM 中 . 图 2.系统总体硬件框图 2.1 存储空间的软硬件设计 本系统要访问的存储器有三个： DSP 内部 DARAM（ 16K 字，用于存放常量和变量的数据空间）、 SRAM 和 Flash。因为 5402 有 20 根地址线可以用来对程序空间寻址，所以有 1M 字节的寻址空间，利用高地址线 A19 来区分 Flash 和 SRAM。其中 SRAM 是 BootLoader 后程序运行的空间，这样就把 Flash 放在高地址上去了。 5402 的数据寻址空间仅为 64K，所以要进行分页扩展。为了避免和 DARAM 的访问冲突，不能使用 64K 一页。因
11、为 64K 中低地址的 16K 实际上不能访问，它优先被 64K 中低地址的 16K 实现上不能访问，它无被 DARAM 访问，所以定为 32K 的一数据页。分配一个 I/O 地址，而后通过 I/O 地址的译码对 74LS273 进行使能控制，最后锁存 I/O 的数据作数据页。当对数据空间进行访问时，应分为以下几步： 解析该地址，进行分割。前（低） 15 位为页内地址，后（高） 6 位为页地址。 判断页地址是否为 0。如果为 0，则说明访问 DARAM，直接使用访问数据的指令；需要的16 位地址就是前 15 位的地址、高位补零 ，并结束。 把页地址用 PORTW 命令送到寄存器（所分配的 I/
12、O 空间地址）里，页地址也就在 SRAM 的高地址线上了。 再使用访问数据的指令，需要的 16 位地址就是前 15 位的地址、高位补零。对存储器的管理，需要编写一定量的程序。可以设置一个全局变量存储页地址。由于扩展页仅为 32K，大于 32K 的数组是开辟不出来的，所以使用链表。需要注意的是释放空间时，把相邻的未使用的空间尽量连接成一大块，同时需要一个接一个地把用过的堆栈拷贝到堆空间的尾部，使自己空间聚合成一个大块。 图 3、图 4 分别为外部程序扩展和数 据空间扩展示意图。 图 5.外部存储电路设计 2.2 RS232 通信接 口软硬件设计 该系统使用 MAX3232 连接 DSP 与 PC
13、 机，通过软件控制分频比可获得通用的 300baud230kbaud 的波特率。 MAX3110E 内部 UART 与 RS232 收发器能够独立工作。 McBSP 的时钟停止模式可以兼容 SPI 主 -从协议。所谓 McBSP 的时钟停止模式是指其时钟会在每次数据传输结束时停止，并在下次数据传输开始时立即启动或延半个周期再启动。其接收器和发送器是同步的，即 CLKX 和 FSX 分别与 CLKR 和 FSR 相连；在传输过程中， CLKX 和 FSX 又分别用做 SPI 的移 位时钟 SCK 和从方使能 SS，可以是输出（主方），也可以输入（从方）。其 McBSP 初始化编程应遵守以下几个步
14、骤： 将 SPCR 中的 XRST、 RRST 置为 0，处于复位状态。 McBSP 保持复位的状态下，设置有关的寄存器为需要的值。由于 SPI 协议要求 McBSP 在移位输出数据之前， FSX 信号必须由 DXR-XSR 产生 FSX，所以 XCR 寄存器中 XDATALY 位必须设置为 1。 设置 SPCR-GRST 为 1，采样率发生器退出复位状态，开始工作。 等待两个时钟周期，以确保 McBSP 在初始化过 程中内部能够正确地同步。而后，配置MAX3110E 的波特率和发送波形，发送数据时根据 MAX3110E 的数据手册拼装成一个 16 位的字进行发送。接收通过 DSP 的 Int
15、0 中断进行处理。 162738495R S 2 32 C 12104C 10104C 15 104C 11104C 16104C 1+1V+2C 1-3C 2+4C 2-5V-6T 2O U T7R 2I N8R 2O U T9T 2I N10T 1I N11R I O U T12R 1I N13T 1O U T14G N D15V C C16U5M A X 32 3 23. 3 VP 26P 25 S T X DS R X D图 6.RS232通信接口设计 2.3 总线控制和驱动 本系统中总线有两种：数据总线和地址总线。数据总线进行数据交换，地址总线进行寻址。因为 DSP 的数据总线是 3.3V 的高电平逻辑值，可能出现不能驱动外部 5V 的逻辑电平的情况；而且连接在动能力不足。因此，需要对 总线，特别是数据总线进行加强驱动能力的设计。其中数据总线使用 SN74LVTH16245 来进行驱动向驱动；地址总线是单向的，没有方向的控制，也没有使能的控制，使用 SN74LVTH16244单向驱动器就可以了。对于数据总线的控制，按照所逻辑合理使用了 DSP_MSTRB。 DSP_IOSTRB、 R/W 就可以完成了
