1、-_摘 要随着现代化各种科学新技术的快速发展，在日常生活中，我们需要各种身份认证和各种密码认证，还有对各种设备配备钥匙，对保险柜安装防盗系统等等，社会的进步，科技的发展，促使传统的安全系统的抵御能力越来越薄弱。因此，生物特征识别应用而生，开始走进我们身边的各种安全系统，指纹识别作为生物特征识别的一个典型应用已经得到很广泛的应用和认可，指纹特征具有唯一性，是每个人终生不变的特征之一，并且各个人的各个指纹都不一样。本系统采用 89C52RC 单片机作为主芯片，通过与指纹识别模块 FM-180 之间通过串口通信方式的通信，采用液晶 12864 作为显示器，加上简单的外围电路，如按键输入、LED 灯报
2、警电路、蜂鸣器电路，最后通过编写软件和制作硬件，实现一个可以通过单片机对指纹的录入，识别，删除等功能操作的指纹识别系统。关键词 指纹识别系统；单片机 89C52；液晶 12864-_AbstractWith the rapid development of modern science a variety of new technologies, in everyday life, we need a variety of authentication and a variety of password authentication, as well as a variety of devic
3、es with keys for the safe installation of security systems, etc., social progress the development of technology, to promote the traditional security system resilience increasingly weak. Thus, biometric applications, born around us began to enter various security systems, biometric fingerprint identi
4、fication as a typical application has been very widely used and recognized, unique fingerprint characteristics, life is not for everyone one variable characteristics, and each persons fingerprints are not the same individual.The system uses 89C52RC microcontroller as the main chip, it passes between
5、 the fingerprint recognition module FM-180 serial communication with the communication method by using a liquid crystal display as 12864, plus simple peripheral circuits, such as key input, LED light alarm circuit, buzzer circuit, and finally through the preparation and production of software, hardw
6、are, you can implement a microcontroller on the fingerprint input, recognition, and delete functions operate fingerprint identification system.Key words Fingerprint identification system；SCM 89C52；LCD 12864-_目 录1 绪论 .51.1 课题的背景和意义 .51.2 生物识别技术概述 .51.3 指纹识别技术概述 .61.4 本章小结 .62 设计方案 .82.1 设计要求 .82.2 设计
7、方案 .82.3 本章小结 .83 硬件设计 .93.1 主要元器件选型 .93.1.1 单片机选型 .93.1.2 指纹模块 .103.1.3 液晶显示 .113.2 电路设计 .143.2.1 最小系统 .143.2.3 液晶显示电路 .153.2.4 指纹通信电路 .163.2.5 蜂鸣器电路 .173.2.6 按键电路 .183.2.7 LED电路 .183.3 本章小结 .194 软件设计 .204.1 系统方框图 .204.2 功能介绍 .204.3 开发环境介绍 .234.3.1 Keil编译器 .234.3.2 STC-ISP下载器 .244.3.4 Protel软件 .254
8、.4 部分代码说明 .264.5 本章小结 .305 系统调试 .315.1 制作和调试 .315.1.1 原理图设计 .315.1.2 PCB制作 .325.2 调试过程 .345.3 调试完成、实物图 .365.4 本章小结 .376 总结 .38-_参考文献 .39致谢 .40-_1 绪论1.1 课题的背景和意义随着如今各种各样的高新技术的迅猛发展，在百姓日常生活中经常需要我们去确认各种身份的认证。而在现在的大数据信息时代，每个人都拥有各种各样的大量认证密码，有一些是全数字的，还有一些是图像密码，例如手机开机密码，移动端支付密码，电脑开机密码，聊天软件登录密码等等，就单单这些移动端的密码
9、都可以是无数个，更不要说还有一些更重要的安全密码，例如银行卡的支付密码等。还有其他的一些比较传统的硬件机械安全防盗系统保险柜，大门钥匙、汽车钥匙、摩托车钥匙等等，随着现在时代的变化，科技的进步，传统的一些安全系统已经正在变得越来越脆弱了，因此，更先进更高级的生物识别技术开始走进我们的身边，出现在各种各样的安全系统中。比如人脸识别、指纹识别、眼球视网膜识别等，而指纹识别作为生物识别里面一个比较成熟的已经获得了各行业界的认可的识别系统，广泛的被应用到安全系统中去。指纹识别具有唯一性，每个人的每一个指纹都是独一无二的，可以说指纹是一个人身份的标志。本系统采用的是 STC89C52 传统的 51 单片
10、机作为主控 MCU，由于其低功耗、编程灵活简单、外围设备丰富，性价比高，所以被广泛的应用在一些低端的电子设备中，在高端产品中由于实时性，扩展性上受到了比较大的限制，所以很少有其身影。但是也有它自身的突出的优点和意义，那就是简单好用便宜，在本次设计中做为主芯片，跟指纹模块进行串口通信，加以简单的一些外围设备，很方便的可以完成指纹识别系统应该具备功能。这对于我更好的理解指纹识别原理和单片机结构功能很有帮助，这也是选题的意义所在。1.2 生物识别技术概述所谓生物识别技术就是，通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段，利用人体固有的生理特性，（如指纹、脸象、红膜等）和行为特征（如
11、笔迹、声音、步态等）来进行个人身份的鉴定。由于人体特征具有人所固有的不可复制的唯一性，这一生物密钥无法复制，失窃或被遗忘，利用生物识别技术进行身份认定，安全、可靠、准确。目前已经出现了许多生-_物识别技术，如指纹识别、手掌几何学识别、虹膜识别、视网膜识别、面部识别、签名识别、声音识别等，但其中一部分技术含量高的生物识别手段还处于实验阶段。我们相信随着科学技术的飞速进步，将有越来越多的生物识别技术应用到实际生活中。 而根据国际生物识别小组在 2009 年作出的一个不完全统计，目前市场上已经有很多种针对人类的各个不同生理特征和行为的特征的应用。比如视网膜识别、虹膜识别、人脸识别、指纹识别等，而其中
12、应用最多的就是说指纹识别。1.3 指纹识别技术概述每个人的每一个手指的皮肤都有一个不一样的花纹，是每个人的一个生物特征，这个特征具有一个非常重要的特点，那就是唯一性。也就是说任何一个不同的手指的指纹都是不一样的，独一无二的。在指纹识别技术中称这个指纹为指印，即是人手指的按印，如下图所示。图 1 指纹指印19 世纪初，科学家们发现每个不同的指纹的两个非常重要的特征，一是两个不同手指的指纹纹脊不同，二是指纹纹脊的样式终生不变性。这一研究发现使得指纹正式在犯罪鉴别中得以应用。指纹指标技术把一个人跟他的指纹对应起来，通过比较他的指纹和事先已经存在的指纹做对比，从而确认这个人的真正身份。每一个人的指纹的
13、皮肤纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，也就是说，唯一性的，独一无二的。1.4 本章小结本文以 51 单片机为主芯片，采用指纹识别模块 FM-180，液晶采用 12864显示，加上其他外围的一些简单设备，可以实现对指纹的录入、指纹的识别、指纹的删除等共，组成了一个基于 51 单片机的指纹识别系统，从而对指纹识别算法的研究和单片机的结构更进一步的了解，并且根据硬件选型，选择了其中较为可行的方案，并制作和调试电路板。具体的章节和各章的内容安排如下：第 1 章阐述了本课题的研究背景和意义，同时介绍了生物识别特征的几个-_识别手段，最后介绍了指纹识别技术的概念。第 2 章介绍了本文设计的要求，最后根据
14、要求设计出合理的具体方案。第 3 章介绍了本设计的硬件部分，包括主要的元器件选型，各个电路的设计和分析。第 4 章介绍了本设计的软件部分，包括整个系统的方框图，功能的具体介绍，最后还简单介绍了开发环境。第 5 章介绍了本系统的调试过程，主要是在整个系统的调试过程中遇到的问题和解决方法。第 6 章是对本文的一个总结，以及提出对整个设计的一些不足。-_2 设计方案2.1 设计要求本设计要求如下：1、系统默认至少有一位管理员，没管理员的时候提示必须添加管理员方可操作；2、可以对管理员进行添加，最多有 2 位，普通用户可以添加 400 多位；3、录入指纹和删除指纹的时候必须管理员验证，验证成功才可以添
15、加用户，否则不可以添加用户；4、可以查看管理员和普通用户的数量；5、可以对指纹进行删除，需管理员验证；6、通过以上要求，制作出一套具有软件和硬件相结合的指纹考勤系统。2.2 设计方案通过上节的设计要求，根据搜集资料并且结合自身所学知识，最后制定的本设计方案如下：本设计以 51 单片机 STC89C52 作为主芯片，选取了指纹识别模块 FM-180 进行二次开发，该模块采用串口通信方式，按照指纹系统自定义的协议来跟单片机通信，单片机按照固定的协议去读取指纹系统的数据，同时对指纹系统发送指令进行控制，从而实现指纹的操作；而显示器选用 LCD12864，液晶在系统运行中和各个不同功能模式的时候显示对
16、应的提示内容；设计要求可对指纹进行录入、识别、删除等操作，通过不同的按键来完成，本设计采用了 5 个独立的按键，软件部分采用轮询检测 IO 电平来判断按键值；报警提示选用的元件是蜂鸣器和 LED 灯。2.3 本章小结本章介绍了本课题设计的具体要求，最后根据设计要求制定的合理可行的具体方案。-_3 硬件设计3.1 主要元器件选型3.1.1 单片机选型图 2 STC89C52本设计中需要用到跟指纹模块进行通信，而经过对单片机与模块通信方式的多种比较后，决定采用比较简单的串口通信，而串口通信在大学课本里面也有讲过，自己用起来应该还是相对比较简单的。串口通信的方式，几乎在任何一款单片机都有硬件支持的，
17、只不过有的串口有多个，有一些少而已。按照之前自己接触过的单片机，51 单片机作为本次的单片机主控芯片，功能上是基本可以满足实现的，51 单片机作为最经典的 8 位处理器，同时也是很多大学作为电子类专业的必选课程之一，可见其功能和实用性还是被大家认可的。所以本次决定在 STC89C52RC 单片机和 STC12C5A60S2 这两个中选出一个作为主控芯片。-_两者都是 51 内核，不同点有一下几点：1、12C5A60S2 是 1T 模式的，比普通的 51 单片机 89C52 可以快 68 倍，而定时器，串口为了兼容传统的 51 单片机，是可以设置为 1T 模式或者 12T 模式的；2、12C5A
18、60S2 有两个独立的串口，而 89C52 只有一个串口，一般在调试过程中，有多个串口是最好的，可以调试看信息，找问题所在，而这次的设计显然不需要，只需要用到一个串口通信即可；3、作为重要的对比，12C5A60S2 的 RAM 有 1280 个字节，ROM 有 60K 的存储空间，可见 12C5A 的容量是非常大的，而 89C52 的 RAM 和 ROM 就相对小很多，分别是 512 字节和 8K，但实际上，作为本次的功能，已经足够了。经过以上选择对比，最后决定选用 STC89C52 作为本次的主控芯片。3.1.2 指纹模块作为本次的重要传感器，指纹识别模块无法自己去做，只能通过网上淘宝买现成
19、的模块回来进行二次开发，市场有各种各样的指纹模块，价格也是五花八门，但实际上基本的协议还是比较相似的，只不过有的支持的协议指令多，有一些支持的指令相对来说比较少而已，本次需要用到的功能有录入指纹，识别指纹，清空指纹，显然这三个指令，几乎所有的模块都可以实现，根据最后筛选和价格比对，最后决定选用 FM-180 作为本次的指纹识别模块。FM-180 指纹模块，一体化结构，已经包含了算法芯片，其质量稳定，性能优异，产量稳定，多行业客户的实际选择，给您无忧的产品保障体系。FM-180 指纹模块由光学指纹传感器、高速 DSP 处理器、高性能指纹比对算法、大容量 FLASH 芯片等软硬件构成，集成了采集芯片和指纹算法芯片；性能稳定，结构简单，具有指纹录取、图像处理、指纹对比、指纹搜索和模板存储、手指感应输出等功能；采用 8 条精简指令，开发更简单。产品特点： 功能完善：独立完成指纹采集、指纹登记、指纹比对（1:1）和指纹搜索（1:N）功能。 体积小巧：产品体积小巧，没有外接算法 DSP 芯片的电路板，已经集成一体，方便安装，故障少。 超低功耗：产品整体功耗极低，适用于低功耗要求的场合。 抗静电能力强：具有很强的抗静电能力，抗静电指标达到 15KV 以上。 应用开发简单：开发者可根据提供的控制指令，自行指纹应用产品的开
