單片機(jī)指紋識(shí)別設(shè)計(jì)論文

目    錄

1        引言        1

1.1        指紋識(shí)別簡(jiǎn)介        1

1.1.1        指紋識(shí)別原理        1

1.1.2        指紋識(shí)別應(yīng)用        2

1.1.3        指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展        2

1.2        系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的        3

1.3        課題背景        3

2        整體設(shè)計(jì)方案        4

2.1        系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)        4

2.1.1        系統(tǒng)功能描述        4

2.1.2        系統(tǒng)總體框架        4

2.2        系統(tǒng)核心部件單片機(jī)        5

2.2.1        單片機(jī)的選擇        5

2.2.2        ATMEG16單片機(jī)的介紹        7

2.2.3        單片機(jī)的復(fù)位電路        9

2.2.4        ATMEG16最小系統(tǒng)及晶振的選擇        10

2.3        液晶顯示模塊        11

2.3.1        HS12864-15C系列液晶的特點(diǎn)        11

2.3.2        HS12864-15C系列液晶的引腳功能        12

2.3.3        液晶顯示HS12864-15C的指令系統(tǒng)        13

2.4        電源和指紋模塊        13

2.4.1        ZAZ-010系列獨(dú)立式指紋識(shí)別模塊引腳功能        14

2.4.2        ZAZ-010系列指紋識(shí)別模塊指令系統(tǒng)        15

2.4.3        電源模塊        17

3        系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)        19

3.1        系統(tǒng)程序工作分析        19

3.2        設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備工作        19

3.3        單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)        20

3.3.1        鍵盤(pán)管理程序設(shè)計(jì)流程        22

3.3.2        LCD顯示模塊程序設(shè)計(jì)流程        22

3.3.3        指紋通信模塊的程序設(shè)計(jì)流程        23

4        實(shí)物的制作與調(diào)試        24

4.1        電路的焊接        24

4.2        電路和程序的調(diào)試        25

4.2.1        單片機(jī)的程序下載        25

4.2.2        串口調(diào)試        25

4.2.3        液晶鍵盤(pán)調(diào)試        26

結(jié)    論        27

參考文獻(xiàn)        28

附錄1：串口調(diào)試子程序        29

附錄2：整體源程序        31

附錄3：硬件電路圖        48

致    謝        49

我們今天的工作生活中，很多的場(chǎng)合都需要身份的認(rèn)證，而傳統(tǒng)的基于標(biāo)志的身份認(rèn)證技術(shù)由于受到證件偽造以及密碼破解等手段的威脅，逐漸表現(xiàn)得有些力不從心。怎樣保護(hù)自己的重要文件資料，如何保證自己的隱私不被泄露？在傳統(tǒng)的身份認(rèn)證中，我們往往使用密碼加密法，但是這種方法只是"防君子不防小人"。在高明的黑客眼里，由幾個(gè)字符組成的密碼脆弱得不堪一擊�，F(xiàn)在，科技的發(fā)展讓我們有了新的選擇——生物識(shí)別技術(shù)。將生物識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于筆記本、門(mén)鎖等方面，可以對(duì)文件、財(cái)產(chǎn)起保護(hù)作用，并且可以進(jìn)行身份識(shí)別。

生物識(shí)別技術(shù)是依據(jù)人的體貌、聲音等生物特征進(jìn)行身份驗(yàn)證的科學(xué)解決方案，現(xiàn)有的生物識(shí)別技術(shù)大致上包括指紋識(shí)別技術(shù)、掌紋識(shí)別技術(shù)、視網(wǎng)膜識(shí)別技術(shù)、虹膜識(shí)別技術(shù)、面相識(shí)別技術(shù)、聲音識(shí)別技術(shù)和筆跡識(shí)別技術(shù)等。生物識(shí)別技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要有：1、減少、消除身份假冒，進(jìn)行真實(shí)身份的確認(rèn)；2、降低管理成本，取代了身份人工認(rèn)證過(guò)程；3、方便使用者，減少或消除了使用卡、鑰匙或者密碼等麻煩。生物識(shí)別技術(shù)的發(fā)展主要起始于指紋研究，它亦是目前應(yīng)用最為廣泛的生物識(shí)別技術(shù)。

指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展得益于現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)和快速可靠的算法的研究。盡管指紋只是人體皮膚的小部分，但用于識(shí)別的數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)也不是簡(jiǎn)單的相等與不相等的問(wèn)題，而是使用需要進(jìn)行大量運(yùn)算的模糊匹配算法。現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)使得我們可以制造相當(dāng)小的指紋圖像讀取設(shè)備，同時(shí)飛速發(fā)展的個(gè)人計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度提供了在微機(jī)甚至單片機(jī)上可以進(jìn)行兩個(gè)指紋的比對(duì)運(yùn)算的可能。另外，匹配算法可靠性也不斷提高，指紋識(shí)別技術(shù)己非常實(shí)用。

1.1  指紋識(shí)別簡(jiǎn)介

1.1.1 指紋識(shí)別原理

指紋識(shí)別技術(shù)的原理和其它生物識(shí)別技術(shù)的原理相似。它是利用人體的指紋特征對(duì)個(gè)體身份進(jìn)行區(qū)分和鑒定。在所有的生物識(shí)別技術(shù)中指紋識(shí)別技術(shù)是目前最為成熟，也被應(yīng)用最廣的生物識(shí)別技術(shù)。這主要因?yàn)橹讣y采用的過(guò)程對(duì)人們來(lái)講非常簡(jiǎn)單，指紋識(shí)別的準(zhǔn)確率高的原因。嚴(yán)格來(lái)講，指紋識(shí)別的原理包括指紋采集原理、指紋特征提取原理和指紋特征匹配原理三大部分。指紋采集原理主要是根據(jù)指紋的幾何特性或生理特性，通過(guò)各種傳感技術(shù)把指紋表現(xiàn)出來(lái)，形成數(shù)字化表示的指紋圖案。

由于指紋的嵴和峪的幾何特征不同，主要表現(xiàn)為嵴是突起的，峪是凹下的，所以在接觸到光線時(shí)，其反射光的強(qiáng)度也就不同。在接觸到平面時(shí)，其在平面上形成的壓力也就不同。另一方面，由于指紋的嵴和峪的生理特征不同，主要表現(xiàn)為：嵴和峪的溫度不同，其導(dǎo)電性也不同，其對(duì)波長(zhǎng)的反饋也就不同。通過(guò)這些幾何的、生理的特性的不同，把人的指紋采集到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中形成指紋圖像。

指紋特征分析的原理是對(duì)指紋圖案的整體特征和細(xì)節(jié)特征進(jìn)行提取、鑒別的原理。其分析的對(duì)象包括紋形特征和特征點(diǎn)的分布、類(lèi)型，以及一組或多組特征點(diǎn)之間的平面幾何關(guān)系。特征點(diǎn)的平面幾何關(guān)系表現(xiàn)為某個(gè)特征點(diǎn)之間的距離等，或者某三個(gè)或更多特征點(diǎn)之間組成的多邊形的幾何特性。不論是特征點(diǎn)的單體特征，還是特征點(diǎn)的組合特征都是指紋特征的組成部分。把這些指紋特征用數(shù)字模板的形式表示出來(lái)，就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)指紋特征分析的過(guò)程。把人的指紋采集到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中形成指紋圖像。

指紋特征值匹配原理是對(duì)指紋圖案的整體特征和細(xì)節(jié)特征按模式識(shí)別的原理進(jìn)行比對(duì)匹配。匹配是在已注冊(cè)的指紋和當(dāng)前待驗(yàn)證的指紋之間進(jìn)行的。匹配運(yùn)算不是對(duì)兩個(gè)指紋圖像進(jìn)行比較，而是對(duì)已形成數(shù)字模板的指紋特征值進(jìn)行匹配。

1.1.2 指紋識(shí)別應(yīng)用

指紋識(shí)別技術(shù)是最早的通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的身份識(shí)別手段，它是應(yīng)用最為廣泛的生物特征識(shí)別技術(shù)。過(guò)去，它主要應(yīng)用于刑偵系統(tǒng)。近幾年來(lái)，它逐漸走向市場(chǎng)更為廣泛的民用市場(chǎng)。指紋技術(shù)在現(xiàn)代生活和工作中的應(yīng)用已越來(lái)越普遍，指紋考勤機(jī)、指紋社保、指紋銀行、指紋商場(chǎng)、指紋投票、指紋保護(hù)電腦、等等生活中和工作中的新現(xiàn)象已廣為人知，其應(yīng)用相當(dāng)廣泛，指紋技術(shù)正在日益刷新著我們的現(xiàn)代化生活方式。指紋識(shí)別技術(shù)是目前國(guó)際公認(rèn)的應(yīng)用廣泛、價(jià)格低廉、易用性高的生物認(rèn)證技術(shù)。指紋只是人體皮膚的小部分，但是它卻蘊(yùn)涵了大量的信息。這些皮膚的紋路在圖案、斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)上是各不相同的，在信息處理中將它們稱(chēng)作"特征"。醫(yī)學(xué)上已經(jīng)證明這些特征對(duì)于每個(gè)手指都是不同的，而且這些特征具有唯一性和永久性。因此我們就可以把一個(gè)人同他的指紋對(duì)應(yīng)起來(lái)，通過(guò)比較他的指紋特征和預(yù)先保存的指紋特征，就可以驗(yàn)證他的真實(shí)身份。

1.1.3 指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展

在經(jīng)歷了近 10 年緩慢的自然增長(zhǎng)后，指紋識(shí)別技術(shù)即將迎來(lái)一個(gè)跳躍性發(fā)展的黃金時(shí)期。專(zhuān)家們保守估計(jì)，未來(lái) 5 年，我國(guó)將有近百億元的市場(chǎng)等待著企業(yè)去開(kāi)拓。指紋識(shí)別技術(shù)的巨大市場(chǎng)前景，將對(duì)國(guó)際、國(guó)內(nèi)安防產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。較小的公司將面臨新進(jìn)入的傳統(tǒng)行業(yè)大公司的無(wú)情競(jìng)爭(zhēng)。在這些巨無(wú)霸面前，現(xiàn)有中小公司很難說(shuō)有太大的競(jìng)爭(zhēng)力，行業(yè)重新洗牌不可避免，合并與退出可能會(huì)成為大部分中小公司的無(wú)奈選擇。最終可能形成傳統(tǒng)行業(yè)的公司或大資本在較短時(shí)間內(nèi)主導(dǎo)生物特征識(shí)別行業(yè)的局面。這也是每一個(gè)新興市場(chǎng)的必然結(jié)果。而競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果將會(huì)形成一個(gè)新興的大產(chǎn)業(yè)。

國(guó)內(nèi)生物識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用主要集中在企業(yè)級(jí)應(yīng)用上，在 2002年總體約為2.5億元人民幣的終端市場(chǎng)中，超過(guò) 40%的產(chǎn)品都用于考勤、門(mén)禁系統(tǒng)之中。自2002年以來(lái)整個(gè)生物識(shí)別市場(chǎng)中指紋識(shí)別占據(jù)了超過(guò) 98%的份額，從需求看，中國(guó) 13 億人口決定了中國(guó)將是未來(lái)全球最大的指紋識(shí)別認(rèn)證技術(shù)市場(chǎng)。

1.2  系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的

現(xiàn)代社會(huì)越來(lái)越需要高效可靠的身份識(shí)別系統(tǒng)。傳統(tǒng)的個(gè)人身份鑒別手段如口令、密碼、身份-甚至磁卡、IC 卡等識(shí)別卡方式。由于其與身份人的可分離性，可假冒、可偽造、可盜用、可破譯，已不能完全滿(mǎn)足現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和社會(huì)安全防范的需要。從消除人為不安全因素看，只有不易被他人代替、仿制、甚至其本人也無(wú)法轉(zhuǎn)讓的身份誤碼別憑證才能勝任。因此，基于人體生理特征的身份識(shí)別系統(tǒng)逐漸為社會(huì)所矚目。隨著識(shí)別技術(shù)的不斷成熟，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種基于人體生理特征的身份識(shí)別系統(tǒng)如：指紋、手掌、聲音、視網(wǎng)膜、瞳孔、面紋等識(shí)別技術(shù)紛紛從實(shí)驗(yàn)室中走出來(lái)，由小型機(jī)落戶(hù)微機(jī)，走向民用。而從易用性、安全性、成熟性和造價(jià)等方面綜合比較，指紋識(shí)別技術(shù)將成為未來(lái)人體生理特征身份識(shí)別技術(shù)的主流之一，指紋自動(dòng)識(shí)別技術(shù)開(kāi)創(chuàng)了個(gè)人身份鑒別的新時(shí)代，將來(lái)我們生活的很多場(chǎng) 合都要用到指紋，指紋使我們的生活更方便、安全。

1.3  課題背景

指紋檢測(cè)可以良好的判斷和定義一個(gè)人的真實(shí)生物身份，從而降低社會(huì)活動(dòng)中的信任成本。從根本上改變經(jīng)濟(jì)和社會(huì)交往模式，提高效率。未來(lái)社會(huì)利用生物識(shí)別技術(shù)的場(chǎng)合將會(huì)越來(lái)越多，指紋識(shí)別技術(shù)日趨完善，指紋檢測(cè)變得越發(fā)重要。本次設(shè)計(jì)指紋識(shí)別電子密碼鎖是基于深圳指昂科技有限公司生產(chǎn)的ZAZ-010指紋模塊,可以根據(jù)串口通信協(xié)議與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信，從而實(shí)現(xiàn)指紋的錄入、存儲(chǔ)、比對(duì)，并通過(guò)HS12864-15C液晶顯示出指紋采集存儲(chǔ)的過(guò)程和比對(duì)的結(jié)果。指紋電子密碼鎖安全可靠，使用方便。

2 整體設(shè)計(jì)方案

2.1  系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1.1 系統(tǒng)功能描述

本系統(tǒng)是針對(duì)指紋采集、識(shí)別模塊開(kāi)發(fā)出的指紋識(shí)別電子密碼鎖系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用指紋模塊搜索手指，一旦搜索到手指，立即采集指紋圖像，并將采集到的圖像轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)的形式發(fā)送出去。它利用人體指紋各異性和不變性，為用戶(hù)提供加密手段，使用時(shí)只需將手指平放在指紋采集儀的采集窗口上，即可完成采集任務(wù)，操作十分方便快捷。主要功能就是用液晶顯示出指紋模塊采集指紋圖像各個(gè)流程及比對(duì)的結(jié)果.采集指紋圖像之前，指紋模塊必須要檢測(cè)手指是否放在采集窗口上，所以就要有錄入指紋這一項(xiàng)功能。簡(jiǎn)單的描述本次設(shè)計(jì)的功能即使用指紋模塊檢測(cè)、錄入指紋，將比對(duì)的數(shù)據(jù)顯示在液晶屏幕上.本系統(tǒng)擁有一次最多錄入三個(gè)指紋的能力。

該系統(tǒng)的主要功能有以下幾個(gè)方面：

1．錄入指紋：系統(tǒng)預(yù)先要有錄入指紋的功能，即將個(gè)人的指紋通過(guò)指紋采集器采集用戶(hù)指紋的特征信息。

2．合成指紋模板并存儲(chǔ)：通過(guò)光電轉(zhuǎn)換后，將指紋特征值和對(duì)應(yīng)的 ID 號(hào)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。上位機(jī)只要有上傳指紋的命令，模塊可以立即將數(shù)據(jù)傳送到指定位置。

3．搜索指紋庫(kù)比對(duì)指紋：當(dāng)有指紋錄入時(shí)，模塊會(huì)響應(yīng)上位機(jī)指令搜索指紋庫(kù)比對(duì)指紋，同時(shí)液晶顯示比對(duì)結(jié)果，繼電器動(dòng)作、發(fā)光二極管亮。

2.1.2 系統(tǒng)總體框架

系統(tǒng)的總體框架是指根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，對(duì)系統(tǒng)所需元件、設(shè)備參數(shù)進(jìn)行必要的計(jì)算，通過(guò)認(rèn)真研究、分析、比較選定設(shè)備型號(hào)，再將設(shè)備、元件通過(guò)可靠的接口電路聯(lián)系起來(lái)構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。在系統(tǒng)的整體方案確定之前,先要明確設(shè)計(jì)要求，然后對(duì)系統(tǒng)硬件、軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中包括繪制原理框圖、電路圖，對(duì)原理進(jìn)行必要說(shuō)明，綜合考慮系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性要求，以保證所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的要求。通過(guò)查閱大量的文獻(xiàn)資料、綜合分析考慮 。主控芯片選用Atmeg16單片機(jī)。系統(tǒng)總體框圖如圖2-1所示：

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圖 2-1 系統(tǒng)總體框圖

系統(tǒng)主要由MCU、液晶屏、指紋模塊組成. 系統(tǒng)的工作方式主要是，當(dāng)檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)先由MCU通過(guò)串口通信控制指紋模塊對(duì)指紋進(jìn)行采集、錄入、存儲(chǔ)、比對(duì)。然后，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)對(duì)其它接口器件，如液晶屏、繼電器進(jìn)行響應(yīng)操作。

2.2  系統(tǒng)核心部件單片機(jī)

2.2.1 單片機(jī)的選擇

單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱(chēng)為微控制器。

通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖�及外部設(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。

20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來(lái)越快。時(shí)間對(duì)人們來(lái)說(shuō)總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時(shí)間。忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要的時(shí)候，這種遺忘無(wú)傷大雅。但是，一旦重要事情，一時(shí)的耽誤可能釀成大禍。

目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱(chēng)為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。

單片機(jī)經(jīng)過(guò)1、2、3代的發(fā)展，正朝著多功能、高性能、低電壓、低功耗、低價(jià)格、大存儲(chǔ)容量、強(qiáng)I/O功能及較好的結(jié)構(gòu)兼容性方向發(fā)展。其發(fā)展趨勢(shì)不外乎以下幾個(gè)方面：

1．多功能     

單片機(jī)中盡可能地把所需要的存儲(chǔ)器和I/O口都集成在一塊芯片上，使得單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)更多的功能。比如A/D、PWM、PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列）、WDT（監(jiān)視定時(shí)器---看家狗）、高速I(mǎi)/O口及計(jì)數(shù)器的捕獲/比較邏輯等。

有的單片機(jī)針對(duì)某一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，集成了相關(guān)的控制設(shè)備，以減少應(yīng)用系統(tǒng)的芯片數(shù)量。例如，有的芯片以MEG16為核心，集成了USB控制器、SMART CARD接口、MP3解碼器、CAN或者I*I*C總線控制器等，LED、LCD或VFD顯示驅(qū)動(dòng)器也開(kāi)始集成在8位單片機(jī)中。

2．高效率和高性能

為了提高執(zhí)行速度和執(zhí)行效率，單片機(jī)開(kāi)始使用RISC、流水線和DSP的設(shè)計(jì)技術(shù)，使單片機(jī)的性能有了明顯的提高，表現(xiàn)為：?jiǎn)纹瑱C(jī)的時(shí)鐘頻率得到提高；同樣頻率的單片機(jī)運(yùn)行效率也有了很大的提升；由于集成度的提高，單片機(jī)的尋址能力、片內(nèi)ROM（FLASH）和RAM的容量都突破了以往的數(shù)量和限制。

由于系統(tǒng)資源和系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加，開(kāi)始使用高級(jí)語(yǔ)言（如C語(yǔ)言）來(lái)開(kāi)發(fā)單片機(jī)的程序。使用高級(jí)語(yǔ)言可以降低開(kāi)發(fā) 難度，縮短開(kāi)發(fā)周期，增強(qiáng)軟件的可讀性和可移植性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充功能。

AVR 內(nèi)核單片機(jī)具有豐富的指令集和32個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。ATmega16L 有如下特點(diǎn)：

.16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時(shí)讀寫(xiě)的能力，即RWW)；

.512字節(jié)EEPROM，1K 字節(jié)SRAM；

.32 個(gè)通用I/O 口線；

.32 個(gè)通用工作寄存器；               

.用于邊界掃描的JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程；

.三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器(T/C)；

.片內(nèi)/外中斷，片內(nèi)經(jīng)過(guò)標(biāo)定的RC 振蕩器；

.可編程串行USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口；

.8路10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益(TQFP 封裝) 的ADC；

.具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器；

.一個(gè)SPI 串行端口；

.四通道PWM，兩路8位，兩路16位；

.六個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式：空閑模式、ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby 模式以及擴(kuò)展的Standby 模式；

.速度等級(jí)：0 - 8 MHz；

.工作電壓：2.7 - 5.5V；

.工作于空閑模式時(shí)CPU 停止工作，而USART、兩線接口、A/D 轉(zhuǎn)換器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；

.掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；

.在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶(hù)保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)；

.ADC 噪聲抑制模式時(shí)終止CPU 和除了異步定時(shí)器與ADC 以外所有I/O 模塊的工作，以降低ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)的開(kāi)關(guān)噪聲；

.Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具有快速啟動(dòng)能力；

擴(kuò)展Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時(shí)器繼續(xù)工作。

本芯片是以Atmel 高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)生產(chǎn)的。片內(nèi)ISP Flash 允許程序存儲(chǔ)器通過(guò)ISP 串行接口，或者通用編程器進(jìn)行編程，也可以通過(guò)運(yùn)行于AVR 內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進(jìn)行編程。引導(dǎo)程序可以使用任意接口將應(yīng)用程序下載到應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)(Application Flash Memory)。在更新應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)時(shí)引導(dǎo)Flash區(qū)(Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了RWW 操作。

通過(guò)將8 位RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash 集成在一個(gè)芯片內(nèi)，ATmega16 成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。

下面是基于八位AVR單片機(jī)芯片ATMEGA16的主控系統(tǒng)方案：

2.2.2 ATMEG16單片機(jī)的介紹

ATMEG 16的管腳說(shuō)明如圖2-2所示：

1． VCC為數(shù)字電路的電源，GND為地。

2． 端口A（PA7-PA0）作為A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端，是8位雙向I/O口，具有編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口A處于高阻狀態(tài)。

3． 端口B（PB7-PB0）為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)始終還未起振，端口B處于高阻狀態(tài)。端口B也可以用做其他不同的特殊功能。

4． 端口C（PC7-PC0）為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)始終還未起振，端口C處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳PC5（TD1）、PC3（TMS）與PC2（TCK）的上拉電阻被激活。端口C也可以用做其他不同的特殊功能。

5． 端口D（PD7-PD0）為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)始終還未起振，端口D處于高阻狀態(tài)。端口D也可以用做其他不同的特殊功能。

6． RESET為復(fù)位輸入引腳，持續(xù)時(shí)間超過(guò)最小門(mén)限時(shí)間的低電平將引起復(fù)位。

7． XTAL1為晶振反相放大器的輸入端和內(nèi)部時(shí)鐘操作電路的輸入端。

8． XTAL2為晶振反相放大器的輸出端。

9.  AVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時(shí)，該引腳應(yīng)該直接與Vcc連接。使用ADC時(shí)應(yīng)通過(guò)一個(gè)低通濾波器與Vcc連接。

10．AREF是A/D的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。

2.2.3 單片機(jī)的復(fù)位電路

復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其作用是使CPU中的各個(gè)部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。

ATmega16有5個(gè)復(fù)位源：

1. JTAG AVR復(fù)位：復(fù)位寄存器為1時(shí)MCU復(fù)位。

2. 上電復(fù)位：電源電壓低于上電復(fù)位門(mén)限 VPOT時(shí)，MCU復(fù)位。

3. 看門(mén)狗復(fù)位：看門(mén)狗使能并且看門(mén)狗定時(shí)器溢出時(shí)復(fù)位發(fā)生。

4. 外部復(fù)位：引腳 RESET上的低電平持續(xù)時(shí)間大于最小脈沖寬度時(shí)MCU復(fù)位。

5. 掉電檢測(cè)復(fù)位：掉電檢測(cè)功能使能，且電源電壓低于掉電檢測(cè)電壓時(shí)復(fù)位。

ATmega16單片機(jī)5個(gè)復(fù)位源中，最常用的是外部復(fù)位和看門(mén)狗復(fù)位電路。外部復(fù)位電路由外加于RESET 引腳的低電平產(chǎn)生。當(dāng)復(fù)位低電平持續(xù)時(shí)間大于最小脈沖寬度時(shí)即觸發(fā)復(fù)位過(guò)程，即使此時(shí)并沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào)在運(yùn)行。當(dāng)外加信號(hào)達(dá)到復(fù)位門(mén)限電壓VTOUT延時(shí)周期開(kāi)始。延時(shí)結(jié)束后MCU即啟動(dòng)。外部復(fù)位時(shí)序圖如圖2-3所示,外部復(fù)位原理圖如圖2-4所示：

file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsAC96.tmp.jpg

圖 2-3 外部電路復(fù)位時(shí)序圖

file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsAC97.tmp.jpg

圖 2-4 外部復(fù)位原理圖

2.2.4 ATMEG16最小系統(tǒng)及晶振的選擇

ATmega16芯片有如下幾種通過(guò)Flash熔絲位進(jìn)行選擇的時(shí)鐘源。時(shí)鐘輸入到AVR時(shí)鐘發(fā)生器，再分配到相應(yīng)的模塊。

表2—1 熔絲配置模式

          注：此選項(xiàng)不適用于晶體，只能用于陶瓷諧振器。

晶體振蕩電路：XTAL1與XTAL2分別為用作片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸入和輸出，如圖2-5所示，這個(gè)振蕩器可以使用石英晶體，也可以使用陶瓷諧振器。熔絲位CKOPT用來(lái)選擇這兩種放大器模式的其中之一。當(dāng)CKOPT被編程時(shí)振蕩器在輸出引腳產(chǎn)生滿(mǎn)幅度的振蕩。這種模式適合于噪聲環(huán)境，以及需要通過(guò)XTAL2驅(qū)動(dòng)第二個(gè)時(shí)鐘緩沖器的情況。而且這種模式的頻率范圍比較寬。當(dāng)保持CKOPT為未編程狀態(tài)時(shí)，振蕩器的輸出信號(hào)幅度比較小。其優(yōu)點(diǎn)是大大降低了功耗，但是頻率范圍比較窄，而且不能驅(qū)動(dòng)其他時(shí)鐘緩沖器。對(duì)于諧振器，CKOPT未編程時(shí)的最大頻率為8 MHz，CKOPT編程時(shí)為16 MHz。C1和C2的數(shù)值要一樣，不管使用的是晶體還是諧振器。最佳的數(shù)值與使用的晶體或諧振器有關(guān)，還與雜散電容和環(huán)境的電磁噪聲有關(guān)。為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和串口傳輸質(zhì)量所以選用外部晶振，晶振選用7.3728M。

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            圖 2-5 ATMEG16最小系統(tǒng)

2.3  液晶顯示模塊

顯示模塊采用HS12864-15C系列中文圖形系列液晶模塊。由控制器ST7920控制與驅(qū)動(dòng)。

2.3.1 HS12864-15C系列液晶的特點(diǎn)

1. HS12864-15系列硬件特性如下：

.提供8位，4位并行接口及傳行接口可選

.自動(dòng)電源啟動(dòng)復(fù)位功能

.內(nèi)部自建振蕩源

.64*16位字符顯示RAM(DDRAM最多16字符*4行）

.2M位中文字型ROM（CGROM），總共8192個(gè)中文字型

2. HS12864-15系列軟件特性如下：

.文字與圖形混合顯示功能

.畫(huà)面清除功能

.光標(biāo)歸位功能

.顯示開(kāi)/關(guān)功能

.反白顯示功能

.垂直畫(huà)面旋轉(zhuǎn)功能

.休眠模式

2.3.2 HS12864-15C系列液晶的引腳功能

引腳PSB為芯片的傳輸方式控制端；引腳 E 為讀寫(xiě)使能信號(hào)，它是在下降沿時(shí)數(shù)據(jù)被鎖存入HS12864液晶的；在E高電平期間，數(shù)據(jù)被讀出；R/W 為讀寫(xiě)選擇信號(hào)，當(dāng)它為一時(shí)為讀選通，為零時(shí)為寫(xiě)選通；DB0-DB7為數(shù)據(jù)總線RST為復(fù)位信號(hào)。復(fù)位信號(hào)有效時(shí)，關(guān)閉液晶顯示，使顯示起始行為0，RST可跟MCU連，由MCU控制；也可直接接VDD，使之不起作用。引腳功能如表2-1所示:

表2-1 HS12864-15C的引腳功能

2.3.3 液晶顯示HS12864-15C的指令系統(tǒng)

1.清除顯示

2.顯示開(kāi)/關(guān)指令

控制整體顯示開(kāi)關(guān)，游標(biāo)開(kāi)關(guān)，游標(biāo)位置顯示反白開(kāi)關(guān)；

D=1，整體顯示開(kāi)；D=0，整體顯示關(guān)；

C=1，游標(biāo)顯示開(kāi)；C=0，游標(biāo)顯示關(guān)；

B=1，游標(biāo)位置顯示反白開(kāi)；B=0，游標(biāo)位置顯示反白關(guān)；

3.讀取忙狀態(tài)

讀取忙狀態(tài)以確定內(nèi)部動(dòng)作是否完成，同時(shí)可以讀出地址計(jì)數(shù)器AC的值

4.寫(xiě)數(shù)據(jù)

讀、寫(xiě)數(shù)據(jù)指令每執(zhí)行完一次讀、寫(xiě)操作，列地址就自動(dòng)增一，必須注意的是，進(jìn)行讀操作之前，必須有一次空讀操作，緊接著再讀才會(huì)讀出所要讀的單元中的數(shù)據(jù)。

5.讀數(shù)據(jù)

讀、寫(xiě)數(shù)據(jù)指令每執(zhí)行完一次讀、寫(xiě)操作，列地址就自動(dòng)增一，必須注意的是，進(jìn)行讀操作之前，必須有一次空讀操作，緊接著再讀才會(huì)讀出所要讀的單元中的數(shù)據(jù)。

2.4  電源和指紋模塊

指紋模塊采用深圳市指昂科技有限公司生產(chǎn)的ZAZ-010系列獨(dú)立式指紋識(shí)別模塊，以高速DSP處理器為核心。主要技術(shù)指標(biāo)如下

供電電壓：DC 3.6-6.0V

供電電流：工作電流：100mA（典型值）

峰值電流：150mA

指紋圖像錄入時(shí)間：＜0.5 秒

窗口面積： 14 *18 mm

匹配方式：

比對(duì)方式（1:1）

搜索方式（1:N）

特征文件： 256 字節(jié)

模板文件： 512 字節(jié)

存儲(chǔ)容量： 100枚

安全等級(jí)： 五級(jí)（從低到高：1、2、3、4、5）

認(rèn)假率(FAR)：＜0.001%

拒真率(FRR)：＜0.1%

搜索時(shí)間： ＜1.0 秒 （1:1000 時(shí)，均值）

上位機(jī)接口： UART（TTL 邏輯電平）

通訊波特率(UART)： (9600*N)bps

其中N=1～12 （默認(rèn)值N=6，即57600bps）

2.4.1 ZAZ-010系列獨(dú)立式指紋識(shí)別模塊引腳功能

模塊中引腳1與電源相連，引腳2接單片機(jī)的RXD端，引腳3接單片機(jī)的TXD端，引腳4懸空，引腳5接地。表2-2如下：

表2-2指紋識(shí)別模塊引腳功能

2.4.2 ZAZ-010系列指紋識(shí)別模塊指令系統(tǒng)

模塊通過(guò)串行通訊接口，可直接與采用3.3v或者5v電源的單片機(jī)進(jìn)行通訊。模塊數(shù)據(jù)發(fā)送端接上位機(jī)接收端，模塊數(shù)據(jù)接收腳接上位機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送端。

錄入指紋圖像指令：

指令包格式：

應(yīng)答包格式：

注：確認(rèn)碼=00H 表示錄入成功；

確認(rèn)碼=01H 表示收包有錯(cuò)；

確認(rèn)碼=02H 表示傳感器上無(wú)手指；

確認(rèn)碼=03H 表示錄入不成功；

圖像生成特征 Img2Tz指令：

指令包格式：

應(yīng)答包格式：

注：確認(rèn)碼=00H 表示生成特征成功；

確認(rèn)碼=01H 表示收包有錯(cuò)；

確認(rèn)碼=06H 表示指紋圖像太亂而生不成特征；

確認(rèn)碼=07H 表示指紋圖像正常，但特征點(diǎn)太少而生不成特征；

確認(rèn)碼=15H 表示圖像緩沖區(qū)內(nèi)沒(méi)有有效原始圖而生不成圖像；

特征合成模板RegMode1指令：

功能說(shuō)明：將CharBuffer1與CharBuffer2中的特征文件合成特征模板。

指令包格式：

應(yīng)答包格式：

注：確認(rèn)碼=00H 表示合并成功；

確認(rèn)碼=01H 表示收包有錯(cuò)；

確認(rèn)碼=0aH 表示合并失�。▋擅吨讣y不屬于同一手指）；

存儲(chǔ)模板 Store指令：

指令包格式：

應(yīng)答包格式：

注：確認(rèn)碼=00H 表示儲(chǔ)存成功；

確認(rèn)碼=01H 表示收包有錯(cuò)；

搜索指紋Search指令：

指令包格式：

應(yīng)答包格式：

注：確認(rèn)碼=00H 表示搜索到；

確認(rèn)碼=09H 表示沒(méi)有搜索；

2.4.3 電源模塊

電源模塊可以直接提供正5V的直流電壓，但是由于在一些工業(yè)環(huán)境中并不提供直流電源，而都是交流電源，為確保其實(shí)用性，在電源這一部分，提供了整流穩(wěn)壓電路，可以把交流電壓變成5V的電壓，為整個(gè)電路板提供電源。

從圖2-6可以看出，當(dāng)開(kāi)關(guān)按下時(shí)，電路接通，先通過(guò)一個(gè)整流電路，使交流電壓變成直流電壓。為了保證其輸出的電壓是5V，在后面接一個(gè)穩(wěn)壓電路，由一個(gè)7805穩(wěn)壓器和一個(gè)發(fā)光二極管組成，發(fā)光二極管作為電源導(dǎo)通的指示燈。當(dāng)電源導(dǎo)通時(shí)二極管發(fā)光。其中電容C1起濾波作用，電容C2是抑制高平信號(hào)。電容C3, C4直接接地，起到抗干擾的作用，能使電壓穩(wěn)定在5V。有了電源模塊避免了因沒(méi)有直流電源而無(wú)法使用的問(wèn)題，使這個(gè)儀表能夠在更多的環(huán)境中使用。電源模塊電路圖如圖2-6所示：

file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsACD8.tmp.png

圖 2-6 電源模塊電路圖

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

3.1  系統(tǒng)程序工作分析

在本文的電路板中，單片機(jī)是作為控制器嵌入到系統(tǒng)中。應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)主要分為兩大部分，即對(duì)ZAZ-010指紋識(shí)別模塊的的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)以及對(duì)HS12864液晶、按鍵程序的開(kāi)發(fā)。因此，要實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用，需要對(duì)其進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。電路軟件應(yīng)用開(kāi)發(fā)根據(jù)所設(shè)計(jì)的硬件。程序開(kāi)發(fā)的方式將主要建立一系列的C語(yǔ)言函數(shù)子程序供主程序的隨時(shí)調(diào)用。即對(duì)ZAZ-010指紋識(shí)別模塊或液晶電路分別編制C語(yǔ)言函數(shù)子程序。因此，需要有專(zhuān)門(mén)的開(kāi)發(fā)工具。本設(shè)計(jì)中，采用AVRStudio4.0單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程，由于該編譯器支持模塊化程序設(shè)計(jì)，因此可以先將源程序劃分為幾個(gè)模塊分別編寫(xiě)，然后再由編譯器生成一個(gè)最終文件. 該開(kāi)發(fā)環(huán)境可以對(duì)程序進(jìn)行軟件仿真調(diào)試，因此可以方便地進(jìn)行程序的編寫(xiě)和調(diào)試。調(diào)試通過(guò)的代碼文件通過(guò)開(kāi)發(fā)板下載到單片機(jī)。單片機(jī)在上電后，主程序應(yīng)該完成相應(yīng)的初始化工作。依據(jù)電路的功能要求，主程序必須對(duì)液晶初始化、同時(shí)對(duì)按鍵進(jìn)行檢測(cè)，如果有對(duì)應(yīng)的按鍵按下。執(zhí)行相應(yīng)的操作，單片機(jī)通過(guò)串行接口對(duì)指紋模塊進(jìn)行讀寫(xiě)。

3.2  設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備工作

由于使用串口和模塊通訊，所以必須先約定好單片機(jī)和模塊的的串口工作速度和數(shù)據(jù)包格式。

UART數(shù)據(jù)格式定位為:8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無(wú)奇偶校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)傳輸速率為57600bps。

通訊數(shù)據(jù)包格式定義為：

單片機(jī)發(fā)送串行數(shù)據(jù)包格式如圖3-1 MCU發(fā)送數(shù)據(jù)包格式

發(fā)送數(shù)據(jù)共11-14個(gè)字節(jié)，前6個(gè)字節(jié)是模塊的包頭和模塊地址為固定值，后5-8個(gè)字節(jié)是傳輸?shù)哪�塊的命令。同時(shí)根據(jù)外部晶振和系統(tǒng)默認(rèn)的傳輸速率算出控制串口的各寄存器的初始值。參考meg16資料后編寫(xiě)了以下一段串口初始化。

各寄存器設(shè)置的程序.

如下面的一段程序既是對(duì)個(gè)寄存器的初始值的設(shè)置

void UART_Init(void)

{

UCSRB=0x00;//disable while setting baud rate

UCSRA=0x00;//Bit1為1則倍速發(fā)送

UCSRC=0x06;

UBRRL=0x07;//波特率：57600Bps

UBRRH=0x00;//誤差率：0.000%

UCSRB=0x18;

}

注:選用外部7.3728M晶振.

3.3  單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)

根據(jù)上節(jié)分析，制定如下圖的程序流程圖。主程序主要由液晶顯示、通訊子、按鍵程序組成。主程序的工作流程描述如下:首先初始化各種硬件功能模塊進(jìn)行初始化。包括開(kāi)機(jī)液晶顯示、鍵盤(pán)掃描、指紋模塊建立通信。

主程序設(shè)計(jì)流程如圖3-1所示：

file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsACD9.tmp.png

程序的巡檢過(guò)程: 首先對(duì)各模塊進(jìn)行初始化，檢測(cè)在有無(wú)按鍵按下,如果按下判斷是那一個(gè)按鍵，并作出判斷是否調(diào)用相應(yīng)子程序；當(dāng)按鍵1按下后，調(diào)用通信模塊子程序，錄入指紋并將其存入模塊緩沖區(qū)，同理當(dāng)按鍵2按下后，效果相同。

依次當(dāng)按鍵3按下時(shí),將指紋模塊兩緩沖區(qū)中的指紋特征文件合成特征模板并存儲(chǔ)與指紋模板庫(kù)中,當(dāng)4按鍵按下后搜索指紋并比對(duì).當(dāng)指紋模塊中有指紋存儲(chǔ)時(shí)直接按4鍵同樣也可進(jìn)行比對(duì)。

程序關(guān)鍵的就是對(duì)指紋模塊的通信控制, 考慮到處理過(guò)程太過(guò)冗長(zhǎng)，限于篇幅只能將其省略，如需查看，可以看附錄1。其它命令發(fā)送子函數(shù)因大部分的命令大體格式基本相同。

3.3.1  鍵盤(pán)管理程序設(shè)計(jì)流程

鍵盤(pán)模塊的工作流程圖如圖3-2所示：

3.3.2  LCD顯示模塊程序設(shè)計(jì)流程

顯示模塊主要完成數(shù)據(jù)的顯示功能。首先當(dāng)模塊接受指令前，單片機(jī)必須確認(rèn)模塊內(nèi)部處于非忙碌狀態(tài)，然后根據(jù)接受到指令顯示相關(guān)的內(nèi)容在屏幕上。

3.3.3  指紋通信模塊的程序設(shè)計(jì)流程

串口通信數(shù)據(jù)發(fā)送、接收流程圖如圖3-3：

file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsACEA.tmp.png

圖3-3 串口通信數(shù)據(jù)發(fā)送、接收流程圖

4 實(shí)物的制作與調(diào)試

4.1  電路的焊接        

1.焊前準(zhǔn)備

首先要熟悉所焊印制電路板的裝配圖，并按圖紙配料，檢查元器件型號(hào)、規(guī)格及數(shù)量是否符合圖紙要求，并做好裝配前元器件引線成型等準(zhǔn)備工作。

2.焊接順序

元器件裝焊順序依次為：電阻器、電容器、二極管、三極管、集成電路、大功率管，其它元器件為先小后大。

3.對(duì)元器件焊接要求

（1）電阻器焊接

按圖將電阻器準(zhǔn)確裝人規(guī)定位置。要求標(biāo)記向上，字向一致。裝完同一種規(guī)格后再裝另一種規(guī)格，盡量使電阻器的高低一致。焊完后將露在印制電路板表面多余引腳齊根剪去。

（2）電容器焊接

將電容器按圖裝人規(guī)定位置，并注意有極性電容器其 “ ＋ ” 與 “ － ” 極不能接錯(cuò)，電容器上的標(biāo)記方向要易看可見(jiàn)。先裝玻璃釉電容器、有機(jī)介質(zhì)電容器、瓷介質(zhì)電容器，最后裝電解電容器。

（3）二極管的焊接

二極管焊接要注意以下幾點(diǎn)：第一，注意陽(yáng)極陰極的極性，不能裝錯(cuò)；第二，型號(hào)標(biāo)記要易看可見(jiàn)；第三，焊接立式二極管時(shí)，對(duì)最短引線焊接時(shí)間不能超過(guò) 2S 。

（4）三極管焊接

注意 e 、 b 、 c 三引線位置插接正確；焊接時(shí)間盡可能短，焊接時(shí)用鑷子夾住引線腳，以利散熱。焊接大功率三極管時(shí)，若需加裝散熱片，應(yīng)將接觸面平整、打磨光滑后再緊固，若要求加墊絕緣薄膜時(shí)，切勿忘記加薄膜。管腳與電路板上需連接時(shí)，要用塑料導(dǎo)線。

（5）集成電路

焊接首先按圖紙要求，檢查型號(hào)、引腳位置是否符合要求。焊接時(shí)先焊邊沿的二只引腳，以使其定位，然后再?gòu)淖蟮接易陨隙�下逐個(gè)焊接。對(duì)于電容器、二極管、三極管露在印制電路板面上多余引腳均需齊根剪去。

4.2  電路和程序的調(diào)試

4.2.1 單片機(jī)的程序下載

程序存儲(chǔ)器的更新以頁(yè)的方式進(jìn)行。在用臨時(shí)頁(yè)緩沖器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)對(duì)一頁(yè)存儲(chǔ)器進(jìn)行編程時(shí)，首先要將這一頁(yè)擦除。SPM指令以一次一個(gè)字的方式將數(shù)據(jù)寫(xiě)入臨時(shí)頁(yè)緩沖器。臨時(shí)頁(yè)緩沖器的寫(xiě)入可以在頁(yè)擦除命令之前完成，也可以在頁(yè)擦除和頁(yè)寫(xiě)操作之間完成。通過(guò)電腦上的下載軟件將*.HEX文件傳輸?shù)剑ㄈ鐖D4-1所示）USB下載線板上的ATmega8芯片里，程序代碼在這里經(jīng)過(guò)處理后從固定的I/O管腳中輸出燒寫(xiě)到單片機(jī)的Flash存儲(chǔ)器中。此外單片機(jī)一般采用5V以下的電源供電，USB接口也采用5V電源，所以，該下載線還可以通過(guò)電腦向單片機(jī)提供工作電源。該下載線采用先進(jìn)的USB2.0接口技術(shù)解決了筆記本不帶并口的遺憾，還有它小巧精致，攜帶方便，下載程序速度快等優(yōu)點(diǎn)得到了眾多編程愛(ài)好者的青睞而被廣泛的使用著。

file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsACEB.tmp.png

                    圖4-1 USB下載線實(shí)物圖

4.2.2  串口調(diào)試

使用串口調(diào)試助手進(jìn)行測(cè)試

串口調(diào)試程序見(jiàn)附錄1:

測(cè)試結(jié)果如圖4-2所示:

file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsACEC.tmp.jpg

圖4-2 串口通信測(cè)試結(jié)果圖

4.2.3  液晶鍵盤(pán)調(diào)試

液晶鍵盤(pán)測(cè)試程序見(jiàn)附錄2：

液晶鍵盤(pán)測(cè)試程序結(jié)果如圖 4-3所示：

file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsACED.tmp.png

             圖 4-3 液晶鍵盤(pán)測(cè)試結(jié)果

結(jié)    論

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成題目要求但還存在不足之處。由于單片機(jī)flash容量有限，在指紋存儲(chǔ)數(shù)目上較少，只能錄入三個(gè)指紋 ，并進(jìn)行比對(duì)。

通過(guò)方案論證、資料查詢(xún)及電路設(shè)計(jì)和反復(fù)調(diào)試，不斷的解決電路調(diào)試過(guò)程中的問(wèn)題，最終在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。本設(shè)計(jì)由于水平有限，電路及程序設(shè)計(jì)還有需要改進(jìn)的地方，在今后的學(xué)習(xí)和研究中，將繼續(xù)改進(jìn)完善。

另外在調(diào)試過(guò)程中，以保證作品實(shí)現(xiàn)功能準(zhǔn)確為前提，盡量做到電路簡(jiǎn)單、美觀、效果好、成本低，以增強(qiáng)其實(shí)用價(jià)值。

本設(shè)計(jì)最終可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)指紋錄入、比對(duì)和模擬開(kāi)鎖的過(guò)程，但存儲(chǔ)指紋數(shù)目有待進(jìn)一步的研究開(kāi)發(fā)。

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