基于ARM的指纹采集仪的设计与实现
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第１７卷 第１期
Ｖ０１．１７
Ｎｏ．１
电子设计工程
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
２００９年１月 Ｊａｎ．２００９
基于ＡＲＭ的指纹采集仪的设计与实现
陈鹏．郭宝龙 ｆ西安电子科技大学机电工程学院，陕西西安７１００７１）
摘要：指纹采集仪是一个涉及多个功能模块和技术参数的指纹识别仪器。以Ｓａｍｓｕｎｇ公司的嵌入式３２位ＡＲＭ器件 Ｓ３Ｃ２４４０为主控ＣＰＵ，结合大容量ＳＤＲＡＭ，ＮＡＮＤ Ｆｌａｓｈ，彩色ＬＣＤ，ＵＳＢ，Ｗｉｎｄｏｗｓ ＣＥ操作系统，设计了指纹采集的硬
）三日‘日
本文设计了一个基于ＡＲＭ的指纹采集系统，使用 ＦＰＳ２００同体指纹传感器作为指纹采集元器件。减少了许多 软件优化图像的过程。以Ｓａｍｓｕｎｇ的￥３Ｃ２４４０为硬件平台， ＷｉｎｄｏｗｓＣＥｔｑ系统为软件平台，非常容易地对外实施扩展，为
搿黧黧翟攀黧淼磊嘉 图４采集的指纹罔像
喜基臁埸珊＾
『１１刘丹．基于ＦＰＳ２００的指纹自动／Ｐ，别系统的开发与实现． ｆＤｌ．沈阳：东北大学，２００６．
收稿日期：２００８－０９—１０
稿件编号：２００８０９０３３
与同类产品相比，ＦＰｓ２００的性能特点如下：
基金项目：国家８６３高技术研究发展计划项目（２００６ＡＡ０１２１２７）；国家自然科学基金项目（６０５７２１５２） 作者简介：陈鹏（１９８２一），男，陕西人，硕士研究生。研究方向：嵌入式技术。
一３６—
Ａｌ Ｎ
ＦＳＥＴ
少了ＵＳＢ电路设计的工作量．同时ＵＳＢ接口协议支持更高 的传输速率：
月２
ｒ＿——匕］——一ＡＩＮ
专１ ｋｎ
ＶＳＳ＾２ ＶＤＩ）Ａ２
ＴＥＳＴ
（２）自动指纹检测功能。ＦＰｓ２００可自动检测手指是否放
在传感器七．如果有．则进人工作状态；否则，进入睡眠状态。
此设计不需轮询检测指纹，提高了芯片的丁作效率；
入式应用等非ＰＣ领域。目前已经发展到５．０版本。本文涉及 的指纹采集设备工作在以ＡＲＭ９２叩为内核的嵌入式系统
体指纹识别传感器设计而成。ＦＰＳ２００是一种性能优越．功耗 低．价格便宜的指纹识别传感器。由于其特殊的ＥＤＳ保护，特
上。设计这套系统的目的是进行便携式指纹识别仪器应用研 别窄小的物理尺寸，以及独特的省电特性，使传感器尤其适
ＮＴＲ ＷＡＩＴ
ＥＸＴＩＮＴ
【Ｓ１／ＳＣＬＫ
ＣＳ０／ＳＣＳ ＭＯＳＩ
ＭＩＳＯ ＭＯＤＥｌ
ＭＯＤＥ０
ＤＭ ＤＰ
ＶＤＤ３
ＶＳＳ３
＿圣叭呲ｍ＿兰叭眦 呲叭眦＿圣呲兰叭眦 ＿兰叭呲 呲 叭呲 叭
Ｓａｍｓｕｎｇ公司的ＡＲＭ处理器￥３Ｃ２４４０．由６层板设计田。该开
发系统在尽可能小的面板上（１２０ｍｒｎｘ９０ｍｍ）集成６４ＭＢ
Ｉ
＜≤享刘
（一完成ＧＥＴＩＭＧ） 图３系统软件流程图
在ＤＣＲ＝Ｏｘ０１，ＤＴＲ－－０ｘ４０，ＰＧＣ＝Ｏｘ０Ｂ（ｇ＝３）下采集的；图４（ｂ）的 图像是在ＤＣＲ＝Ｏｘ０１，ＤＴＲ＝Ｏｘ２３，ＰＧＣ＝Ｏｘ００（ｇ＝１）下采集的。当 手指情况较好时，图４（ａ）的参数要比图４（ｂ）的参数得到的图 像更好。
互 结｛置
万方数据
陈鹏，等 基于ＡＲＭ的指纹采集仪的设计与实现
（１）支持多接口模式。ＦＰｓ２００有３种接口模式，８位的系 统总线接１３。集成全速的ＵＳＢ接口和集成的串行外设接口．
。— ［Ｒ］Ｉ旺— 一，Ｉ。Ｓ。Ｅ。Ｔ，
ＶＤＤＡｌ ＶＳＳＡｌ
ＩＳＥＴ
使芯片的应用设计更加灵活。芯片集成ＵＳＢ控制器，大大减
２００ｋｏ
【２】张新跃，张艳．指纹芯片及ＵＳＢ接口指纹采集系统设计 【Ｊ】．电子技术，２００４（６）：５４—５６．
【３】Ｊｉ Ｗａｎｋａｎｇ，Ｙａｎｇｊｉａ，ＨｏｎｇＹｏｎｇｑｉａｎｇ．ＢＳＰｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆＷｉｎ ＣＥ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｖｅｈｉｃｌｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ￥３Ｃ２４４０ 【Ｃ】．Ｔｈｅ Ｅｉｇｈｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍｅａ’
叫耵正ＸＴ小札２ Ｖｒ——————一ＭＯＤＢＯ
ＶＳＳ２ ｖＤＤ２ ＸＴＡＬ２ ＸＴＡＬｌ
０ｂ，采用ＦＰＳ２００内部ＲＯＭ；其他部分引脚ＣＳＯ。ＣＳｌ，ＭＯＳＩ，
ＭＯＳＯ被屏蔽．引脚悬空：ＸＴＡＬｌ与ＸＴＡＬ２之间接１２ＭＨｚ晶 体电路：ＦＰｓ２００内部的多频振荡器不Ｔ作。图２给出ＦＰＳ２００ 传感器和系统的连接电路。 ２．２数据处理与显示
现在的ＳＤ卡成本低，容量大，所以存储模块采用ＳＤ卡 进行图像存储。
ＶＳＳ ３ ＶＤＤ３ ＶＤＤ２ ＶＳＳ２ ＶＤＤＩ ＶＳＳｌ ＶＤＤＡ２ ＶＳＳＡ２ ＶＳＳＡｌ
ＶＤＤＡｌ
液晶显示模块采用Ｓａｍｓｕｎｇ公司的３．５寸ｒⅡ’ｒ（带触 摸），通过液晶屏的触摸功能或ＵＳＢ鼠标，可以方便的对测试
图２ ＦＰＳ２００和系统的连接电路图 放电时间．ＤＣＲ控制放电电流的大小，ＰＧＣ控制放大器增益，
系统微处理器模块采用ＡＲＭ２４４０开发系统．该系统采用
嚣１．５ｋ‘２
呻
蹦 嘲噩嘲
Ｕ１
ＶＤＤＡｌ ＶＳＳＡｌ ＩＳＥＴ ＡＩＮ ＦＳＥＴ ＶＳＳＡ２ ＶＤＤＡ２ ＴＥＳＴ Ｐ０ Ｐｌ Ｄ７ Ｄ６ Ｄ５ Ｄ４ ＶＳＳｌ ＶＤＤｌ Ｄ３
ＦＰＳ２００ ＤＤ２１ Ｄ０
Ａ０
丽
ｗＲ
ＶＳＳ２
ＶＤＤ２ ＸＴＡＬ２
ＸＴＡＬｌ
和发送由人机接口控制的寄存器的修改指令。
响。其中ＤＴＲ参数控制电容的放电时间，延长放电时间可
为了能够采集指纹．首先必须初始化ＦＰＳ２００的相关寄 存器．按照传感器的技术要求，初始化寄存器ＣＴＲＬＢ，ＤＴＲ， ＤＣＲ和ＰＧＣ的值．以设置传感器的工作方式，调整传感器灵
减少指纹图像的背景噪声：增加ＤＣＲ参数值同样能起到减 少指纹背景噪声的作用，但升高ＤＣＲ同时减少ＤＴＲ时可维 持图像的清晰度；ＰＧＣ参数控制指纹图像和背景的对比度，
中图分类号：ＴＰ３９１．４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００６—６９７７（２００９）０１—００３６—０３
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｃａｐｔｕｒｉｎｇ ｓｅｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＲＭ
ＣＨＥＮ Ｐｅｎｇ，ＧＵＯ Ｂａｏ—ｌｏｎｇ
ｆ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’吼７ １ ００７ １，Ｃｈｉｎａ）
完成人机接口．指纹图像的采集并处理系统和采集模块的通 讯。系统软件可分为主程序模块、通许模块和指纹采集模块。
４试验结果分析
主程序模块主要完成界面显示，人机接口，模块调用等功能； 指纹采集模块完成指纹图像的采集；通讯模块负责接受数据
图４给出采集部分试验结果，对比图像后发现，ＦＰｓ２００ 的放电参数ＤＣＲ．ＤＴＲ和ＰＧＣ对指纹的清晰度有一定影
系统也被越来越多的采用。 ＷｉｎＣＥ．Ｎｅｔ嵌入式操作系统是微软公司推出的一种全新
２．１指纹采集模块
图１系统结构框图
开发的操作系统．具备抢先式多任务功能以及强大的通讯能
现有的光学传感器的体积都较大．成像结果要经过变换
力，专门应用在信息设备，移动应用，消费类电子产品以及嵌 才可以使用。该采集系统采用Ｖｅｒｉｄｉｃｏｍ公司的ＦＰＳ２００ｔ＇ｌ固
件和软件系统．采集到指纹图像并分析采集结果，该系统满足采集范围广，体积小，功耗小，储存能力强，成本低等设 计要求。并且采用窗口式显示形式。便于仪器的调试，系统灵活性强。为实现指纹识别软件提供了功能强大的硬件基
础．对研究速度快，性价比高的嵌入式指纹平台具有重要的参考价值。
关键 词：指纹采集仪；ＡＲＭ处理器；Ｗｉｎｄｏｗｓ ＣＥ操作系统；ＦＰＳ２００
究，并提供一个指纹识别算法平台。
合嵌入式系统使用。主要原理是．在指纹图像感知区域集成
２指纹采集系统的设计与实现
系统采用嵌入式３２位ＡＲＭ器件Ｓ３Ｃ２４４０作为主控 ＣＰＵ，由指纹图像的采集模块．核心处理模块，ＲＡＭ，ＥＥＰ－
了二维金属电极阵列，每根电极充当电容一极，在传感器表 面．二极之间有一层钝化层作为电容的介电层。由于指纹的 脊和谷与传感器接触时会产生不同的电容值，测量这些不同 的数值即形成图像。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｃａｐｔｕｒｉｎｇ ｓｅｔ ｉｓ ａ Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｅｔ．ｒｅｌａｔｅ ｔｏ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ． Ｂａｓｅ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ￥３Ｃ２４４０，ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｃａｐｔｕｒｉｎｇ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｎｇｅｒ－ ｐｒｉｎｔ ｃａｐｔｕｒｉｎｇ ｐｉｃｔｕｒｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ ｌａｒｇｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ＳＤＲＡＭ，ＮＡＮＤ Ｆｌａｓｈ， ｍｕｈｉｃｏｌｏｒ ＬＣＤ，ＵＳＢ，Ｗｉｎｄｏｗｓ ＣＥ，ｅｔｃ．Ｗｉｄｅ ｉｎ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｒａｎｇｅ，ｓｍａｌｌ ｉｎ ｓｉｚｅ，ｌｉｔｔｌｅ ｉｎ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ｉｎ ｗｉｎｄｏｗｓ ｓｃｒｅｅｎ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｆｏｒ ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｙｉｎｇ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ．Ｉｔ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｓｏｌｉｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｈａｓ ｈｕｇｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅ— ｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｔｈａｔ ｒｅｑｕｉｒｅｓ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ，ｌｏｗ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｃａｐｔｕｒｉｎｇ ｓｅｔ；ＡＲＭ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ；Ｗｉｎｄｏｗｓ ＣＥ ＯＳ；ＦＰＳ２００
１引言
ＲＯＭ，外部存储器，ＬＣＤ显示模块，接口模块７个部分组成。 图ｌ给出系统结构框图。
在个人身份识别领域，指纹识别作为目前最为成熟的生
物识别技术之一，成为很多应用场合的首选。和ＰＣ环境相
比．嵌入式系统有着体积小。功耗低的特点，由于功能相对专
一。在稳定性，可靠性和安全性上有一定优势。所以现在嵌入
式系统不仅应用在移动设备上．而且在固定场合的身份识别
ＶＳＳ
（３）ＦＰｓ２００内部包括一个新的二阶的ＡＩＤ转换器，功耗
ＶＤＤ
低（７５％）；ＦＰＳ２００传感器单元间距变小，提高了传感器阵列
甲
Ｒ４
的机械强度． 系统采用ＵＳＢ接口模式１２ＩBaidu Nhomakorabea设计中请注意：①ＦＰｓ２００的
工作电压是３．３，３．６ Ｖ．而ＵＳＢ的供电电压是５ Ｖ．所以要用 电压转换芯片实施电压转换；（爹ＦＰＳ２００通过ＭＯＤＥｌ和 ＭＯＤＥＯ ２个引脚来实现接口模式的选择。在ＵＳＢ接口模式 下，将微处理器接Ｅｌ模式和ＳＰＩ予以屏蔽。此时ＭＯＤＥ【】：０］－ｌ
敏度ｉ为指纹采集做好准备。改变Ｄ‘ｒＲ的值可以改变电容的 需要根据不同的工作条件进行参数调整。图４（ａ）的图像是
－３７－
万方数据
∥电子设计工程）２００９年第１期
Ｌ■少 ————］．＿——一
写ＤＴＲ，眦ＲＰＧＣ
初始１＿匕ＣＴＲＬＡ选择ＧＥＴＩＭＧ模式
等待行捕捉时间
ｋ逦爹Ｉ Ｉ—再再而蠢圃 从ＣＴＲＬＡ中１女出一行数据
ＳＤＲＡＭ，６４ＭＢ ＮＡＮＤ Ｆｌａｓｈ，ｌ ＭＢ ＢＯＯＴ Ｆｌａｓｈ，ＲＪ－－４５网卡，音
频输入和输出，ＵＳＢ Ｈｏｓｔ，ＵＳＢ Ｓｌａｖｅ，标准串口，ＳＤ卡橘座等
设备接１３。支持ＬＣＤ／ＳＴＮ液晶屏接口，可以接各种单色，伪
彩，真彩液晶屏，并含有触摸屏接口。通过预留的ＵＳＢ口可实 时地将数据导入Ｕ盘或者ＰＣ机硬盘中１４１。
系统进行窗口化操作。
当ＤＴＲ和ＤＣＲ值增大时。图像变白，对比度降低。
３系统软件设计及实现
采用ＥＶＣ工具开发上位机软件，可直接在Ｗｉｎｄｏｗｓ ＣＥｉｌ３ 环境下运行。上位机软件是控制系统运行的重要部分，主要
通过写寄存器ＣＴＲＬＡ可选择采集指纹的方式，有３种 指纹采集方式：采集某行（ＧＥＴＲＯＷ）；采集子图像（ＧＥＴＳＵＢ）， 采集整幅图（ＧＥＴＩＭＧ）。选择不同的采集方式．需要初始化的 行列寄存器则不同。图３给出系统软件流程图。
Ｖ０１．１７
Ｎｏ．１
电子设计工程
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
２００９年１月 Ｊａｎ．２００９
基于ＡＲＭ的指纹采集仪的设计与实现
陈鹏．郭宝龙 ｆ西安电子科技大学机电工程学院，陕西西安７１００７１）
摘要：指纹采集仪是一个涉及多个功能模块和技术参数的指纹识别仪器。以Ｓａｍｓｕｎｇ公司的嵌入式３２位ＡＲＭ器件 Ｓ３Ｃ２４４０为主控ＣＰＵ，结合大容量ＳＤＲＡＭ，ＮＡＮＤ Ｆｌａｓｈ，彩色ＬＣＤ，ＵＳＢ，Ｗｉｎｄｏｗｓ ＣＥ操作系统，设计了指纹采集的硬
）三日‘日
本文设计了一个基于ＡＲＭ的指纹采集系统，使用 ＦＰＳ２００同体指纹传感器作为指纹采集元器件。减少了许多 软件优化图像的过程。以Ｓａｍｓｕｎｇ的￥３Ｃ２４４０为硬件平台， ＷｉｎｄｏｗｓＣＥｔｑ系统为软件平台，非常容易地对外实施扩展，为
搿黧黧翟攀黧淼磊嘉 图４采集的指纹罔像
喜基臁埸珊＾
『１１刘丹．基于ＦＰＳ２００的指纹自动／Ｐ，别系统的开发与实现． ｆＤｌ．沈阳：东北大学，２００６．
收稿日期：２００８－０９—１０
稿件编号：２００８０９０３３
与同类产品相比，ＦＰｓ２００的性能特点如下：
基金项目：国家８６３高技术研究发展计划项目（２００６ＡＡ０１２１２７）；国家自然科学基金项目（６０５７２１５２） 作者简介：陈鹏（１９８２一），男，陕西人，硕士研究生。研究方向：嵌入式技术。
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ＦＳＥＴ
少了ＵＳＢ电路设计的工作量．同时ＵＳＢ接口协议支持更高 的传输速率：
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ｒ＿——匕］——一ＡＩＮ
专１ ｋｎ
ＶＳＳ＾２ ＶＤＩ）Ａ２
ＴＥＳＴ
（２）自动指纹检测功能。ＦＰｓ２００可自动检测手指是否放
在传感器七．如果有．则进人工作状态；否则，进入睡眠状态。
此设计不需轮询检测指纹，提高了芯片的丁作效率；
入式应用等非ＰＣ领域。目前已经发展到５．０版本。本文涉及 的指纹采集设备工作在以ＡＲＭ９２叩为内核的嵌入式系统
体指纹识别传感器设计而成。ＦＰＳ２００是一种性能优越．功耗 低．价格便宜的指纹识别传感器。由于其特殊的ＥＤＳ保护，特
上。设计这套系统的目的是进行便携式指纹识别仪器应用研 别窄小的物理尺寸，以及独特的省电特性，使传感器尤其适
ＮＴＲ ＷＡＩＴ
ＥＸＴＩＮＴ
【Ｓ１／ＳＣＬＫ
ＣＳ０／ＳＣＳ ＭＯＳＩ
ＭＩＳＯ ＭＯＤＥｌ
ＭＯＤＥ０
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ＶＳＳ３
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Ｓａｍｓｕｎｇ公司的ＡＲＭ处理器￥３Ｃ２４４０．由６层板设计田。该开
发系统在尽可能小的面板上（１２０ｍｒｎｘ９０ｍｍ）集成６４ＭＢ
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＜≤享刘
（一完成ＧＥＴＩＭＧ） 图３系统软件流程图
在ＤＣＲ＝Ｏｘ０１，ＤＴＲ－－０ｘ４０，ＰＧＣ＝Ｏｘ０Ｂ（ｇ＝３）下采集的；图４（ｂ）的 图像是在ＤＣＲ＝Ｏｘ０１，ＤＴＲ＝Ｏｘ２３，ＰＧＣ＝Ｏｘ００（ｇ＝１）下采集的。当 手指情况较好时，图４（ａ）的参数要比图４（ｂ）的参数得到的图 像更好。
互 结｛置
万方数据
陈鹏，等 基于ＡＲＭ的指纹采集仪的设计与实现
（１）支持多接口模式。ＦＰｓ２００有３种接口模式，８位的系 统总线接１３。集成全速的ＵＳＢ接口和集成的串行外设接口．
。— ［Ｒ］Ｉ旺— 一，Ｉ。Ｓ。Ｅ。Ｔ，
ＶＤＤＡｌ ＶＳＳＡｌ
ＩＳＥＴ
使芯片的应用设计更加灵活。芯片集成ＵＳＢ控制器，大大减
２００ｋｏ
【２】张新跃，张艳．指纹芯片及ＵＳＢ接口指纹采集系统设计 【Ｊ】．电子技术，２００４（６）：５４—５６．
【３】Ｊｉ Ｗａｎｋａｎｇ，Ｙａｎｇｊｉａ，ＨｏｎｇＹｏｎｇｑｉａｎｇ．ＢＳＰｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆＷｉｎ ＣＥ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｖｅｈｉｃｌｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ￥３Ｃ２４４０ 【Ｃ】．Ｔｈｅ Ｅｉｇｈｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍｅａ’
叫耵正ＸＴ小札２ Ｖｒ——————一ＭＯＤＢＯ
ＶＳＳ２ ｖＤＤ２ ＸＴＡＬ２ ＸＴＡＬｌ
０ｂ，采用ＦＰＳ２００内部ＲＯＭ；其他部分引脚ＣＳＯ。ＣＳｌ，ＭＯＳＩ，
ＭＯＳＯ被屏蔽．引脚悬空：ＸＴＡＬｌ与ＸＴＡＬ２之间接１２ＭＨｚ晶 体电路：ＦＰｓ２００内部的多频振荡器不Ｔ作。图２给出ＦＰＳ２００ 传感器和系统的连接电路。 ２．２数据处理与显示
现在的ＳＤ卡成本低，容量大，所以存储模块采用ＳＤ卡 进行图像存储。
ＶＳＳ ３ ＶＤＤ３ ＶＤＤ２ ＶＳＳ２ ＶＤＤＩ ＶＳＳｌ ＶＤＤＡ２ ＶＳＳＡ２ ＶＳＳＡｌ
ＶＤＤＡｌ
液晶显示模块采用Ｓａｍｓｕｎｇ公司的３．５寸ｒⅡ’ｒ（带触 摸），通过液晶屏的触摸功能或ＵＳＢ鼠标，可以方便的对测试
图２ ＦＰＳ２００和系统的连接电路图 放电时间．ＤＣＲ控制放电电流的大小，ＰＧＣ控制放大器增益，
系统微处理器模块采用ＡＲＭ２４４０开发系统．该系统采用
嚣１．５ｋ‘２
呻
蹦 嘲噩嘲
Ｕ１
ＶＤＤＡｌ ＶＳＳＡｌ ＩＳＥＴ ＡＩＮ ＦＳＥＴ ＶＳＳＡ２ ＶＤＤＡ２ ＴＥＳＴ Ｐ０ Ｐｌ Ｄ７ Ｄ６ Ｄ５ Ｄ４ ＶＳＳｌ ＶＤＤｌ Ｄ３
ＦＰＳ２００ ＤＤ２１ Ｄ０
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ＶＤＤ２ ＸＴＡＬ２
ＸＴＡＬｌ
和发送由人机接口控制的寄存器的修改指令。
响。其中ＤＴＲ参数控制电容的放电时间，延长放电时间可
为了能够采集指纹．首先必须初始化ＦＰＳ２００的相关寄 存器．按照传感器的技术要求，初始化寄存器ＣＴＲＬＢ，ＤＴＲ， ＤＣＲ和ＰＧＣ的值．以设置传感器的工作方式，调整传感器灵
减少指纹图像的背景噪声：增加ＤＣＲ参数值同样能起到减 少指纹背景噪声的作用，但升高ＤＣＲ同时减少ＤＴＲ时可维 持图像的清晰度；ＰＧＣ参数控制指纹图像和背景的对比度，
中图分类号：ＴＰ３９１．４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００６—６９７７（２００９）０１—００３６—０３
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｃａｐｔｕｒｉｎｇ ｓｅｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＲＭ
ＣＨＥＮ Ｐｅｎｇ，ＧＵＯ Ｂａｏ—ｌｏｎｇ
ｆ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’吼７ １ ００７ １，Ｃｈｉｎａ）
完成人机接口．指纹图像的采集并处理系统和采集模块的通 讯。系统软件可分为主程序模块、通许模块和指纹采集模块。
４试验结果分析
主程序模块主要完成界面显示，人机接口，模块调用等功能； 指纹采集模块完成指纹图像的采集；通讯模块负责接受数据
图４给出采集部分试验结果，对比图像后发现，ＦＰｓ２００ 的放电参数ＤＣＲ．ＤＴＲ和ＰＧＣ对指纹的清晰度有一定影
系统也被越来越多的采用。 ＷｉｎＣＥ．Ｎｅｔ嵌入式操作系统是微软公司推出的一种全新
２．１指纹采集模块
图１系统结构框图
开发的操作系统．具备抢先式多任务功能以及强大的通讯能
现有的光学传感器的体积都较大．成像结果要经过变换
力，专门应用在信息设备，移动应用，消费类电子产品以及嵌 才可以使用。该采集系统采用Ｖｅｒｉｄｉｃｏｍ公司的ＦＰＳ２００ｔ＇ｌ固
件和软件系统．采集到指纹图像并分析采集结果，该系统满足采集范围广，体积小，功耗小，储存能力强，成本低等设 计要求。并且采用窗口式显示形式。便于仪器的调试，系统灵活性强。为实现指纹识别软件提供了功能强大的硬件基
础．对研究速度快，性价比高的嵌入式指纹平台具有重要的参考价值。
关键 词：指纹采集仪；ＡＲＭ处理器；Ｗｉｎｄｏｗｓ ＣＥ操作系统；ＦＰＳ２００
究，并提供一个指纹识别算法平台。
合嵌入式系统使用。主要原理是．在指纹图像感知区域集成
２指纹采集系统的设计与实现
系统采用嵌入式３２位ＡＲＭ器件Ｓ３Ｃ２４４０作为主控 ＣＰＵ，由指纹图像的采集模块．核心处理模块，ＲＡＭ，ＥＥＰ－
了二维金属电极阵列，每根电极充当电容一极，在传感器表 面．二极之间有一层钝化层作为电容的介电层。由于指纹的 脊和谷与传感器接触时会产生不同的电容值，测量这些不同 的数值即形成图像。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｃａｐｔｕｒｉｎｇ ｓｅｔ ｉｓ ａ Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｅｔ．ｒｅｌａｔｅ ｔｏ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ． Ｂａｓｅ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ￥３Ｃ２４４０，ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｃａｐｔｕｒｉｎｇ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｎｇｅｒ－ ｐｒｉｎｔ ｃａｐｔｕｒｉｎｇ ｐｉｃｔｕｒｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ ｌａｒｇｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ＳＤＲＡＭ，ＮＡＮＤ Ｆｌａｓｈ， ｍｕｈｉｃｏｌｏｒ ＬＣＤ，ＵＳＢ，Ｗｉｎｄｏｗｓ ＣＥ，ｅｔｃ．Ｗｉｄｅ ｉｎ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｒａｎｇｅ，ｓｍａｌｌ ｉｎ ｓｉｚｅ，ｌｉｔｔｌｅ ｉｎ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ｉｎ ｗｉｎｄｏｗｓ ｓｃｒｅｅｎ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｆｏｒ ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｙｉｎｇ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ．Ｉｔ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｓｏｌｉｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｈａｓ ｈｕｇｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅ— ｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｔｈａｔ ｒｅｑｕｉｒｅｓ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ，ｌｏｗ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｃａｐｔｕｒｉｎｇ ｓｅｔ；ＡＲＭ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ；Ｗｉｎｄｏｗｓ ＣＥ ＯＳ；ＦＰＳ２００
１引言
ＲＯＭ，外部存储器，ＬＣＤ显示模块，接口模块７个部分组成。 图ｌ给出系统结构框图。
在个人身份识别领域，指纹识别作为目前最为成熟的生
物识别技术之一，成为很多应用场合的首选。和ＰＣ环境相
比．嵌入式系统有着体积小。功耗低的特点，由于功能相对专
一。在稳定性，可靠性和安全性上有一定优势。所以现在嵌入
式系统不仅应用在移动设备上．而且在固定场合的身份识别
ＶＳＳ
（３）ＦＰｓ２００内部包括一个新的二阶的ＡＩＤ转换器，功耗
ＶＤＤ
低（７５％）；ＦＰＳ２００传感器单元间距变小，提高了传感器阵列
甲
Ｒ４
的机械强度． 系统采用ＵＳＢ接口模式１２ＩBaidu Nhomakorabea设计中请注意：①ＦＰｓ２００的
工作电压是３．３，３．６ Ｖ．而ＵＳＢ的供电电压是５ Ｖ．所以要用 电压转换芯片实施电压转换；（爹ＦＰＳ２００通过ＭＯＤＥｌ和 ＭＯＤＥＯ ２个引脚来实现接口模式的选择。在ＵＳＢ接口模式 下，将微处理器接Ｅｌ模式和ＳＰＩ予以屏蔽。此时ＭＯＤＥ【】：０］－ｌ
敏度ｉ为指纹采集做好准备。改变Ｄ‘ｒＲ的值可以改变电容的 需要根据不同的工作条件进行参数调整。图４（ａ）的图像是
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万方数据
∥电子设计工程）２００９年第１期
Ｌ■少 ————］．＿——一
写ＤＴＲ，眦ＲＰＧＣ
初始１＿匕ＣＴＲＬＡ选择ＧＥＴＩＭＧ模式
等待行捕捉时间
ｋ逦爹Ｉ Ｉ—再再而蠢圃 从ＣＴＲＬＡ中１女出一行数据
ＳＤＲＡＭ，６４ＭＢ ＮＡＮＤ Ｆｌａｓｈ，ｌ ＭＢ ＢＯＯＴ Ｆｌａｓｈ，ＲＪ－－４５网卡，音
频输入和输出，ＵＳＢ Ｈｏｓｔ，ＵＳＢ Ｓｌａｖｅ，标准串口，ＳＤ卡橘座等
设备接１３。支持ＬＣＤ／ＳＴＮ液晶屏接口，可以接各种单色，伪
彩，真彩液晶屏，并含有触摸屏接口。通过预留的ＵＳＢ口可实 时地将数据导入Ｕ盘或者ＰＣ机硬盘中１４１。
系统进行窗口化操作。
当ＤＴＲ和ＤＣＲ值增大时。图像变白，对比度降低。
３系统软件设计及实现
采用ＥＶＣ工具开发上位机软件，可直接在Ｗｉｎｄｏｗｓ ＣＥｉｌ３ 环境下运行。上位机软件是控制系统运行的重要部分，主要
通过写寄存器ＣＴＲＬＡ可选择采集指纹的方式，有３种 指纹采集方式：采集某行（ＧＥＴＲＯＷ）；采集子图像（ＧＥＴＳＵＢ）， 采集整幅图（ＧＥＴＩＭＧ）。选择不同的采集方式．需要初始化的 行列寄存器则不同。图３给出系统软件流程图。