指纹识别控制系统设计.doc

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1、指纹识别控制系统设计摘要指纹识别技术是以数字图像处理技术为基础，而逐步发展起来的。相对于密码、各种证件等传统身份认证技术和诸如语音、虹膜等其它生物认证技术而言，指纹识别是一种更为理想的身份认证技术。使用指纹识别具有许多优点，例如：每个人的指纹都不相同，极难进行复制或被盗用；指纹比较固定，不会随着年龄的增长或健康程度的变化而变化；最重要的在于指纹图像便于获取，易于开发识别系统，具有很高的实用性和可行性。现代电子集成制造技术使得我们可以制造相当小的指纹图像读取设备，同时飞速发展的个人计算机运算速度提供了在微机甚至单片机上可以进行两个指纹的比对运算的可能。目前的指纹识别算法已经非常成熟，完全可以用在

2、各种安全检测设备中，并以此控制各种东西。现在，指纹识别已经应用在考勤、门禁、保险箱柜等领域，相信，随着指纹识别技术的完善，还会广泛的应用在身份证，机动车，家居等更多的领域。本设计主要用LTTC500指纹传感器和ARM7构成指纹识别模块，完成指纹识别的算法，并把结果通过串口送出来。控制部分的核心是AT89S52，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（如时钟芯片PCF8563、E2PROM等）。本设计完成的功能是门禁，它适用于公用场所和私人住所的门禁功能，并且能记录开关门记录。关键字：LTTC500；ARM7；AT89S52；步进电机；串口通信Fingerprint Ide

3、ntification Control SystemAbstractFingerprint Identification technology is gradually developing with the digital image processing technology. Comparing with the password or other traditional documents such as identity authentication technology and voice, iris and other biological authentication tech

4、nology, Fingerprint Identification is a better identity authentication technology. There are many advantages using Fingerprint Identification. For example: every persons fingerprints are not the same that it is very difficult to copy or embezzled; Fingerprint is not change with the increasing age or

5、 the health status; The most important is that it is easy to get the fingerprint image and make a identification system, it is of high relevance and feasibility. It is possible to compare two fingerprints with the electronic integrated manufacturing technology creating a small image of the fingerpri

6、nt reading equipment and the great development of the personal computer provides a faster computer or even in a MCU. The fingerprint identification algorithm is very mature, it is able to be used in a variety of security detection devices, and to control many kinds of things. Now the Fingerprint Ide

7、ntification technology has been used in attendance, access control, insurance, and other realm. I believe it will be widely used in the ID card, automobile, home and other realm with the improvement of fingerprint identification technology.The design uses LTT-C500 fingerprint sensor and ARM7 to buil

8、d the fingerprint identification module, and does the fingerprint identification algorithms then sends the result using the serial port. Control part mainly uses the AT89S52 to complete communications with the fingerprint identification module and PC, and control external circuits(such as PCF8563, E

9、2PROM, etc.). The completed design is the function of access control, it applies in public areas and private residences of the access control function, and can record switch gate record. Keywords：LTT-C500; ARM7; AT89S52; step electromotor; the serial communication目 录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 课题背景11.2指

10、纹识别的发展及现状11.3指纹识别的原理和特点21.3.1指纹识别的原理21.3.2指纹识别的特点31.4 本设计研究的主要内容3第二章 系统总体结构42.1 系统结构42.1.1 指纹识别模块42.1.2 控制模块42.1.3 USB模块52.2系统功能52.2.1 指纹识别模块功能52.2.2控制模块功能62.2.3 PC机功能7第三章 系统硬件设计83.1 电源电路83.2 指纹识别模块83.2.1 指纹传感器83.2.2 LPC2136 ARM7单片机93.3 控制模块113.3.1 AT89S52及其复位电路113.3.2 4*3按键123.3.3 串口123.3.4 时钟芯片PCF

11、8563133.3.5 E2PROM AT24C64133.3.6 步进电机驱动电路143.3.7 RTT12864E LCD模块143.3.8 USB接口153.4 USB模块15第四章 系统软件设计174.1 C/OSII实时嵌入式系统简介174.2 指纹识别算法设计184.2.1 图像增强184.2.2 二值化194.2.3 细化204.2.4 特征提取234.2.5 特征匹配264.3 控制模块334.3.1 4*3按键334.3.2串口（接收指纹识别模块输出的结果）344.3.3 时钟芯片PCF8563354.3.4 E2PROM AT24C64364.3.5 步进电机的驱动384.

12、3.6 RTT12864E LCD模块驱动394.3.7 菜单设计414.3.8 USB固件编程424.4 上位机的编程45第五章 结束语46附录电路的PCB图47参考文献：48第一章 绪论1.1 课题背景随着现代经济和社会的不断发展，越来越多的场合需要身份的确认。而传统的身份识别技术已经远远不能满足这种要求。基于人的身体特征具有不可复制的特点，人们开始把目光转向了生物识别技术。指纹识别以其独特的特点，成为了众多生物识别技术中备受青睐的一个。现在国内外指纹识别的技术基本上都是采用基于细节点特征的指纹识别技术，从研究角度来说，国内外的差距并不明显。但是国内对于指纹识别技术主要侧重于研究角度，很长

13、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。而且大多的指纹识别产品的厂家都采取仿造国外产品的模式，其核心构件“指纹识别模块”普遍依靠国外进口。因此，开发出具有自己知识产权的指纹识别算法和指纹识别模块将会有很好的市场前景。1.2指纹识别的发展及现状公元前7000年到6000年以前，指纹作为鉴别身份的工具已经在古代中国和古叙利亚开始应用。文物告诉我们，一些粘土陶器上留有陶艺匠人的指纹，古代中国的一些文件上印有起草者的大拇指指纹，古叙利亚的一些远古房屋的城墙留有砖匠的指纹等。由此可见，指纹的一些

14、特征在当时已经被人们认识和接受。19世纪初，科学研究发现了人类指纹的两个重要特征，一是两个不同手指的指纹纹脊的式样不同，另外一个是指纹纹脊的式样终生不变，科学上称之为指纹的唯一性和不变性。这个研究成果使得指纹在犯罪事件的鉴别中得以正式应用。1896年阿根廷首次应用，然后是1901年的苏格兰，20世纪初的其他国家也相继应用到罪案的鉴别中。20世纪60年代，由于计算机可以有效地处理图形，人们开始着手研究利用计算机来处理指纹。从此自动指纹识别系统(AFIS，Auto Fingerprint Identification System)在法律实施方面的研究和应用在世界许多国家展开。到了20世纪80年代

15、，个人电脑、光学扫描等技术革新使得他们作为指纹取像的工具成为现实，从而使指纹识别可以在其他领域中得以应用。随着取像设备的引入及其飞速发展，生物指纹识别技术的逐渐成熟，可靠的比对算法的发现都为指纹识别技术提供了更广阔的舞台。生物识别技术被广泛应用意味着它能在影响亿万人的日常生活的各个地方使用。通过取代个人识别码和口令，生物识别技术可以阻止非授权的“访问”，可以防止盗用ATM、蜂窝电话、智能卡、桌面PC、工作站及其计算机网络；在通过电话、网络进行金融交易时进行身份认证；在建筑物或工作场所生物识别技术可以取代钥匙、证件、图章等。生物识别技术的飞速发展及其广泛应用将开创个人身份鉴别的新时代。指纹识别作

16、为科技识别技术已经有很长的历史了，基于指纹的科技识别技术在美国和西欧已使用了一百多年，而最早用于商业的指纹设备亦始于20世纪70年代。20世纪60年代到70年代，指纹识别技术发生新突破。随着个人计算机和光学扫描技术的发展，FBI开始使用一种自动识别指纹的设备，至70年代末期，开始在美国大范围内推广使用。20世纪90年代末期，价格较低的指纹采集器、快速、匹配的算法发展为指纹技术用于个人身份识别提供了广阔的市场空间，不过目前用于数字交易系统的指纹技术与过去的AFIS有着根本的区别。我们可能会丢失证件或遗忘密码，但不太可能“丢失”或“遗忘”自己的手指。起始于本世纪70年代的生物测量学代表了最安全可靠

17、的个人身份鉴别方法。人的每个手指隐藏有80到100个独立的特征，这些特征经过编码，可以以“生物代码”形式储存在计算机里。几十年来，指纹识别技术一直在公安执法部门中使用，成为一种较成熟的犯罪识别方式。目前，随着生物测量技术的发展，其市场成本显著下降，进入民用已成为可能。人类人口按60亿计算，则需要300年才可能出现重复的指纹，概率几乎为零。一个人在母腹7个月时指纹就已经定型，随着年龄的增长指纹一直保持不变；如果手指没有损及真皮组织，即使指纹受到破坏，也会很快复原。因此，指纹以其不变性，在身份识别领域中一直是最为可靠的手段，并为各国法律所广泛承认。指纹鉴定和识别是建立在独一无二且与生俱来的指纹之上

18、的强大技术，即使是同胞兄弟也有独特的指纹。找到两个完全相同的指纹几乎是不可能的，而且只要部分指纹就可以进行确定的鉴别。尖端科技保证了指纹锁的安全性。Bill Gates曾做过这样的断言：利用人的生理特征的生物识别技术，例如指纹等来识别个人的身份，将成为今后几年IT产业的重要革新。近年来，越来越多指纹产品的出现，如：指纹门锁、指纹鼠标、指纹ATM提款机、指纹蜂窝电话、指纹门禁控制系统等等，不胜枚举。这些产品的共同特征是将指纹技术结合在产品中，使产品具有目前最先进的科技技术。基于目前指纹技术自身的局限性，在指纹家族众多产品中，指纹门锁因技术稳定、安全可靠性好、有效地满足人们出入无需带钥匙、卡、记住

19、密码等便利而备受瞩目。指纹门锁也可与感应卡技术同时使用，进一步提高安全指标。目前人体特征识别技术市场上占有率最高的是指纹机和手形机，这两种识别方法也是目前技术发展中最成熟的。IBG(International Biometric Group)在2000年生物识别技术市场的分析报告中得出1999年度各种生物识别技术产品利润的市场占有率为：指纹识别34%，手形识别25%，面部识别16%，发音识别11%，虹膜识别11%和签名识别3%。美国生物认证市场到2005年则将达到19亿美元，指纹识别将占40%，虹膜识别将占10%左右。美国生物认证市场在未来几年中仍然保持高速增长的趋势，指纹保持在30%左右，虹

20、膜将保持在50%左右。另据一家全球权威市场调研机构对中国市场的预测：中国指纹识别2005年市场收入突破10亿元，保持50%左右的增长速度，2007年将突破35亿元。1.3指纹识别的原理和特点1.3.1指纹识别的原理指纹其实是比较复杂的。与人工处理不同，自动指纹识别技术并不直接存储指纹的图像。多年来在各个公司及其研究机构产生了许多数字化算法。但指纹识别算法最终都归结为在指纹图像上找到并比对指纹的特征。通过计算机模糊比较的方法，把两个指纹的模板进行比较，计算出它们的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果。指纹的特征：指纹具有两类特征，即总体特征和局部特征。在考虑局部特征的情况下，英国学者E.R.He

21、rry认为，只要比对13个特征点重合，就可以确认为是同一个指纹。1.总体特征：是指那些用人眼直接就可以观察到的特征。如纹形：环型(loop)、弓型(arch)、螺旋型(whorl)；2.局部特征：局部特征是指指纹上的节点的特征，这些具有某种特征的节点称为特征点。两枚指纹经常会具有相同的总体特征，但它们的局部特征特征点，却不可能完全相同。1.3.2指纹识别的特点相对于其它身份认证技术，自动指纹识别技术是一种更为理想的身份确认技术，用自动指纹识别不仅具有许多独到的信息安全优点，更重要的是还具有很高的实用性、可行性。具体体现在以下几个方面：1.每个人的指纹是独一无二的，两人之间不存在着相同的手指指纹

22、。2.每个人的指纹是相当固定的，不会随着人的年龄的增长或身体健康程度的变化而变化，但是人的声音等却存在较大变化的可能。3.指纹样本便于获取，易于开发识别系统，实用性强。目前已有标准的指纹样本库，方便了识别系统的软件开发；另外，识别系统中完成指纹采样功能的硬件部分也较易实现。而对视网膜则难于采样，也无标准的视网膜样本库供系统软件开发使用，这就导致视网膜识别系统难以开发，可行性较低。4.一个人的十指指纹皆不相同，这样可以方便地利用多个指纹构成多1.4 本设计研究的主要内容本设计研究的主要内容有三个部分。第一部分就是研究指纹识别的算法，并利用C/OSII嵌入式做出来，并把结果通过串口传送出来。第二部

23、分就是利用AT89S52做控制模块，对指纹模块的结果进行处理，并控制各种外围电路。第三部分就是利用PDIUSBD12与PC机进行通信。可以通过PC机对控制模块进行操作。第二章 系统总体结构2.1 系统结构本文的系统主要有三个部分构成：指纹识别模块；控制模块；USB模块。它们的结构如下图所示：上位机USB模块指纹识别模块51单片机控制模块图2-1 总系统结构2.1.1 指纹识别模块指纹识别模块主要由LPC2136单片机和LTTC500构成，它是用C/OSII内核做的，完成指纹识别算法，并把结果送到串口给51单片机控制模块使用。C/OSII内核控制模块串口（输出指纹识别结果）指纹传感器指纹图象处理

24、任务（图象增强、二值化、细化、特征提取、特征匹配）图2-1-1 指纹识别模块结构2.1.2 控制模块控制模块是由51单片机AT89S52和外围电路构成，外围电路主要由LCD模块、步进电机、时钟芯片PCF8563、语音模块、E2PROM24C64、键盘等构成。AT89S52完成菜单的设计和控制外围电路的作用。指纹识别模块键盘时钟芯片PCF8563液晶模块（有中文字库）步进电机语音模块USB模块图2-1-2 控制模块结构2.1.3 USB模块USB模块的作用是完成控制模块和PC机的通讯，本设计采用的是PDIUSBD12芯片，它完全符合USB1.1的标准，而且设计起来也不会非常的难。这个模块是由PD

25、IUSBD12和一些外围电路构成的。C51控制模块USB模块PC机图2-1-3 USB模块结构2.2系统功能2.2.1 指纹识别模块功能模块共实现：指纹保护模式、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，

26、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，模块串口会以0.5秒间隔发送0x0F数据。指纹保护解除模式：管理员或者使用者的指纹识别通过后，则模块进入该模式。但是30s后，模块将回到指纹保护模式，需要重新通过指纹识别才能再次进入指纹保护解除模式。指纹保护解除模式下，如果管理者将手指按在指纹传感器上超过3s并在6s以前拿开手指（36s间，蜂鸣器会以高频、0.25s鸣0.25s停、循环提示使用者），则模块进入指纹保护旁路状态；如果管理者将手指按在指纹传感器上超过6s并在9s以前拿开手指（69s间，蜂鸣器会以中频、0.25s鸣0.25s停

27、、循环提示使用者），则模块进入指纹注册状态；如果管理者将手指按在指纹传感器上超过9s并在12s以前拿开手指（912s间，蜂鸣器会以低频、0.25s鸣0.25s停、循环提示使用者），则模块进入指纹删除状态；如果管理者将手指按在指纹传感器上超过12s，则又会回到指纹保护解除模式。如果是使用者（非管理员）的手指，按在指纹传感器上超过3s并在6s以前拿开手指（36s间，蜂鸣器会以高频、0.25s鸣0.25s停、循环提示使用者），则模块进入指纹保护旁路状态；如果使用者手指按在指纹传感器上超过6s，则又会回到指纹保护解除模式。需要强调的是，指纹保护旁路状态、指纹注册状态、指纹删除状态只有管理员的指纹才能进

28、入，使用者只能进入指纹保护旁路状态。 在保护解除状态下，模块串口会以0.5秒间隔发送0x55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

29、.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

30、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6s9s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12名有管理权限的管理者各用12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，将无法发送正常的串口数据），会首先发送暂停标志数据：0xA0

31、，特定操作完成后，会自动重新开始发送正常数据(0x55或0x0F)。指纹删除模式：在该模式下，已经注册的指纹队列的最后一个被删除。如果指纹队列已经删除空，则模块将回到出厂状态；如果指纹队列没有被删除空，则模块自动进入到指纹保护模式。如果想再删除其他指纹，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9s12s间拿开手指，重新进入指纹删除状态，删除成功后，蜂鸣器长鸣1s，绿灯常亮。 在删除状态下，模块串口会以0.5秒间隔发送0x55数据，在删除模式下，如果执行特定操作（在特定操作过程中，将无法发送正常的串口数据），会首先发送暂停标志数据：0xA0，特定操作完成后，会

32、自动重新开始发送正常数据(0x55或0x0F)。指纹保护旁路模式：在某些情况下，希望把指纹识别功能屏蔽掉，这个时候可以进入指纹保护旁路模式。进入该模式后，除非管理员或者使用者通过指纹识别解除指纹保护旁路模式，否则模块不会退出该模式。在该模式下，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停循环2次来提示，直到手指离开传感器，模块自动进入指纹保护解除模式；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停循环3次来提示，直到手指离开传感器，模块将继续处于指纹保护旁路模式。 在旁路状态下，模块串口会以0.5秒间隔发送数据0x55。2.2.2控制模块

33、功能该部分用键盘控制各个部分协调工作，并完成菜单的设计。表2-2-2 控制模块功能功能1时间的显示和设置（日期、星期、时间）功能2使用模式的选择和设置（模式0：密码+指纹；模式1：仅用指纹）功能3按下“开门”键，根据使用模式进入不同的界面，最后运行步进电机功能4使用密码保护，并可以设置密码（密码是6位的）功能5设置步进电机的转速和圈数，并可以进行测试功能6查看开关门记录（最多可以保存50个记录，超过的将自动覆盖最旧的记录）功能7删除记录（将全部记录删除）2.2.3 PC机功能主要是读取时间和记录，并设置一些参数表2-2-3 PC机功能功能1读取时间并显示出来，可以进行时间设置功能2设置使用模式

34、（模式0：密码+指纹；模式1：仅用指纹）功能3设置密码（密码是6位的）功能4设置步进电机的转速和圈数，并可以进行测试功能5查看开关门记录功能6删除记录（将全部记录删除）第三章 系统硬件设计3.1 电源电路系统的工作电压是+5V，可以由外接电源经LM7805稳压后的到，也可以由USB供电。LM7805是三端固定输出电压式稳压电源运用其器件内部电路来实现过压保护、过流保护、过热保护，这使它的性能很稳定。能够实现1A以上的输出电流，器件具有良好的温度系数。图3-1 电源电路图3.2 指纹识别模块指纹识别模块主要由指纹传感器LTTC500和LPC2136 ARM7单片机构成，完成指纹识别算法，并把结果

35、通过串口输出。3.2.1 指纹传感器LTT-C500系列采集芯片经过超坚硬的表面处理，可称压力达到12GPa；以及数万计的抗磨损能力；能耗低，芯片长时间工作不明显发热发烫。它具有各种极好的性能，是生物指纹辨识产品指纹采集装置的上乘首。该产品可广泛应用于电子电器五金安全等各行各业，比如手机、PDA、计算机、笔记本、汽车、门锁、门禁、个人身份证、各种身份识别卡，还可以整合应用到互联网、银行系统、集团中央控制系统，等等。芯片特性：如下表表3-2-1 LTT-C500指纹传感器特性LTTC500封装24针规格22204(mm)传感区域11.8mm9.6mm 236192像素图像解析度508DPI图像灰

36、阶256（8bit）工作电压4.5V5.5V工作电流30mA35mA工作温度4080ESD15KV输出8位并行接口帧速810帧/秒3.2.2 LPC2136 ARM7单片机概述LPC2136微控制器是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的16/32位ARM7TDMI-S CPU，并带有256kB嵌入的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。较小的封装和很低的功耗LPC2136特别适用于访问控制和POS机等小型应用中；由于内置了宽范围的串行通信

37、接口和32kB的片内SRAM，它们也非常适合于通信网关、协议转换器、软件modem、语音识别、低端成像，为这些应用提供大规模的缓冲区和强大的处理功能。多个32位定时器、1个或2个10位8路的ADC、10位DAC、PWM通道、47个GPIO以及多达9个边沿或电平触发的外部中断使它们特别适用于工业控制应用以及医疗系统。主要特性l 16/32 位ARM7TDMI-S 核，超小LQFP64 封装。l 32kB 的片内静态RAM和256/512kB 的片内Flash 程序存储器。128 位宽度接口/加速器可实现高达60 MHz 工作频率。l 通过片内boot 装载程序实现在系统编程/在应用编程（ISP/

38、IAP）。单个Flash扇区或整片擦除时间为400ms。256字节行编程时间为1ms。l EmbeddedICE RT和嵌入式跟踪接口通过片内RealMonitor软件对代码进行实时调试和高速跟踪。l 2个8路10位的A/D转换器，共提供16路模拟输入，每个通道的转换时间低至2.44us。l 1个10位的D/A转换器，可产生不同的模拟输出。l 2个32位定时器/外部事件计数器（带4路捕获和4路比较通道）、PWM单元（6 路输出）和看门狗。l 低功耗实时时钟具有独立的电源和特定的32kHz时钟输入。l 多个串行接口，包括2个16C550工业标准UART、2个高速I2C总线（400 kbit/s）

39、、SPI和具有缓冲作用和数据长度可变功能的SSP。l 向量中断控制器。可配置优先级和向量地址。l 小型的LQFP64封装上包含多达47个通用I/O口（可承受5V电压）。l 多达9个边沿或电平触发的外部中断管脚。l 通过片内PLL（100us的设置时间）可实现最大为60MHz的CPU操作频率。l 片内集成振荡器与外部晶体的操作频率范围为130 MHz，与外部振荡器的操作频率范围高达50MHz。l 低功耗模式：空闲和掉电。l 可通过个别使能/禁止外部功能和外围时钟分频来优化功耗。l 通过外部中断或BOD将处理器从掉电模式中唤醒。l 单电源，具有上电复位（POR）和掉电检测（BOD）电路：CPU操作

40、电压范围：3.0V3.6 V(3.3 V10)，I/O口可承受5V的电压。结构框图：如下图所示图3-2-2-1图3-2-2 LPC2136结构框图3.3 控制模块控制模块主要由AT89S52和外围电路(复位电路、按键、时钟芯片、E2PROM、步进电机驱动电路、LCD模块等)构成。3.3.1 AT89S52及其复位电路AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU 和在系

41、统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。主要性能l 与MCS-51单片机产品兼容l 8K字节在系统可编程Flash存储器l 1000次擦写周期l 全静态操作：0Hz33Hzl 三级加密程序存储器l 32个可编程I/O口线l 三个16位定时器/计数器l 八个中断源l 全双工UART串行通道l 低功耗空闲和掉电模式l 掉电后中断可唤醒l 看门狗定时器l 双数据指针l 掉电标识符 图3-3-1 AT89S52及其复位电路使用时注意事项：(1) 管脚的使用：如果接地，则单片机只执行外部程序存储器的指令，地址为0000HFFFFH。如果接VCC，则单片

42、机执行片内程序存储器的指令（0000H1FFFH）；如果需要，可自动转到执行片外程序存储器的指令（2000HFFFFH）。所以在没有片外程序存储器时，应该把这个管脚接地(2)P0口的使用：它是一个八位、开漏极、双向IO口。当用做通用I/O口时，每个引脚可驱动8个TTL负载；当用做输入时，每个端口首先置1。P0口也可以做访问片外数据存储器和程序存储器时的低八位地址/数据总线复用口。这种情况下，P0口内含上拉电阻。在Flash编程时，P0口输入代码数据；在Flash校验时，P0口输出代码数据。在进行编程时校验时，需外接上拉电阻。复位电路本文采用的是硬件复位方法，虽然可以使用上机复位，但是为了方便于

43、调试，故采用硬件复位。Flash编程（本文采用的是串行编程）图3-3-1 AT89S52串行编程电路、串行编程和校验波形3.3.2 4*3按键本设计一个用了12个按键，12个按键组成矩阵式键盘，并用反转法工作，所以要使用7个I/O口。它的电路图如下图：图3-3-2 矩阵按键的电路及它与单片机的接口3.3.3 串口用来连接指纹识别模块的串口，把指纹识别模块的结果输入AT89S52中用来控制其它部分工作。3.3.4 时钟芯片PCF8563概述PCF8563是一款低功耗的CMOS实时时钟日历芯片，它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过I2C总线接口串行传递。最大总线

44、速度为400Kbits/s，每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动增加。芯片特性l 低工作电流：典型值为0.25A（VDD=3.0V，Tamb=25时）；l 世纪标志；l 大工作电压范围：1.05.5V；l 低休眠电流；典型值为0.25A （VDD=3.0V, Tamb=25）；l 400KHz的I2C总线接口（VDD=1.85.5V 时）；l 可编程时钟输出频率为：32.768KHz，1024Hz，32Hz，1Hz； 图3-3-4 PCF8563电路接线图l 报警和定时器；l 掉电检测器；l 内部集成的振荡器电容；l 片内电源复位功能；l I2C总线从地址：读：0xA3H；写：0xA2H；

45、l 开漏中断引脚。3.3.5 E2PROM AT24C64概述CAT24WC32/64是一个64K位串行CMOS E2PROM，内部含有8192个字节（每字节为8位）。CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗，CAT24WC64有一个32字节页写缓冲器，该器件通过I2C总线接口进行操作。芯片特性l 与400KHz I2C总线兼容l 1.8到6.0伏工作电压范围l 最多可级联8个器件l 低功耗CMOS技术l 写保护功能：当WP为高电平时进入写保护状态l 32字节页写缓冲器l 自定时擦写周期l 噪声保护的施密特触发输入l 零待机电流1,000,000编程/擦写周期 图3-3-5

46、 AT24C64接线图l 可保存数据100年l 8脚DIP SOIC封装l 温度范围商业级、工业级和汽车级使用说明(1) A0、A1、A2器件地址输入端：这些管脚为硬连线或者不连接，对于单总线系统最多可寻址8个CAT24WC64，当这些引脚没有连接时其默认值为0。(2) WP写保护：当WP脚连接到Vcc所有内存变成写保护(只能读)。当WP引脚连接到Vss或悬空，允许器件进行读/写操作。3.3.6 步进电机驱动电路步进电机使用的是四线两相/12L小型步进电机，他的工作电压是35V，步进角7.5/15。它的管脚配置是：将电机的轴朝上，把引脚对着自己，下面两个从右到左分别是 A、非A ; 上面两个从右到左分别是B、非B。可以使用各种专门的驱动