TI杯電子設(shè)計大賽項目總結(jié)報告

1、 華中科技大學(xué)電子與信息工程系2012年TI杯電子設(shè)計大賽項目總結(jié)報告項目名稱： 基于C5409 DSP的筆跡識別系統(tǒng) 團隊成員： 通信0901班 李濤（組長） 通信0901 班 郭強 通信0901 班 賀睿 指導(dǎo)教師: 汪小燕 2012 年 7 月 日 課題名稱：筆跡識別系統(tǒng)設(shè)計【摘要】本次比賽以華中科技大學(xué)DSP實驗箱、TMS320C5409 DSP系統(tǒng)板和觸摸顯示兩用屏為基礎(chǔ)，首先記錄正確的筆跡信息，再通過用戶界面讀取用戶輸入的筆跡和存儲的筆跡信息進行比對后輸出判斷結(jié)果以鑒別用戶的身份。用戶輸入的筆跡實際上是一組順序的坐標(biāo)點信息。各個坐標(biāo)點由觸摸屏輸入，經(jīng)串口進入DSP, 同時在顯示屏上

2、的對應(yīng)坐標(biāo)處顯示出來。筆跡輸入完成后，經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理，再通過顯示屏輸出相關(guān)結(jié)果或提示信息。整個流程使用實驗箱上的按鍵控制，并具有簡單的用戶界面。具體而言，我們采用直接繪制界面的方式通過液晶屏控制器顯示提示信息,通過CPU不斷查詢觸摸屏的狀態(tài)信息讀入連續(xù)的筆跡信息向量，通過DSP處理器使用密度分布算法解析該向量，得出其與標(biāo)準筆跡向量的相似度，將該相似度與閾值比對，若誤差在容忍范圍內(nèi)，則判定為正確并輸出相關(guān)信息。在實際測試后，發(fā)現(xiàn)對于較簡單的簽名，該系統(tǒng)的筆跡識別正確度能夠達到70%-80%，而在筆跡較復(fù)雜時，該系統(tǒng)的筆跡識別準確度也高于50%。【關(guān)鍵詞】：DSP處理器 嵌入式系統(tǒng) 信號分析

3、筆跡識別 身份鑒定AbstractThis project is based on the Digital Signal Processor experiment suit designed by Huazhong Univ. of Sci. & Tec., TMS320C5409 DSP System board and touch-screen LCD. Firstly, the correct HYPERLINK app:ds:Chirography%20Characteristics t _self chirography characteristics information is

4、acquired and saved. Then, the user inputs handwriting through a UI to compare with the one which has been saved. At last, the processor outputs the compared result according to the special software arithmetic, thus completing the progress of user identification.In fact, the chirography inputted by t

5、he user is consisted of a series of continuous coordinate. The information of each dot is collected by the touch screen, then sent into the DSP, and displayed at the same place on the LCD. The input data will be processed by methods related to the situation when the user finish inputting, then the r

6、esults or hints will be shown on the LCD. All the progresses are controlled by keys in the experiment suit, and a brief UI is served to guide the user effectively. Specifically, we display the guidance information by painting the interface directly, acquire the continuous handwriting information vec

7、tors by inquiring the status information returned from the touch-screen, analysis the vectors with the DSP processor according to the density distribution feature arithmetic. Consequently, we can calculate the similarity between the vector and the standard vector. After comparing the similarity with

8、 the threshold， we draw the conclusion by judging whether the error is between the allowed ranges.After running several tests, we find that the correct ratio of the system may reach a maximum of 70 to 80 percent when the input is relatively easy. At the same time, the rate is higher than 50 percent

9、when the input is complex.Key words:DSP; Embedded System; Signal Analysis; Handwriting Identification; Writer Identification目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc329127446 2012年TI杯電子設(shè)計大賽項目總結(jié)報告 PAGEREF _Toc329127446 h 1 HYPERLINK l _Toc329127447 1 概述 PAGEREF _Toc329127447 h 6 HYPERLINK l _Toc329127448 2

10、 設(shè)計目標(biāo) PAGEREF _Toc329127448 h 6 HYPERLINK l _Toc329127449 2.1 基本功能 PAGEREF _Toc329127449 h 6 HYPERLINK l _Toc329127450 2.2 拓展功能 PAGEREF _Toc329127450 h 6 HYPERLINK l _Toc329127451 3 團隊組成與任務(wù)分工 PAGEREF _Toc329127451 h 7 HYPERLINK l _Toc329127452 4總體設(shè)計方案與應(yīng)用場景 PAGEREF _Toc329127452 h 7 HYPERLINK l _Toc3

11、29127453 4.1.總體設(shè)計方案 PAGEREF _Toc329127453 h 7 HYPERLINK l _Toc329127454 4.2.應(yīng)用場景 PAGEREF _Toc329127454 h 8 HYPERLINK l _Toc329127455 4.3.主要元器件 PAGEREF _Toc329127455 h 8 HYPERLINK l _Toc329127456 5 軟硬件設(shè)計與實現(xiàn) PAGEREF _Toc329127456 h 9 HYPERLINK l _Toc329127457 5.1.筆跡讀取模塊 PAGEREF _Toc329127457 h 9 HYPER

12、LINK l _Toc329127458 顯示模塊 PAGEREF _Toc329127458 h 11 HYPERLINK l _Toc329127459 5.3.中心算法 PAGEREF _Toc329127459 h 19 HYPERLINK l _Toc329127460 6系統(tǒng)測試與結(jié)果 PAGEREF _Toc329127460 h 22 HYPERLINK l _Toc329127461 6.1 主要儀器儀表 PAGEREF _Toc329127461 h 22 HYPERLINK l _Toc329127462 6.2 調(diào)試電路的方法和技巧 PAGEREF _Toc329127

13、462 h 22 HYPERLINK l _Toc329127463 6.3 調(diào)試故障、產(chǎn)生原因及排除方法 PAGEREF _Toc329127463 h 23 HYPERLINK l _Toc329127464 6.4 系統(tǒng)測試及結(jié)果分析 PAGEREF _Toc329127464 h 24 HYPERLINK l _Toc329127465 6.5 誤差定性分析 PAGEREF _Toc329127465 h 24 HYPERLINK l _Toc329127466 7結(jié)語 PAGEREF _Toc329127466 h 26 HYPERLINK l _Toc329127467 8致謝 P

14、AGEREF _Toc329127467 h 27 HYPERLINK l _Toc329127468 9 參考文獻 PAGEREF _Toc329127468 h 27 HYPERLINK l _Toc329127469 10 附錄 PAGEREF _Toc329127469 h 281 概述筆跡就是書寫者利用書寫工具在書面上留下的痕跡，是書寫動作的特點反映，反映一個人書寫習(xí)慣的特殊性。筆跡識別作為一種方便的身份鑒定方法，在郵政書信分撿、銀行等行業(yè)票據(jù)處理、文獻檢索等許多領(lǐng)域都有重要的科研價值和巨大實用價值。筆跡鑒定的做法由來已久，但是大多數(shù)的實際實現(xiàn)都是通過肉眼去判斷，目前通過計算機實現(xiàn)的

15、筆跡鑒定很少見。同時，大部分筆跡鑒定都是針對寫在紙質(zhì)文檔上的文字簽名信息而言的，使得筆跡識別在數(shù)字時代的應(yīng)用逐漸減少。鑒于筆跡識別符合人的使用習(xí)慣，我們決定利用觸摸屏代替紙頁采集筆跡信息，使用C5409 DSP代替人腦分析筆跡的相似度，使用顯示屏代替人表達信息的方式輸出鑒定結(jié)果。這樣，就實現(xiàn)了一個與傳統(tǒng)方法相似但能夠重復(fù)使用的筆跡識別系統(tǒng)。該總結(jié)的大體流程是從設(shè)計目標(biāo)與團隊分工著手，先總體闡釋系統(tǒng)的整體邏輯模塊組成，再分為硬件設(shè)計與軟件設(shè)計兩方面分別概述電路組成與驅(qū)動程序以及核心算法思想。然后再結(jié)合實際討論系統(tǒng)的測試方法、出現(xiàn)的問題以及解決方法，并分析系統(tǒng)的結(jié)果。最后，對系統(tǒng)設(shè)計作一簡要總結(jié)。

16、2 設(shè)計目標(biāo)2.1 基本功能能夠偵測到用戶在觸摸屏上的輸入，輸入?yún)^(qū)域大小為cm。能夠根據(jù)當(dāng)前輸入在顯示屏上的對應(yīng)位置輸出筆跡圖形。一次書寫中能夠保持所有的點跡。具有簡單的UI與菜單選項，能夠輔助用戶完成一次筆跡識別的流程，對于不正確的操作不出現(xiàn)錯誤。能夠根據(jù)存儲器中存儲的筆跡向量信息判斷當(dāng)前輸入是否為同一用戶輸入，并通過顯示屏輸入鑒定完成后的結(jié)果，也就是筆跡鎖功能的實現(xiàn)。經(jīng)由實驗箱上的鍵盤與用戶交互。2.2 拓展功能利用相應(yīng)的紋理或筆勁信息識別特定用戶的筆跡，提取用戶的筆跡特征并記錄下來，在用戶輸入任意字跡的時候能夠辨認其身份并顯示提示。能記錄用戶的筆跡信息，在與PC通信時能夠?qū)⒐P跡信息傳遞給

17、主機程序并顯示出來。能夠通過觸摸屏而非按鍵鍵盤進行相關(guān)命令的輸入。能夠根據(jù)輸出結(jié)果采取相應(yīng)的措施，如運行一段子程序、在某些端口輸出高低電平、控制某個燈的閃爍等。3 團隊組成與任務(wù)分工本小組由組長李濤，組員郭強與賀睿組成。根據(jù)汪小燕老師的指導(dǎo)，本小組采取發(fā)揮并行，特長優(yōu)先的策略。在整體方向上，李濤負責(zé)項目的宏觀規(guī)劃，郭強提出并執(zhí)行硬件方案與計劃，賀睿處理各種雜項，并輔助解決軟件方面的一些問題。細化來看，從比賽開始以來，各組員所完成的任務(wù)分工如下：李濤：提出項目的目標(biāo)，制訂項目的時間表，分派各人應(yīng)當(dāng)執(zhí)行的任務(wù)。購買任務(wù)相關(guān)器件，聯(lián)系老師，完成焊接。提出主程序流程并輔助編寫主程序，了解觸摸屏原理并調(diào)

18、試其驅(qū)動；郭強：畫出項目硬件連接圖，選取器件，輔助購買相關(guān)器件，輔助硬件焊接，編寫主程序，了解顯示屏原理并調(diào)試其驅(qū)動，整體調(diào)試驗證；賀睿：根據(jù)討論得出的項目目標(biāo)撰寫項目開題文檔與申請文檔，根據(jù)每周的進度撰寫項目周總結(jié)，研究并提出實現(xiàn)基本功能所需的筆跡識別算法，根據(jù)項目結(jié)果與相關(guān)資料完成總結(jié)文檔主體的撰寫。4總體設(shè)計方案與應(yīng)用場景 總體設(shè)計方案總體設(shè)計框圖如下圖所示：圖1. 總體設(shè)計框圖而所有硬件的連接方式如下圖所示：圖2. 系統(tǒng)連接圖應(yīng)用場景任何系統(tǒng)的應(yīng)用場景均與其使用方式有關(guān)。本系統(tǒng)采用觸摸屏與交流電源供電的方式使得其應(yīng)用與常規(guī)方式相比存在一定的區(qū)別?？梢越o出其適用的幾個應(yīng)用場景如下：簽字完

19、成支付。在用戶寫下一個簽名后將其存入服務(wù)器內(nèi)，之后要進行支付時只需在客戶端重復(fù)輸入簽名，經(jīng)上傳對照后返回結(jié)果，即可完成支付；簽字解鎖。用于多種個人設(shè)備的前端，如在用戶離開時自動鎖定的設(shè)備。首先讓用戶輸入一個簽名，在需要解鎖時只要再次輸入相同的簽名即可解鎖；簽字身份確認。用于協(xié)議的簽訂或支票的簽署，優(yōu)點是可以遠程進行，遠端用戶可以直接通過設(shè)備簽名并保存到安全服務(wù)器內(nèi)，即完成身份的確定。主要元器件1、焊板2、撥碼開關(guān)*23、排針（29*2）4、排針插座（29）5、自帶XPT2046的四寸觸摸屏6、DSP實驗箱7、導(dǎo)線5 軟硬件設(shè)計與實現(xiàn)筆跡讀取模塊綜述筆跡讀取模塊采用XPT2046觸摸屏控制器，以

20、一塊四寸觸摸屏為中心器件，讀取用戶的筆跡輸入信息。XPT2046是一款4導(dǎo)線制觸摸屏控制器，內(nèi)含12位分辨率125KHz轉(zhuǎn)換速率逐步逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。XPT2046支持從1.5V到5.25V的低電壓I/O接口。XPT2046能通過執(zhí)行兩次A/D轉(zhuǎn)換查出被按的屏幕位置， 除此之外，還可以測量加在觸摸屏上的壓力。XPT2046采用微小的封裝形式：TSSOP-16,QFN-16(0.75mm厚度)和VFBGA48。工作溫度范圍為-40+85。XPT2046會提供當(dāng)前觸摸屏上被用戶按壓的位置坐標(biāo)，在一次連續(xù)的簽字輸入過程后，可以得到一組連續(xù)的坐標(biāo)值，即為當(dāng)前輸入的筆跡信息。硬件電路設(shè)計XPT2046

21、的工作特性如下：具有4線制觸摸屏接口;具有觸摸壓力測量功能;具有125KHz的轉(zhuǎn)換速率;采用QSPI 和 SPI 3線制通信接口;具有可編程的8位或12位的分辨率;具有1路輔助模擬量輸入;能夠自動掉電 ;全兼容TSC2046，ADS7843/7846和AK4182.XPT2046的內(nèi)部原理圖如下圖所示：圖3.XPT2046的內(nèi)部原理通過原理圖可以發(fā)現(xiàn)，XPT2046通過串行數(shù)據(jù)接口將并行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)后，由DOUT輸出。通過送入命令字，可以讀取X+、X-、Y+、Y-、電源電壓以及ADC輔助輸入通道AUX的狀態(tài)。同時，它能夠在檢測到有筆劃輸入時通過PENIRQ端口輸出一個中斷信號，從而可以

22、作為中斷源觸發(fā)子程序的執(zhí)行。但是在本項目中采用的是查詢的方式讀取輸入，因此未用到該端口。連接DSP與觸摸顯示屏的電路原理圖如下：圖顯示模塊5.2.1 綜述顯示模塊采用顯示屏控制器T6963C，以實驗箱上的液晶顯示屏為中心器件，通過觸摸屏的輸入相應(yīng)輸出筆跡信息或顯示控制提示。T6963C芯片是具有67個引腳的貼片式芯片。其芯片封裝如下圖所示：圖 . T6963C封裝圖T6963C的主要特點如下幾點所示：（1）T6063C是點陣式液晶圖形顯示控制器，它能直接與80系列的8位微處理器接口；（2）T6063C的字符字體由硬件設(shè)置，其字體有4種：58、68、78、88；（3）T6063C的占空比可從1/

23、16到1/128；（4）T6063C可以圖形方式、文本方式及圖形和文本方式進行顯示，以及文本方式下的特征顯示，還可以實現(xiàn)圖形拷貝操作等等；（5）T6063C具有內(nèi)部字符發(fā)生器CGROM，共有128個字符，T6063C可管理64K顯示緩沖區(qū)及字符發(fā)生器CGRAM。并允許MPU隨時訪問顯示緩沖區(qū)，也可以進行位操作。從T6963C的特點可以看出，在需要顯示輸入的筆跡時，可以采用圖形方式顯示；若需同時顯示菜單，可以采用文本與圖形共同顯示方式顯示；在顯示控制命令時，可以采用文本方式顯示。由于T6963C允許對緩沖區(qū)進行位操作，因此使得對顯示點跡的精確控制成為可能。此外，由于緩沖區(qū)的大小有限，因此每次能夠

24、顯示的字符數(shù)也是有限的。實際使用的是DSP實驗箱上已集成的顯示屏與控制器，因此不必進行電路連接，只需要了解各個引腳的功能，再通過相應(yīng)信號控制顯示效果即可。5.2.2 T6963C的各引腳功能T6963C的各個引腳功能分別闡釋如下：（1）D0D7：T6063C與MPU接口的數(shù)據(jù)總線，三態(tài)；（2）/RD，/WR：讀、寫選通信號，低電平有效，輸入信號；（3）/CE：T6063C的片選信號，低電平有效；（4）C/D：通道選擇信號，1為指令通道，0為數(shù)據(jù)通道；（5）/RESET，/HALT：/RESET為低電平有效的復(fù)位信號，它將行、列計數(shù)器和顯示寄存器清零，關(guān)顯示；/HALT具有/RESET的基本功能

25、，還將中止內(nèi)部時鐘振蕩器的工作；（6）DUAL，SDSEL：DUAL1為單屏結(jié)構(gòu)，DUAL0為雙屏結(jié)構(gòu)；SDSEL0為一位串行數(shù)據(jù)傳輸方式，SDSEL1為二位并行數(shù)據(jù)傳輸方式；（7）MD2，MD3：設(shè)置顯示窗口長度，從而確定了列數(shù)據(jù)傳輸個數(shù)的最大值，其組合邏輯關(guān)系如下：MD31100MD21010每行字符數(shù)32406480（8）MDS，MD1，MD0：設(shè)置顯示窗口寬度（行），從而確定T6063C的幀掃描信號的時序和顯示驅(qū)動的占空比系數(shù)，當(dāng)DUAL1時，其組合功能如下：MDS00001111MD111001100MD010101010字符行246810121416總行數(shù)1632486480961

26、12128占空比1/161/321/481/641/801/961/1121/128當(dāng)DUAL0時，以上設(shè)置中的字符行和總行數(shù)增至原來的2倍，其它都不變，這種情況下的液晶屏結(jié)構(gòu)為雙屏結(jié)構(gòu)；（9）FS1，F(xiàn)S0：顯示字符的字體選擇FS11100FS01010字體58687888（10）XI，XO：振蕩時鐘引腳；（11）AD0AD15：輸出信號，顯示緩沖區(qū)16位地址總線；（12）D0D7：三態(tài)，顯示緩沖區(qū)8位數(shù)據(jù)總線；（13）R/W：輸出，顯示緩沖區(qū)讀、寫控制信號；（14）/CE：輸出，顯示緩沖區(qū)片選信號，低電平有效；（15）/CE0，/CE1：輸出，DUAL1時的存儲器片選信號；（16）T1，T

27、2，CH，CH2：用來檢測T6063C工作使用情況，T1，T2作為測試信號輸入端，CH，CH2作為輸出端；（17）HOD，HSCP，LODLSCP（CE1），EDLP，CDATA，F(xiàn)R為T6063C驅(qū)動部信號。5.2.3 在任意位置顯示點跡的流程筆跡識別系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)就是將觸摸屏上所書寫的的筆跡在顯示屏上相應(yīng)位置出來。這就涉及到兩個問題。一是如何進行觸摸屏的校準；二是如何將液晶屏上相應(yīng)坐標(biāo)位置點亮。問題1的解決方法：對觸摸屏上的所有點的坐標(biāo)進行轉(zhuǎn)換，由于觸摸屏的尺寸是240*128，液晶屏的尺寸是128*64。使用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式： 問題2的解決方法：使用位操作指令：無參數(shù)1 1 1 1 N3 N

28、2 N1 N0該指令可將顯示緩沖區(qū)某單元的某一位清零或置1，該單元地址當(dāng)前地址指針提供。N3=1置1，N3=0清零。其中N2N0：操作位，對應(yīng)該單元的D0D7位。下面是顯示或者是擦除任意一個位置點的具體方法。對于二值顯示屏來說，其顯示狀態(tài)無外乎顯示和不顯示一個點這兩種狀態(tài)。而在任意位置畫點，是我們隨心所欲的畫線，畫圓，畫矩形的等GUI函數(shù)的基礎(chǔ)。為了讓這個位置有一個參考點，我們有必要定義一個坐標(biāo)系。在這里，我定義的坐標(biāo)系如下：0,0127,0| | | | |0,63127,630,0代表屏幕的左上角，127,63代表屏幕的右下角。對于屏幕上面任意一個點，如果我們想要點亮它，必須先讀出此點的狀

29、態(tài)，然后再修改該點，最后送出去，即讀修改寫。按照這個步驟，然后再運用位操作指令可以很方便的完成畫點的函數(shù)。具體實現(xiàn)過程如下：draw_dots: st #0020h,*ar4 ;X坐標(biāo) ld #0,a ;Y坐標(biāo) add #0,a ld *AR4,a ;*ar3中存放地址指針的高位字節(jié) ;ar4指向漢字在數(shù)據(jù)空間中存放的起始位置 rpt #16-1 rol a RPT #3-1 ROR A sth a,*ar3 and #0ffffh,a rpt #13-1 ror a ST #14h,*ar2 MPY *AR2,#10h,b add *ar3,b add #0200h,b sub #7,a a

30、bs a ;設(shè)置地址指針的參數(shù)和指令代碼(24h) sfta b,8 sth b,*ar1 and #0ffffh,b sfta b,-8 stl b,*ar2 portw *ar2,0cfffh call delay portw *ar1,0cfffh call delay st #ADPSET,*ar1 portw *ar1,0efffh call delay;畫點函數(shù) loop: or #0f8h,a stl a,*ar1 portw *ar1,0efffh call delay5.2.4 軟件模塊LCD全屏幕點亮;設(shè)置地址指針的參數(shù)（0200h） call rwcheck st #00

31、h,*ar1 call wr_data call rwcheck st #02h,*ar1 call wr_data;設(shè)置地址指針的指令代碼（24h) st #ADPSET,*ar1 call wr_com;設(shè)置為自動寫（0B0h） call rwcheck st #AWRON,*ar1 call wr_com;共寫400h字節(jié) ld #400h,bGRAPHY_LOOP: sub #1,b call autowcheck st #0ffh,*ar1 call wr_data bc GRAPHY_LOOP,bneq nop;設(shè)置自動寫結(jié)束(0B2h) call rwcheck st #AWRO

32、FF,*ar1 call wr_com nopLCD清屏;設(shè)置地址指針的參數(shù)(0000h)lcd_empty:st #00h, *ar1portw *ar1,0cfffhcall delayst #00h, *ar1portw *ar1,0cfffhcall delay;設(shè)置地址指針的指令代碼(24h) st #ADPSET, *ar1portw *ar1,0efffhcall delay;設(shè)置為自動寫(0B0h) st #AWRON,*ar1portw *ar1,0efffhcall delay;共清除80h次ld #80h,ald #1h,bTEXT_LOOP:st #00h,*ar1 s

33、ub b,aportw *ar1,0cfffhcall delaybc TEXT_LOOP,aneq;設(shè)置自動寫結(jié)束(0B2h) st #AWROFF, *ar1portw *ar1,0efffhcall delay;設(shè)置地址指針的參數(shù)（0200h） st #00h,*ar1 portw *ar1,0cfffh call delay st #02h,*ar1 portw *ar1,0cfffh call delay;設(shè)置地址指針的指令代碼（24h) st #ADPSET,*ar1 portw *ar1,0efffh call delay;設(shè)置為自動寫（0B0h） st #AWRON,*ar1

34、portw *ar1,0efffh call delay;共清零400h字節(jié) ld #400h,a ld #1h,bGRAPHY_LOOP: sub b,a st #00h,*ar1 portw *ar1,0cfffh call delay bc GRAPHY_LOOP,aneq nop;設(shè)置自動寫結(jié)束(82h) st #AWROFF,*ar1 portw *ar1,0efffh call delay nopLCD漢字顯示display_hanzi: call lcd_empty ld #10h,a ;一個16*16點陣的漢字字模有16(10h)行點陣 ld #00h,b ;b中存放地址指針的

35、低位字節(jié) stm #program1_data1,ar4 ;*ar3中存放地址指針的高位字節(jié) ;ar4指向漢字在數(shù)據(jù)空間中存放的起始位置display_out: sub #1h,a;設(shè)置地址指針的參數(shù)和指令代碼(24h) stl b,*ar1 portw *ar1,0cfffh call delay st #03h,*ar1 portw *ar1,0cfffh call delay st #ADPSET,*ar1 portw *ar1,0efffh call delay;設(shè)置為自動寫(0B0h) st #AWRON,*ar1 portw *ar1,0efffh call delay;正常顯示漢

36、字 portw *ar4+,0cfffh ;一個字占16*16個比特位,每行有16個點,即兩個字節(jié) call delay portw *ar4+,0cfffh call delay ;關(guān)自動讀 st #AWROFF,*ar1 portw *ar1,0efffh call delay;修改地址指針的低位字節(jié) add #10h,b bc display_out,aneq nop nop中心算法為能有效對采集所得筆跡進行鑒別, 需要采用符合觸摸輸入情境的圖像識別算法.據(jù)前所述,觸摸屏采集到的電壓數(shù)據(jù)能夠被轉(zhuǎn)換為一組唯一的坐標(biāo)以供存儲或是進一步運算.因此,要實現(xiàn)簽名鎖的功能即等效于實現(xiàn)兩組離散坐標(biāo)的相

37、似度計算并根據(jù)計算結(jié)果給出判斷結(jié)果.筆跡識別算法包括基于小波變換的筆跡識別算法基于紋理的筆跡識別算法基于字形的筆跡識別算法基于筆勁的筆跡識別算法本系統(tǒng)中采用的主要算法是基于密度特征的二值圖象識別算法.筆跡識別的一般過程包括去除采集到筆跡信息中的噪聲信息(可省略);去除由于下筆位置不同引起的位置誤差;去除由于下筆時方向不同引起的方向誤差;去除由于書寫大小不同引起的縮放誤差,也就是將簽名歸一化;預(yù)處理獲取的筆跡信息,提取出簽名的骨架,也就是將集中在有效點周圍的雜散點去除的過程,對應(yīng)的圖像處理算法為腐蝕細化算法;提取出預(yù)處理后筆跡的特征信息;將提取出的筆跡信息與標(biāo)準筆跡信息相比較，得出判決結(jié)果。為了

38、簡化計算步驟以及與當(dāng)前的硬件情境相匹配，將原本籠統(tǒng)的筆跡識別問題轉(zhuǎn)化為一個較為簡單的二值圖像識別問題，進一步而言，可以認為是將一組二值圖片與一幅二值圖片相匹配的過程。任何一幅圖像在經(jīng)由二值化的過程之后，都能成為二值圖像。所謂圖像的二值化，就是將圖像上的像素點的灰度值設(shè)置為0或255，也就是將整個圖像呈現(xiàn)出明顯的只有黑和白的視覺效果。顯然，觸摸屏采集到的一組坐標(biāo)點可以看做是一幅二值圖像。因此，可以采用現(xiàn)有的二值圖像識別算法進行筆跡識別的過程。由之前的分析可以看出，筆跡識別過程中最復(fù)雜的部分是對所得筆跡進行處理的過程。只要克服了圖像的平移，旋轉(zhuǎn)與縮放問題，再進行相似度的比對便不在話下了。綜合所得資

39、料，我們首先提出了三種可行的算法：基于MATLAB二值圖像相似度算法的筆跡識別算法；基于密度特征的筆跡識別算法；基于邊緣特征與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不變性的筆跡識別算法。之后對三種算法進行分析，就復(fù)雜度而言，就識別精準度而言，二值圖像密度特征的好處是不必進行去旋轉(zhuǎn)與去縮放等過程。因此本系統(tǒng)中采用密度特征算法。選定算法之后，需要整理出算法的中心思路以便用匯編或C語言實現(xiàn)，算法的實現(xiàn)步驟如下幾步所示：第一步：求重心遍歷圖片上的所有點（i，j），求得重心坐標(biāo)為（x，y）.設(shè)f(i,j)在（i，j）對應(yīng)點非零時為1，在對應(yīng)點為空時為0.第二步：求有效點到重心的距離遍歷矩陣，根據(jù)（i，j）對應(yīng)點是否為1判斷該點是否為

40、有效點。如果是有效點，通過兩點距離計算公式計算出該點到重心（x，y）的距離，存入一個距離數(shù)組ds內(nèi)。第三步：求密度分布特征向量密度分布特征是一個20維向量，需要分兩步計算出來。前10維是根據(jù)有效點到重心的距離算出來的。設(shè)前10維為（i0，i1，i2，i9）。先求ds的最大值dm；求出dm后將（0，dm）等分為10個區(qū)間l0，l1，l2，l9；統(tǒng)計lk（k（0,9）內(nèi)有效點的個數(shù)n（即距離數(shù)組內(nèi)屬于該區(qū)間的點數(shù)），則ik=n。后10維的計算遵循規(guī)律如下：第四步：根據(jù)標(biāo)準矩陣特征向量h與待匹配矩陣特征向量m完成鑒定先對h與m進行歸一化。前10維與后10維的歸一化是分開進行的。然后分別計算歸一化后的

41、h與m對應(yīng)前10維向量之間的歐式距離dr與后10維向量之間的歐氏距離ddr；最后計算出相似度（2-0.5dr-0.5ddr）/2。相似度越趨近1，說明越相似?？梢愿鶕?jù)實驗所得的統(tǒng)計值自己設(shè)定閾值來改善檢測效果。5.3.2算法的代碼實現(xiàn)在了解了算法的主要步驟之后，下一步就是通過匯編實現(xiàn)算法的各個步驟。由于匯編語言自身的限制，原算法中的一些計算或是流程需要相應(yīng)進行簡化或更改實現(xiàn)方式。一方面，由于存儲浮點數(shù)較之于存儲整數(shù)需要占據(jù)更多的內(nèi)存空間，因此凡是在原算法中可能會出現(xiàn)浮點數(shù)的位置都需要采用取整或改變計算方法的措施用于避免。第一步中，在計算重心坐標(biāo)時進行了除運算，可能會導(dǎo)致浮點數(shù)的出現(xiàn)。這里需要采

42、用向最近點取整以避免之。第四步采用了歸一化的方式將兩個向量的長度統(tǒng)一，以采用歐式距離代替兩向量之間的夾角。此處可以不使用歸一化而是將兩個向量的各值分別乘以對方的長度（需要取整以避免小數(shù)），這樣就可以在一個更高的標(biāo)度上計算歐式距離，這種方法仍能避免由于兩個向量長度不同而出現(xiàn)的歐氏距離的長度無法代替夾角大小的問題。在隨后計算相似度的過程中，算法在歸一化長度的基礎(chǔ)上將所得結(jié)果做了翻轉(zhuǎn)，以使得所求得數(shù)值與相似度成正比。但實際上使用與相似度成反比的歐式距離也可以直接比對，因此將最后一步省略。另一方面，由于DSP中的開方運算至少會占用超出100個時鐘周期并且實現(xiàn)尤為復(fù)雜，因此需要采用其它運算替代或是避免開

43、方。在第二步與第四步計算距離的過程中，由于開方運算并不影響數(shù)值大小的相對性，故可省略開方運算的步驟。但是由于不開方可能會出現(xiàn)溢出的情形，因此采用其它算法進行替代。一個選擇是牛頓迭代法。牛頓迭代法又稱為牛頓-拉弗森方法，它是一種在實數(shù)域和復(fù)數(shù)域上近似求解方程的方法。在這里我們要求解一個任意數(shù)a的平方根,那么等效于求解方程X2-a=0的根。亦即求f(x)=X2-a的零點。具體步驟如下：取數(shù)；計算 ；計算；繼續(xù)計算與；循環(huán)上述過程直至計算至，即為所求。在上面取的原因是觸摸屏上任兩點間的最大距離為，取后，經(jīng)過20次循環(huán)迭代，足以求出所需的零點或與之充分接近。同時，由于DSP的編程要求是盡量不要出現(xiàn)除法

44、，因此在編程時應(yīng)當(dāng)避免出現(xiàn)除法運算或使用其余近似算法代替。本程序中使用替代算法，即用循環(huán)15次的符號數(shù)減法來完成除法運算，如下所示，設(shè)被除數(shù)放在ar1地址內(nèi)，除數(shù)放在ar2地址內(nèi)：rsbx sxmld *ar1,arpt #0fhsubc *ar2,astl a,*ar3sth a,*ar4第一條符號位擴展，表明為符號數(shù)計算；然后將被除數(shù)裝入累加器A中；rpt #0fh指令表示下一條指令循環(huán)執(zhí)行15次，subc表示累加器A中的數(shù)帶標(biāo)志位減去AR2指向的減數(shù)，完成了15次減法后，除法完成，所得的商放在A的低16位中，余數(shù)放在A的高16位數(shù)中，再接下來兩條指令分別是存儲商和余數(shù)。這樣，就完成了使用

45、減法替代除法的整個過程。系統(tǒng)測試與結(jié)果6.1 主要儀器儀表Tektronix TDS 1002示波器、萬用表、PC機、wintech 510 JTAG調(diào)試器6.2 調(diào)試電路的方法和技巧當(dāng)硬件設(shè)計從布線到焊接安裝完成之后，就開始進入硬件調(diào)試階段，調(diào)試大體分為以下幾步。1.硬件靜態(tài)的調(diào)試 排除邏輯故障 這類故障往往由于設(shè)計和加工制板過程中工藝性錯誤所造成的。主要包括錯線、開路、短路。排除的方法是首先將焊制完成的電路板認真對照原理圖，看兩者是否一致。應(yīng)特別注意電源系統(tǒng)檢查，以防止電源短路和極性錯誤，并重點檢查信號線之間是否存在短路。充分利用萬用表的短路測試功能，可以縮短排錯時間。排除元器件失效 造成

46、這類錯誤的原因有兩個：一個是元器件買來時就已壞了；另一個是由于安裝錯誤，造成器件燒壞。可以采取檢查元器件與設(shè)計要求的型號、規(guī)格和安裝是否一致。在保證安裝無誤后，用替換方法排除錯誤。排除電源故障 在通電前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否則很容易造成集成塊損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查VCC與GND之間電位，若在5V48V之間屬正常。若有高壓，聯(lián)機仿真器調(diào)試時，將會損壞仿真器等，有時會使應(yīng)用系統(tǒng)中的集成塊發(fā)熱損壞。2 聯(lián)機仿真調(diào)試 聯(lián)機仿真必須借助仿真開發(fā)裝置、示波器、萬用表等工具。這些工具是DSP開發(fā)的最基本工具。信號線是聯(lián)絡(luò)DSP開發(fā)板和外部器件的紐帶，如果信號線連結(jié)錯誤或

47、時序不對，那么都會造成對外圍電路讀寫錯誤。C5000 DSP的信號線大體分為讀、寫信號線、片選信號線、時鐘信號線、外部程序存貯器讀選通信號（PSEN）、地址鎖存信號（ALE）、復(fù)位信號等幾大類。這些信號大多屬于脈沖信號，對于脈沖信號借助示波器（這里指通用示波器）用常規(guī)方法很難觀測到，必須采取一定措施才能觀測到。應(yīng)該利用軟件編程的方法來實現(xiàn)。對于電平類信號，觀測起來就比較容易。一般對于和開關(guān)電路有關(guān)的電平信號，隨著開關(guān)狀態(tài)的變化，輸出電平也會相應(yīng)發(fā)生變化。分別檢測開關(guān)不同狀態(tài)下對應(yīng)的輸出電平值，即可得知電平類信號是否正確。總而言之，對于脈沖觸發(fā)類的信號我們用軟件來配合測試，并把程序編為死循環(huán)，再

48、利用示波器觀察；對于電平類觸發(fā)信號，我們直接用示波器觀察。6.3 調(diào)試故障、產(chǎn)生原因及排除方法利用wintech仿真器連接PC與實驗箱，打開CCS時出錯“Error connecting to the target”。產(chǎn)生原因：USB連接線阻值過大或線纜已損壞。排除方法：更換USB連接線并重試。在利用觸摸屏中斷讀取觸摸屏的輸入信號時，發(fā)現(xiàn)中斷輸入信號高電平正常，低電平為2V，過高，從而無法正常產(chǎn)生所需中斷。產(chǎn)生原因：在將外圍電路連接至dsp時，忽視了dsp引腳已連接實驗箱上的其余模塊，從而對有效信號造成了串?dāng)_。排除方法：其一是直接將干擾源消除，即將接至其它模塊上的線割斷，在其它模塊未被用到時此

49、法可行；其二是用查詢代替中斷，從而避免使用中斷端口。在實驗中我們采用此方法。在利用觸摸屏讀取筆跡輸入信號時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)觸摸點位置由屏幕左側(cè)向右側(cè)滑動時，輸出電壓并非線性變化而是在中心出現(xiàn)一個最大值后，再突然跌至最小值，又逐漸增加至最大值。產(chǎn)生原因：分析該現(xiàn)象可知相當(dāng)于輸出電壓值作為自變量產(chǎn)生了兩個重復(fù)的因變量映射。由于輸出電壓模擬值經(jīng)由ADC變?yōu)閿?shù)字值，因此該數(shù)字量由最小到最大變化兩次的最可能原因是少讀取了一位數(shù)值。以此類推，出現(xiàn)的錯誤還可能是產(chǎn)生4個、8個、16個2n個最大值，分別對應(yīng)于少讀取了2位、3位、4位n位的情形。 排除方法：檢查時序，發(fā)現(xiàn)由于程序編寫問題導(dǎo)致讀取的數(shù)據(jù)高位丟失，修改程序

50、多讀取一位，問題得到解決。在調(diào)試顯示屏的過程中，需要利用讀寫使能信號選通，發(fā)現(xiàn)低電平抖動嚴重，出現(xiàn)一個接近高電平的信號峰值。同時,在需要對顯示屏緩沖串口寫入命令字的時候,發(fā)現(xiàn)無法有效寫入命令字從而導(dǎo)致無屏顯。產(chǎn)生原因：在排除了軟件問題后，推斷應(yīng)當(dāng)是硬件出現(xiàn)了問題。幾個可能的原因如下：1、復(fù)位端有問題，芯片未正確復(fù)位，導(dǎo)致初始狀態(tài)不正確。2、使能端電路接觸不好，在被人為拉低時仍可能受到高電平影響（如電源的雜波干擾）從而造成低電平不穩(wěn)定；3、T6963芯片內(nèi)部問題或顯示屏已損毀。排除方法：對原因1，用進行手動復(fù)位來排除，但問題仍未得到解決；對原因2，根據(jù)老師的指導(dǎo)接上了下拉電阻與濾波電容，使得低電

51、平最大值降到了毫伏量級，但顯示屏仍然無法正常顯示；對原因3，實測中發(fā)現(xiàn)液晶屏出現(xiàn)過正常狀態(tài)，說明屏幕的顯示功能尚有，但正常狀態(tài)的持續(xù)時間不長，又恢復(fù)到無法寫入的狀態(tài)，最終通過直接使用dsp開發(fā)板上的液晶屏解決了此問題。由于所用驅(qū)動基本相同，故顯示屏硬件問題是毋庸置疑的。6.4 系統(tǒng)測試及結(jié)果分析圖 系統(tǒng)實物圖系統(tǒng)連接完成后，即可對其進行測試。根據(jù)測試結(jié)果，該系統(tǒng)能夠?qū)ν粋€人正常情況下兩次認真錄入的筆跡信息進行識別并輸出正確結(jié)果提示；能夠?qū)Σ煌嗽诨ハ嗖恢拦P跡特征的情況下錄入的相同文字進行識別并輸出錯誤結(jié)果提示。識別準確率達到了80%以上。因此，可以判定該系統(tǒng)能夠完成計劃目標(biāo)所提出的功能。6

52、.5 誤差定性分析 由于觸摸屏靈敏度的限制以及采用算法的局限性, 在筆跡識別的過程中出現(xiàn)的誤差是不可避免的,從而導(dǎo)致在識別較復(fù)雜的筆跡時準確率較低。出現(xiàn)的誤差主要是由以下幾點引起的。觸摸屏引入誤差根據(jù)之前分析的觸摸屏控制器XPT2046的原理可知，觸摸屏實際上相當(dāng)于一組滑動變阻器，觸摸筆的位置相當(dāng)于滑動桿的位置。在改變觸摸筆位置時，由于電阻的變化引起輸出電壓的變化。由此可見，觸摸屏輸出的模擬電壓是一個連續(xù)的變量。但是，經(jīng)SNR ADC之后，模擬電壓被變?yōu)閿?shù)字電壓，數(shù)模轉(zhuǎn)換失真顯然是不可避免的。同時，在使用中觸摸屏可能會由于外界電壓的干擾出現(xiàn)飄移,即由于輸出電壓上疊加一個干擾電壓而使得測量值出現(xiàn)

53、偏差的情形。這種誤差可以通過進行屏幕校準消除。顯示誤差在顯示屏輸出時,容易發(fā)現(xiàn)顯示屏的輸出并非一條連續(xù)均勻的點跡,而是顯得粗細不均,每一個筆跡有效點的周圍都有一組雜點。造成這種現(xiàn)象的原因有二：觸摸屏查詢周期短。一次落筆的連續(xù)過程實際上由按壓屏幕上不同區(qū)域的離散步驟組成。而每個步驟都有一定的延時Tn。在Tn內(nèi)DSP對觸摸屏進行多次查詢，而這多次查詢的結(jié)果不盡相同，是一組取值接近的坐標(biāo)電壓值，經(jīng)過ADC后便得到一組互相接近的坐標(biāo)值。由觸摸屏轉(zhuǎn)換到顯示屏的過程需要經(jīng)過一個轉(zhuǎn)換,設(shè)觸摸屏尺寸為m*n，顯示屏尺寸為p*q，當(dāng)前觸摸屏獲取的坐標(biāo)為（x，y），轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)為（i，j），則有轉(zhuǎn)換公式如下：由于

54、轉(zhuǎn)換中存在取整的問題，因此在轉(zhuǎn)換后顯示效果與原輸入相比存在一些差異。預(yù)處理算法舍入誤差在預(yù)處理算法中，不同因素導(dǎo)致計算出的密度特征矢量與實際相比存在一定偏差。首先，在計算開方時我們采用了牛頓迭代法替代開方運算。但是根據(jù)牛頓迭代算法的實現(xiàn)方法，在處理較大的被開方數(shù)的運算時，由于迭代次數(shù)有限，利用導(dǎo)數(shù)與坐標(biāo)軸交點逼近被開方值的方法必然存在一定誤差，同時被開方值越大，誤差越大。可以通過增加迭代次數(shù)的方法盡量減少誤差。其次，在計算重心等運算中，為避免使用占存儲空間更大且運算更復(fù)雜的浮點數(shù)進行運算，進行了向最近點取整操作，也使得最終得到的向量產(chǎn)生誤差。密度分布算法缺陷引入誤差 根據(jù)密度分布算法的原理，可

55、知計算密度分布特征的過程就是統(tǒng)計一組圓環(huán)與圓內(nèi)有效筆跡點數(shù)。顯然這種算法以嚴格的一一對應(yīng)性為代價換取了旋轉(zhuǎn)不變性。因此，即使用戶輸入兩種完全不同的筆跡，只要其分布特征相似，那么鑒定結(jié)果一定會出現(xiàn)偏差。解決或是減小這種誤差可以通過改進算法解決。比如可進一步將所有圓環(huán)劃分為固定數(shù)量的扇區(qū)，再分別統(tǒng)計每個扇區(qū)內(nèi)的筆跡點數(shù)，產(chǎn)生具有方向性的筆跡矢量。這樣就使得沿半徑方向分布特征相近但沿周長方向分布特征不同的筆跡能夠被有效鑒別開來。為了保證旋轉(zhuǎn)不變性，還應(yīng)當(dāng)將兩個矢量循環(huán)移位后對比以得到最大相似度，再與閾值對比。用戶輸入引起的人為誤差根據(jù)密度分布特征的原理可知，在輸入存在噪點（如單個離散點）時，若噪點離

56、筆跡重心的距離較大，則會使得整體重心產(chǎn)生一定偏移。噪點點跡數(shù)目越多，引起的偏移量就越大。由于重心發(fā)生了偏移，計算出的密度分布向量就會出現(xiàn)一定的偏差。例如若真實的點跡密度由中心向四周呈現(xiàn)逐漸減小的特征，則偏移后的點跡密度可能會呈現(xiàn)先增大再減小的特征，使得測量出現(xiàn)錯誤。噪點可能由于用戶在輸入筆跡時不慎按壓了空白區(qū)域引起。同時，若用戶同時觸碰屏幕上的兩個區(qū)域，則輸出一定會發(fā)生錯誤。結(jié)語“千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金?！睆淖畛醯脑妇暗阶罱K的成品，從單個的元件到完整的系統(tǒng)，從完成寫字的簡單功能到密碼鎖、打地鼠，乃至于筆跡識別，我們淘盡了一個一個硬件的錯誤，修正了一段一段代碼的bug，吹盡了迷惘與疑惑的

57、狂沙，終究換得了項目完滿完成這一塊“真金”，成功實現(xiàn)了用觸摸屏進行筆跡識別的功能。回顧這一段歷程，有太多珍貴的東西值得我們總結(jié)、記錄與慢慢體悟。但最珍貴的，還是比賽給我們留下的難忘記憶。記得最初找到汪老師，與她共同探尋我們“宏偉計劃”可行性時的萬分期待與幾絲觳觫；記得得到朱老師相助，因借得DSP實驗箱而雄關(guān)漫道從頭越時的欣喜與希望；記得為尋求合適的屏幕，去廣埠屯漫尋店家不遇時的疲憊與疑惑；記得搜遍識別算法，惶惶然不得其法時的驚惶與迷惘；記得技窮智竭卻無法打通液晶屏?xí)r的無奈與糾結(jié)；記得整日忙碌后從實驗室歸去時的疲憊與欣然最令人難以忘懷的，無疑是看到系統(tǒng)正常工作后的自得與喜悅。從來沒有哪個學(xué)期末在如此的緊張中度過，也從來沒有哪一刻，我們能夠像完成一切工作時一樣，如此滿足與驕傲，胸中自豪洋溢。作為第一個我們實際參加的開發(fā)項目，比賽教會了我們很多?；貞浺淮未谓?jīng)過的坎坷與挫折，可以發(fā)現(xiàn)最終的成果與每個成員的全力付出與通力合作息息相關(guān)。正是所有人對比賽那份共同的興趣與責(zé)任感，使得我們在追求共同的目標(biāo)時都能夠不遺余力，奮勇向前。在顯示屏因種種原因無法正常工作時，大家獻計獻策，