基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)

基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)PAGE4PAGE5目錄摘要 …………2第一章 緒論 41.1 指紋識(shí)別的研究意義 41.2課題的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 41.3指紋識(shí)別的原理 5第二章 系統(tǒng)方案的制定 62.1方案一 62.2方案二 62.3方案三 72.4最終方案的確定 8第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 93.1系統(tǒng)主芯片 93.2單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 93.3指紋識(shí)別模塊的介紹 103.4獨(dú)立按鍵輸入部分電路設(shè)計(jì) 133.5矩陣鍵盤輸入電路 143.6LCD12864液晶顯示電路設(shè)計(jì) 153.7DS1302時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 163.8AT24C02存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì) 17第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 184.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 184.2指紋錄入程序設(shè)計(jì) 194.3指紋刪除程序設(shè)計(jì) 204.4系統(tǒng)簽到程序設(shè)計(jì) 214.5系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹 22結(jié)論………………………23致謝語(yǔ)………………..………………..24參考文獻(xiàn) 25基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)?；?1單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)。摘要：指紋識(shí)別技術(shù)作為生物識(shí)別技術(shù)研究的開(kāi)端，并且得到了廣泛的應(yīng)用。這種技術(shù)通過(guò)分析人的指紋獨(dú)一無(wú)二的特征。再通過(guò)這種特征來(lái)確認(rèn)一個(gè)人的身份。相較于傳統(tǒng)的考勤體系，指紋考勤系統(tǒng)具有一些優(yōu)點(diǎn)。無(wú)需投入大量人力資源進(jìn)行管理。不必?fù)?dān)心卡片遺失或是忘記密碼帶來(lái)的問(wèn)題。這種考勤系統(tǒng)有效地消除了他人代簽的現(xiàn)象。關(guān)鍵詞：生物識(shí)別；測(cè)量；鑒別Fingerprintattendance

machine

basedon51singlechipmicrocomputerLINJianSanmingCollege10ElectronicInformationEngineeringSanmingFujian365004基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。Abstract:Fingerprintrecognitiontechnology

asastarting

researchonbiologicalrecognitiontechnology,

and

hasbeenwidelyapplied．Thistechnologythroughtheanalysisoftheproprietarypeculiarityofhumanfingerprint．Itcanconfirmtheidentityofapersonreliablybythepeculiarity．Comparedwiththetraditionalattendancesystem，fingerprintattendancesystemhassomeadvantages.Itisunnecessarytoputalotofhumanresourcesinmanagement.Andthereisnoneedtoworryabouttheproblemwhichcausedbylosingcardorforgettingpassword.Besides,thiskindofattendancesystemeliminatestheagentphenomenoneffectively．基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。Keywords:biologicalrecognition;measurementandidentification第一章緒論1.1指紋識(shí)別的研究意義基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。如今，無(wú)論在工作或是生活中，越來(lái)越多的場(chǎng)合都需要對(duì)我們身份進(jìn)行認(rèn)證，而傳統(tǒng)的身份認(rèn)證技術(shù)在科技越來(lái)越發(fā)達(dá)的現(xiàn)代，逐漸地顯現(xiàn)出有些心余力絀的現(xiàn)象。不過(guò)，科技的發(fā)展不光只給我們帶來(lái)了煩惱也給我們帶來(lái)了更為可靠便捷的生物識(shí)別技術(shù)。不僅可以將該技術(shù)應(yīng)用到對(duì)個(gè)人私隱的保護(hù)中，并且可以應(yīng)用與進(jìn)行身份確認(rèn)?；?1單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。該種技術(shù)是依由人體的部分特征，如視網(wǎng)膜、指紋、聲音等進(jìn)行身份辨識(shí)的科學(xué)解決方案。其優(yōu)勢(shì)主要有：1、對(duì)于身份的假冒現(xiàn)象可以有效的減少甚至是完全消除；2、無(wú)需在管理方面投入大量的人員，有效地節(jié)省了人力資源的浪費(fèi)；3、使用便捷，無(wú)需攜帶卡或鑰匙，也不用擔(dān)心忘記密碼或是卡片、鑰匙遺失帶來(lái)的困擾。指紋的研究作為此類高端技術(shù)研究對(duì)象的開(kāi)端，相對(duì)而言是目前比較成熟的，在使用上也是比較普遍的?，F(xiàn)代電子技術(shù)和快速且可靠的算法的研究是指紋識(shí)別技術(shù)得以發(fā)展的前提。指紋雖然面積不大，但其蘊(yùn)含的數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，在認(rèn)證和識(shí)別的時(shí)候?qū)τ谶@些數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)也不光是傳統(tǒng)意義上的簡(jiǎn)單的判斷等與否的問(wèn)題，而是需要使用到特有的能在短時(shí)間內(nèi)對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算的模糊匹配算法。如今高速發(fā)展的電子科技催生了體型小巧的有關(guān)指紋的設(shè)備，除此之外隨著有關(guān)算法可靠性的不斷提高以及計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的不斷提升也為指紋設(shè)備能在微控制器上運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)，也讓該技術(shù)變得非常實(shí)用。就傳統(tǒng)的考勤方式而言，無(wú)論是哪一種都會(huì)存在一些不可避免的不完善之處。誠(chéng)如，在磁卡考勤系統(tǒng)使用中，某員工可把自己的Ic卡轉(zhuǎn)交他人，代其打卡，由此可見(jiàn)設(shè)立考勤的真實(shí)初衷沒(méi)有能夠?qū)崿F(xiàn)。在計(jì)算機(jī)及生物科技極速發(fā)展的背景條件下，開(kāi)發(fā)出能夠消除傳統(tǒng)考勤體系中不完備之處的日常管理考勤軟件并非極為困難的事?？记跈C(jī)和考勤管理組成了本系統(tǒng)，以指紋模板為標(biāo)志進(jìn)行身份上驗(yàn)證，利用指紋的獨(dú)一無(wú)二性革除傳統(tǒng)考勤中存在的弄虛作假現(xiàn)象，有效地消除了人情因素，公正性得以體現(xiàn)。1.2課題的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)如今是一個(gè)經(jīng)濟(jì)效益高于一切的時(shí)代。1993年指紋認(rèn)證技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，經(jīng)歷了多年的發(fā)展后，尤其是在2003年有關(guān)聯(lián)網(wǎng)門禁方案實(shí)施后迅捷發(fā)展。國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)也與國(guó)際水平基本持平。有關(guān)于使用指紋作為基底來(lái)研究考勤系統(tǒng)的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)相關(guān)于指紋識(shí)別的應(yīng)用中占有較重的比例。本國(guó)國(guó)內(nèi)相關(guān)廠商在與國(guó)際水平接軌的技術(shù)支持并多年實(shí)戰(zhàn)的經(jīng)驗(yàn)的雙重條件確保下，已能夠?yàn)槲覀兲峁└哔|(zhì)量的有關(guān)使用指紋作為標(biāo)志的高端考勤設(shè)備。國(guó)外包括IBM、Intel、韓國(guó)現(xiàn)代、Microsoft、Motorola等許多大公司都設(shè)立有為自己產(chǎn)品品牌服務(wù)的有關(guān)與各種技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用的專門的機(jī)構(gòu)，當(dāng)然有關(guān)于指紋等識(shí)別技術(shù)的機(jī)構(gòu)自然也包括在內(nèi)了。國(guó)際市場(chǎng)中有關(guān)于指紋的采集到圖像的處理、識(shí)別、對(duì)比等技術(shù)從技術(shù)層面上來(lái)看都很完善。在完善成熟的技術(shù)作為強(qiáng)有力的后盾的支持下，此種技術(shù)在國(guó)際市場(chǎng)中的應(yīng)用也是相當(dāng)普遍，其核心應(yīng)用范圍是在有關(guān)金融、信息需高度保密的、安保等行業(yè)，該種技術(shù)為這些行業(yè)提供了安全可靠使用的個(gè)人身份是確認(rèn)識(shí)別等服務(wù)?；?1單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。1.3指紋識(shí)別的原理在目前被人們所熟知的所有的生物識(shí)別技術(shù)中,有一種相對(duì)來(lái)說(shuō)是最為成熟,也因?yàn)槠洳僮鬟^(guò)程較為簡(jiǎn)便,在識(shí)別的時(shí)候準(zhǔn)確率較高的原因成為了最為被人們接受，也是在日常生活中應(yīng)用最為廣泛的。這種技術(shù)是利用每個(gè)人身上的指紋的獨(dú)有特征來(lái)對(duì)每個(gè)個(gè)體身進(jìn)行確認(rèn)和區(qū)分，它就是科技發(fā)展所帶來(lái)的新興技術(shù)――指紋識(shí)別。其原理是由采集、特征提取、特征匹配三個(gè)部分所構(gòu)建。采集是第一個(gè)進(jìn)程，它是運(yùn)用嵴即指紋的突起部分和峪即指紋的凹陷部分在物理和生理上的不同特質(zhì)傳輸電腦中繪制出無(wú)可比擬的圖像來(lái)實(shí)行的。物理上，嵴與峪在對(duì)光線強(qiáng)度的反射上存在強(qiáng)弱的差異，而且兩者在與物體接觸的歷程中會(huì)對(duì)該物體產(chǎn)生壓力上的不一樣；生理上來(lái)說(shuō)，由于二者凹凸不平的特點(diǎn)，導(dǎo)致了它們的溫感的些許不同，再來(lái)就是它們對(duì)電流的敏感度也不盡相同，也因如斯，其關(guān)于同一波長(zhǎng)所產(chǎn)生的回饋信息也就不相徑庭。接下來(lái)的步驟就是對(duì)特征的提取，這個(gè)流程囊括了“總――分”兩個(gè)方面。首先“總”便是對(duì)已經(jīng)搜集到的指紋實(shí)行指紋特點(diǎn)以及各式特征點(diǎn)的種類和離散情況的信息收集；其次“分”也就是對(duì)兩個(gè)或多個(gè)特征點(diǎn)之間所構(gòu)成的有幾何特性上的差異的多邊形進(jìn)行鑒識(shí)，最終將這些總體特質(zhì)和局部特質(zhì)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)再以數(shù)字模板的形態(tài)映現(xiàn)出來(lái)。這識(shí)別過(guò)程的最后一個(gè)環(huán)節(jié)就是要開(kāi)展匹配運(yùn)算，此運(yùn)算是針對(duì)已被錄入和尚需要檢驗(yàn)的指紋通過(guò)對(duì)比已有的數(shù)字模板的總體和局部特性值來(lái)完成的。第二章系統(tǒng)方案的制定基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。2.1方案一基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。方案一系統(tǒng)框圖如下圖2.1所示：圖2.1方案一系統(tǒng)框圖方案一采用DSP作為系統(tǒng)的主控芯片，通過(guò)DSP的高速運(yùn)算能力來(lái)實(shí)時(shí)采集指紋圖像信息，并對(duì)圖像信息進(jìn)行保存。存儲(chǔ)采用鐵電存儲(chǔ)器，因?yàn)殍F電存儲(chǔ)器速度非常的快，幾乎是零延時(shí)，這樣剛好可以配合DSP的高速特點(diǎn)，而且鐵電存儲(chǔ)器都自帶時(shí)鐘的功能，顯示采用TFT彩屏進(jìn)行顯示，這樣的方案人機(jī)界面友好，穩(wěn)定性高，但是成本方面將會(huì)非常的昂貴。DSP芯片和TFT彩屏的價(jià)格都比較昂貴，而且鐵電也比其他的存儲(chǔ)器價(jià)格高好幾倍。另一方面DSP編程難度比較大，需要使用到很多種復(fù)雜的算法，無(wú)論是時(shí)間還是成本開(kāi)銷都太大了，所以我最終放棄了這種方案。2.2方案二方案二系統(tǒng)框圖如下圖2.2所示：基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。圖2.2方案二系統(tǒng)框圖方案二使用的是ARM芯片，ARM芯片是32位的處理器，運(yùn)算能力雖然不如DSP那么強(qiáng)，但是也屬于比較強(qiáng)的。ARM可以用MDK來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，這樣比較容易上手，存儲(chǔ)芯片使用ATMEL的AT93C56，AT93C56使用的是SPI的通信協(xié)議，顯示使用TFT彩屏，ARM中可以移植ucGUI函數(shù)來(lái)控制TFT彩屏的顯示。指紋傳感器的信號(hào)通過(guò)ARM來(lái)進(jìn)行解析，得出圖像特征并保存，輸入通過(guò)按鍵的方式進(jìn)行。這種方案成本相對(duì)方案一來(lái)說(shuō)比較低，該方案將時(shí)鐘和存儲(chǔ)分開(kāi)，這樣在成本上也可以有很大的下降。但是ARM處理器直接運(yùn)算圖像可能速度會(huì)有點(diǎn)跟不上，這樣會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)指紋錄入失敗或者是指紋識(shí)別失敗。2.3方案三方案三系統(tǒng)框圖如下圖2.3所示：基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)?；?1單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。圖2.3方案三系統(tǒng)框圖方案三綜合考慮了成本，開(kāi)發(fā)難度，和穩(wěn)定性這三個(gè)方面的要素。方案三采用了51單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器，51單片機(jī)采用的是臺(tái)灣宏晶公司的STC12C5A60S2系列增強(qiáng)型1T速率的單片機(jī)。指紋錄入使用的是現(xiàn)成的指紋識(shí)別模塊FM-180，該模塊內(nèi)置DSP高速運(yùn)算核心，單片機(jī)只需要簡(jiǎn)單的使用串口發(fā)送命令來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制即可。存儲(chǔ)采用的ATMEL的AT24C02，該存儲(chǔ)器采用IIC的總線方式，網(wǎng)上資料比較豐富，示例程序也比較多。顯示采用LCD12864進(jìn)行顯示，LCD12864是一種常用的液晶點(diǎn)陣顯示屏，控制簡(jiǎn)單，價(jià)格也比較低。綜合來(lái)看，方案三成本大幅度降低，并且開(kāi)發(fā)難度比方案一和方案二都有較大幅度的下降，所以我最終選擇了方案三作為系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。2.4最終方案的確定綜合考慮開(kāi)發(fā)難度和成本方面的因素，我最終選擇了方案三，即采用51單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器，51單片機(jī)采用的是臺(tái)灣宏晶公司的STC12C5A60S2系列增強(qiáng)型1T速率的單片機(jī)。指紋錄入使用的是現(xiàn)成的指紋識(shí)別模塊FM-180，該模塊內(nèi)置DSP高速運(yùn)算核心，單片機(jī)只需要簡(jiǎn)單的使用串口發(fā)送命令來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制即可。存儲(chǔ)采用的ATMEL的AT24C02，該存儲(chǔ)器采用IIC的總線方式，網(wǎng)上資料比較豐富，示例程序也比較多。顯示采用LCD12864進(jìn)行顯示，LCD12864是一種常用的液晶點(diǎn)陣顯示屏，控制簡(jiǎn)單，價(jià)格也比較低。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)主芯片基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。擔(dān)當(dāng)著本系統(tǒng)心臟功能的核心芯片的就是STC89C52RC，與傳統(tǒng)的51單片機(jī)相較而言它更為強(qiáng)大，內(nèi)部的第二腳不僅得到了功能上的更為豐富完善，其運(yùn)行速率也得到了提升。相較于其他種類的單片機(jī)而言，51系列能長(zhǎng)期占有較大市場(chǎng)比例的原因也是其閃光點(diǎn)之一便是在于它有一套相當(dāng)完善的按位操作系統(tǒng)貫穿于它內(nèi)部的硬件部分和軟件部分，也就是它的位處理器，該處理器其處理的目標(biāo)為位而非字或字節(jié)，并且它除了擁有和一些別類單片機(jī)能對(duì)片內(nèi)的某些特殊功能寄存器進(jìn)行某位上的常規(guī)處理功能外，更為強(qiáng)大的是它能實(shí)現(xiàn)那些別類單片機(jī)無(wú)法完成的微的邏輯運(yùn)算。除此之外在運(yùn)行一個(gè)較為繁瑣的程序時(shí)往往會(huì)碰到許多的分支，這使得創(chuàng)立多個(gè)標(biāo)志位成為必然，與此同時(shí)在執(zhí)行此程序的過(guò)程中還會(huì)對(duì)標(biāo)志位進(jìn)行一系列的必要的相關(guān)處理，以確保程序能按照正確的方向運(yùn)行。為了滿足上述條件和使使用者在操作時(shí)能較為簡(jiǎn)便，51系類貼心的特意在片內(nèi)RAM區(qū)間設(shè)立了一個(gè)不但可作合十六個(gè)字節(jié)，單元地址為20H—2FH的字節(jié)處理，或者可作合128位，位地址為00H—7FH的位處理的雙重功能地址區(qū)間。3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如下圖3.2所示：圖3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)位電路：復(fù)位RESET作為一個(gè)重新調(diào)配整合的操作,對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)是格外關(guān)鍵的.復(fù)位時(shí),需在RST腳施加一個(gè)一直處于高電平狀態(tài)持續(xù)時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期即2us的復(fù)位電壓?；?1單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。人在按下key到松開(kāi)的反應(yīng)時(shí)間必定大于2us，由此饜足了復(fù)位的必要時(shí)間長(zhǎng)度，復(fù)位也就成為板上釘釘?shù)牧恕Ｔ谏形窗聪耴ey之前，阻值為10k的電阻將RST教的電壓拉低，處于低電平狀態(tài)；按下key后，主機(jī)內(nèi)部的寄存器狀態(tài)將返回初始化，使得程序的執(zhí)行也將從0000H開(kāi)始，與此同時(shí)，電容急速放電，將RESET端電壓拉高為Vcc；當(dāng)松手后，電容充電，RESET端的高電平又被拉低。在滿足RESET端的電壓不足三分之一倍Vcc時(shí)，換言之，即電容電壓大于等于三分之二被Vcc是，復(fù)位完成?；?1單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。晶振電路：通常就51單片機(jī)而言，在其最小系統(tǒng)中一般會(huì)使用11.0592MHz的晶振，究其原因是該晶振的振蕩頻率能夠徑直干擾單片機(jī)的運(yùn)作處理的速率，為了提升速度，通常情況下就會(huì)放棄使用6MHz的晶振。在本次設(shè)計(jì)中電源部分使用的是USB供電輸入，連接上后，電路將直接獲得5V的工作電壓。3.3指紋識(shí)別模塊的介紹指紋識(shí)別模塊采用的是FM-180，模塊連接電路圖如下圖3.3.1所示：圖3.3.1指紋識(shí)別模塊接口電路本次設(shè)計(jì)中用到的是FM-180指紋識(shí)別模塊，其經(jīng)由數(shù)據(jù)線即為通信連接線與主機(jī)想連通。此模塊氣功能十分強(qiáng)勁，它有性能完備的算法和在高科技技術(shù)支持下再由特殊技藝處理過(guò)的采集頭，對(duì)于各類型的指紋都有較強(qiáng)的容錯(cuò)和校正，極大的提升了分辨率。同時(shí)，無(wú)論是對(duì)于有關(guān)指紋的采錄亦或是指紋的一對(duì)一比對(duì)和一對(duì)N搜索等事宜均可獨(dú)立完成。且其還具有體型小巧，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。FM-180在本作品中扮演了一個(gè)異常關(guān)鍵的“相機(jī)”，其光學(xué)頭就猶如相機(jī)的鏡頭，指紋作為其拍攝對(duì)象，在經(jīng)CMOS芯片“拍照”后，再有DSP芯片“沖洗”出來(lái)，存放到FLASH芯片中。在進(jìn)入識(shí)別簽到模式后，模塊會(huì)通過(guò)CMOS芯片給需要驗(yàn)證的指紋拍個(gè)照，在和FLASH眾已有的照片做比對(duì)，若與某張已存在的照片相吻合，則表明簽到成，反之則為失敗。指紋圖像如下圖3.3.2所示：基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。圖3.3.2指紋圖像展示指紋識(shí)別模塊實(shí)物展示圖如下圖3.3.3和圖3.4.4所示：圖3.3.3指紋識(shí)別模塊展示圖基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)?；?1單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。圖3.3.4指紋識(shí)別模塊展示圖我們進(jìn)行在對(duì)該模塊進(jìn)行各類操作時(shí)，都需要主機(jī)串口發(fā)出或接受與其對(duì)應(yīng)的指令，而且這些指令以及模塊的回饋或是與主機(jī)簡(jiǎn)單額數(shù)據(jù)傳遞均要參照固有格式的數(shù)據(jù)包來(lái)執(zhí)行。例如：在錄入指紋時(shí)會(huì)需要到驗(yàn)證口令、錄入圖像、生成特征、合成特征、儲(chǔ)存模板這幾個(gè)步驟。驗(yàn)證口令（PS_VfyPwd），此步驟是針對(duì)系統(tǒng)默認(rèn)口令被修改后在進(jìn)行新的指紋錄入是的前期必要指令，若看默認(rèn)口令未曾被改動(dòng)，則無(wú)需此指令。在執(zhí)行該指令時(shí)發(fā)送的指令碼為01H，若得到確認(rèn)碼為00H，則說(shuō)明口令驗(yàn)證成功；倘若得到的確認(rèn)碼為01H或13H則分別表示收包有錯(cuò)或口令有誤?？诹铗?yàn)證皆失敗。錄入圖像（PS_GetImage），這個(gè)是錄入探測(cè)到的手指的指紋圖像存放入ImageBuffer中的過(guò)程。在執(zhí)行該指令時(shí)發(fā)送的指令碼為01H，若得到確認(rèn)碼為00H，則說(shuō)明指紋成功地錄入了；倘若得到的確認(rèn)碼為01H或02H或03H則分別表示收包有錯(cuò)或傳感器沒(méi)有感應(yīng)到有指紋或是錄入不成功。生成特征（PS_GenChar），該步驟是從放置于ImageBuffer的原始圖像中提取特征創(chuàng)建文件存入CharBuffer1或CharBuffer2中。在執(zhí)行該指令時(shí)發(fā)送的指令碼為02H，若得到確認(rèn)碼為00H，則表示特征生成成功；倘若得到的確認(rèn)碼為01H或06H或07H或15H則分別表示收包有錯(cuò)或因?yàn)椴杉降膱D像混亂不能生成特征或是圖像中的特征點(diǎn)過(guò)少，未能生成特征亦或是原始圖像無(wú)效，無(wú)法完成生成特征。合并特征（PS_RegModel），這是將上一個(gè)步驟中生成的文件進(jìn)行合成制作出模板來(lái)再存入CharBuffer1和CharBuffer2中。在執(zhí)行該指令時(shí)發(fā)送的指令碼為05H，若得到確認(rèn)碼為00H，則表示合成告捷；倘若得到的確認(rèn)碼為01H或0aH則分別表示收包有錯(cuò)或生成模板敗北。儲(chǔ)存模板（PS_StoreChar），此為將上步中的生成成功的模板放到PageID號(hào)flash數(shù)據(jù)庫(kù)位。在執(zhí)行該指令時(shí)發(fā)送的指令碼為06H，若得到確認(rèn)碼為00H，則表示存儲(chǔ)完成；倘若得到的確認(rèn)碼為01H或0bH或18H則分別表示收包有錯(cuò)或PageID不在指紋庫(kù)內(nèi)或在寫入FLASH時(shí)出錯(cuò)?；?1單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。到此錄入一個(gè)新指紋的過(guò)程就結(jié)束了，需要再次錄入其他指紋只需重復(fù)以上步驟即可。由此我們也看到了在主機(jī)發(fā)送指令和接收回饋時(shí)都有其相應(yīng)的輸入規(guī)范，在這整個(gè)過(guò)程中主芯片的任務(wù)便是實(shí)時(shí)與模塊進(jìn)行通信同步，以確保信息傳輸暢通，而后再將提示信息經(jīng)由LCD12864在液晶上進(jìn)行顯示?；?1單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。3.4獨(dú)立按鍵輸入部分電路設(shè)計(jì)獨(dú)立按鍵部分電路設(shè)計(jì)如下圖3.5所示：圖3.4獨(dú)立按鍵部分設(shè)計(jì)電路圖當(dāng)按鍵使用量較少也就是對(duì)I/O口占用量較少時(shí)，為使系統(tǒng)按鍵部分簡(jiǎn)化，通常會(huì)選取獨(dú)立按鍵作為輸入方式。但無(wú)論是獨(dú)立按鍵亦或是矩陣按鍵在使用中都會(huì)存在一個(gè)問(wèn)題，即在按鍵被按下后，其彈片會(huì)抖動(dòng)，不能在接觸的第一時(shí)間就形成緊密的閉合，從而導(dǎo)致主機(jī)對(duì)一次按鍵行為產(chǎn)生多次確認(rèn)，影響預(yù)期結(jié)果。因此消抖就勢(shì)在必行，一般而言消抖有兩種方式，一是可透過(guò)添加濾波消抖電路或雙穩(wěn)壓電路這種在硬件上的消抖方式，再來(lái)便是在程序中加置一延時(shí)處理的軟件消抖法，在本次設(shè)計(jì)中，選用的是通過(guò)軟件來(lái)消抖，通過(guò)系統(tǒng)檢測(cè)到在按鍵第一次被按下后，便運(yùn)行延時(shí)程序，待其結(jié)束后在對(duì)按鍵是否仍舊處于閉合狀態(tài)做出判斷，如若偵測(cè)到主機(jī)端口仍為低電平則證實(shí)按鍵確實(shí)已經(jīng)閉合，則消抖成功，抖動(dòng)因素不再構(gòu)成影響。3.5矩陣鍵盤輸入電路矩陣鍵盤輸入電路如下圖3.6所示：基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)?；?1單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)。圖3.6矩陣鍵盤輸入電路在有些情況下，在一個(gè)系統(tǒng)中有時(shí)會(huì)使用到較多的按鍵，但眾所周知的是一個(gè)按鍵需要占用一個(gè)I/O口，這在按鍵使用數(shù)量較多時(shí)實(shí)現(xiàn)起來(lái)是有技術(shù)上的難度，而且從經(jīng)濟(jì)效益的角度出發(fā)，這也是不明智的資源浪費(fèi)，由此可見(jiàn)，矩陣模式的鍵盤的誕生就成為了必然。該種鍵盤透過(guò)在每一條橫向和縱向的線的各個(gè)交點(diǎn)處加置一個(gè)按鍵，再以按鍵的閉合或否來(lái)對(duì)其進(jìn)行連通或斷開(kāi)。與一口一線一按鍵的連接方式相比，矩陣模式按鍵中連接的線愈多其優(yōu)勢(shì)就愈發(fā)明顯。在本設(shè)計(jì)中，使用矩陣模式鍵盤的輸入方式成為首選。采用此模式輸入，在按鍵使用量較大的時(shí)候能夠很好的優(yōu)化I/O口的使用，如若用一口一線一按鍵的方式則會(huì)出現(xiàn)16個(gè)按鍵需配置16個(gè)I/O口的情形，但是使用矩陣模式按鍵之后所需I/O口的數(shù)量只是原來(lái)需求量的二分之一。在本設(shè)計(jì)中使用矩陣按鍵實(shí)現(xiàn)了指紋的錄入，指紋的刪除，簽到和查看等功能。按下相應(yīng)按鍵后單片機(jī)會(huì)給指紋識(shí)別模塊發(fā)送相應(yīng)指令，來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作。3.6LCD12864液晶顯示電路設(shè)計(jì)LCD12864顯示電路如下圖3.7所示：基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。圖3.6LCD12864顯示電路LCD作為兼于固體形態(tài)和液體形態(tài)存在的一類物質(zhì)。其之所以能產(chǎn)生出光亮的本質(zhì)和月亮能發(fā)光的道理如出一轍，二者都是要憑靠其他光源發(fā)出光亮后對(duì)其進(jìn)行反射才能發(fā)光，而兩者自身都是無(wú)法作為發(fā)光源的。LCD用來(lái)制作液晶顯示器時(shí)，它的架構(gòu)原理是在兩片置于水平狀態(tài)下的，且擁有若干縱橫交錯(cuò)的微小電線的玻璃基板中加入液體形態(tài)的晶體盒，再經(jīng)由下層基板上的TFT的信號(hào)的改變以及或通電或沒(méi)有通電導(dǎo)致電壓改變來(lái)操控桿狀液晶分子使之轉(zhuǎn)動(dòng)方向發(fā)生改變，加以實(shí)現(xiàn)通過(guò)每一個(gè)像素點(diǎn)的光線經(jīng)折射后產(chǎn)生出畫面的目的。在本系統(tǒng)中只需顯示少量的漢字抑或字符，于是可在一屏中顯示32個(gè)漢字或64個(gè)字符的LD12864成為了能饜足系統(tǒng)需求的首選。3.7DS1302時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)DS1302時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)如下圖3.7所示：基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第15頁(yè)?；?1單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第15頁(yè)。圖3.7DS1302時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)鐘功能全是依靠DS1302來(lái)完成的,他的作用是將人員簽到的簽到時(shí)間登記下來(lái),再同簽到人員的一些個(gè)人信息一并放入AT24C02中，以便管理者在有需要時(shí)可以從中查詢各人的簽到時(shí)間情況，并由其來(lái)對(duì)簽到者的簽到行為是否有效作出定論。DS1302作為DS1202的強(qiáng)化版誕生，其性能上變得愈加強(qiáng)悍。首先除了對(duì)原有功能的吸收外，還擴(kuò)充其原有的電源引腳的功效，升級(jí)為了雙電源引腳，即如上圖所示的主電源引腳為Vcc2,后備電源引腳為Vcc1。在運(yùn)用主電源供電，即此時(shí)Vcc2的電壓要大于Vcc1的電壓，且要滿足0.2V加上Vcc1的電壓小于Vcc2的電壓值時(shí)，一并以潺流細(xì)水般的電流來(lái)為備用電源充電，以此確保了在主電源遇到特殊突發(fā)情形無(wú)法正常供電時(shí)備用電源能即刻續(xù)上，為主機(jī)中的數(shù)據(jù)或是設(shè)置提供一定時(shí)間內(nèi)的保留，需注意的是使用后背電源供電時(shí)的必要條件是Vcc2的電壓小于Vcc1；其次便是上至年月日，下至?xí)r分秒它都能準(zhǔn)確的計(jì)算，最為人性化的設(shè)計(jì)體現(xiàn)在當(dāng)遇到了閏年的情況時(shí)，它的補(bǔ)償功能便會(huì)被自動(dòng)觸發(fā)；再來(lái)即是2.5V到5.5V的電壓都能使其正常運(yùn)作，由此可見(jiàn)它功耗較小的優(yōu)點(diǎn)；最后便是他內(nèi)置了一個(gè)用于數(shù)據(jù)的臨時(shí)性存放的RAM。在通信上其可通過(guò)三線接口實(shí)現(xiàn)同CPU的同步，在對(duì)RAM上的數(shù)據(jù)抑或是時(shí)鐘信號(hào)的傳輸方式是以迸發(fā)的形式一次性傳遞若干個(gè)字節(jié)。3.8AT24C02儲(chǔ)存電路設(shè)計(jì)AT24C02存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)如下圖3.8所示：基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第16頁(yè)?；?1單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第16頁(yè)。圖3.8AT24C02存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)在采用控制模式為I2C總線的AT24C02儲(chǔ)存芯片中存放著系統(tǒng)的簽到信息，已被錄入的指紋信息，以及管理員身份等I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議可以被AT24C02所支持，且在改協(xié)議中已明確定義了發(fā)生器為被總線接收數(shù)據(jù)的器件；接收器為從總線獲取數(shù)據(jù)的器件。操控著數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹髌骷仨殦碛挟a(chǎn)生串行時(shí)鐘和全部起止信號(hào)的能力。無(wú)論是主器件或是從器件皆具有當(dāng)做接收器或發(fā)送器使用的功能，可是，需要謹(jǐn)慎的主器件在對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施傳送時(shí)可以對(duì)傳輸模式進(jìn)行選擇。且當(dāng)A0、A1、A2作為器件的地址的輸入端時(shí)會(huì)產(chǎn)生8種情況，由此帶來(lái)的便是會(huì)有個(gè)數(shù)小于等于8的AT24C02器件被連接到總線，然后再由配置的區(qū)別來(lái)?yè)駫骷５谒恼孪到y(tǒng)軟件設(shè)計(jì)基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第17頁(yè)。4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第17頁(yè)。系統(tǒng)主程序流程圖如下圖4.1所示：圖4.1系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)在啟動(dòng)后，首先便是會(huì)對(duì)各個(gè)模塊執(zhí)行初始化處理，進(jìn)入主界面，以按鍵進(jìn)入指紋識(shí)別模式，如若掃描到為管理員功能，則通過(guò)相應(yīng)按鍵可進(jìn)入錄入或讀取信息或刪除信息模式實(shí)行操作；若非識(shí)別到管理員指紋則進(jìn)入簽到模式，掃描到的指紋與庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)對(duì)比吻合，簽到成功，反之返回識(shí)別模式。4.2指紋錄入程序設(shè)計(jì)基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第18頁(yè)。指紋錄入程序流程圖如下圖4.2所示：基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第18頁(yè)。圖4.2指紋錄入程序按下錄入按鍵后，有關(guān)指紋采取存錄的程序便開(kāi)始執(zhí)行，此時(shí)單片機(jī)處于等待狀態(tài)，當(dāng)有指紋信息通過(guò)模塊采集后傳入主芯片，主模塊會(huì)創(chuàng)建一個(gè)關(guān)于該指紋的信息集，并將其存放到相應(yīng)的存儲(chǔ)器，即AT24C02中。與之同時(shí)，會(huì)在液晶屏中將有錄入成功的信息提示。4.3指紋刪除程序設(shè)計(jì)基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第19頁(yè)。指紋刪除程序流程圖如下圖4.3所示：基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第19頁(yè)。圖4.3指紋刪除程序流程圖單片機(jī)會(huì)在刪除按鍵被閉合后，向相應(yīng)的模塊發(fā)送出清除指紋的命令。接收到主芯片下達(dá)的指令后，模塊會(huì)實(shí)施相關(guān)的運(yùn)作，完成后模塊將會(huì)向主機(jī)反饋信息，并將刪除成功登字樣在LCD12864中顯示出來(lái)，寄存器地址也將回到0。4.4系統(tǒng)簽到程序設(shè)計(jì)基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第20頁(yè)。系統(tǒng)簽到程序設(shè)計(jì)如下圖4.4所示：基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第20頁(yè)。圖4.4簽到程序流程圖進(jìn)入簽到模式后，主模塊運(yùn)行簽到程序，模塊等待先關(guān)人員的指紋信息的錄入，如若該操作人員的指紋信息是已有記錄的，在身份驗(yàn)證后，單片機(jī)便會(huì)將相應(yīng)的人員信息和時(shí)間信息一同存放到存貯器中，并在顯示屏上提示簽到成功的字樣；如若掃描到的指紋是未經(jīng)錄入的，那在液晶屏上將一直持續(xù)提示只為你是被模式，以此告知簽到者無(wú)法進(jìn)行該項(xiàng)操作。4.5系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第21頁(yè)。系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境界面如下圖4.5所示：基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第21頁(yè)。圖4.5系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境本系統(tǒng)運(yùn)用的編程語(yǔ)言為Ｃ語(yǔ)言。因此選用了keilc51軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，因其不僅支持匯編和C語(yǔ)言作為編譯語(yǔ)言，還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是可兼容于多種計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)。相較于使用匯編語(yǔ)言編程keilc51不但為C語(yǔ)言編譯提供了在結(jié)構(gòu)功能上的優(yōu)勢(shì)，還為其供應(yīng)了一系列相關(guān)的設(shè)備，并且它還有這雄厚的庫(kù)函數(shù)和強(qiáng)而有力的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具。結(jié)論依由設(shè)計(jì)要求在制作畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中,不可避免的遇到了一些問(wèn)題?；?1單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第22頁(yè)。首先便是在硬件的連接方面出現(xiàn)了些許狀況，因?yàn)樽约浩剿乩飳?duì)于焊接的經(jīng)驗(yàn)比較缺乏，因而在使用萬(wàn)用板進(jìn)行元器件的焊接時(shí)，在一些地方出現(xiàn)了虛焊的現(xiàn)象，在用萬(wàn)用表對(duì)其檢測(cè)時(shí)該問(wèn)題就顯現(xiàn)了出來(lái)，為了消除這個(gè)現(xiàn)象，又對(duì)焊接做了加工，可是在此使用萬(wàn)用表檢驗(yàn)時(shí)，電路還是有問(wèn)題，于是請(qǐng)教同學(xué)，最終的到的答案是可能在重復(fù)焊接過(guò)程中溫度過(guò)高，將元件燒壞了。無(wú)奈，第一次焊接以失敗告終。后經(jīng)同學(xué)的從旁協(xié)助和自己的悉心焊接完成的硬件的制作。基于51單片機(jī)的指紋考勤器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第22頁(yè)。此設(shè)計(jì)做的是運(yùn)用指紋來(lái)進(jìn)行簽到的考勤機(jī)，那弄明白除主機(jī)外最重要的指紋模塊的相關(guān)使用方法就是首當(dāng)其沖的任務(wù)。在此用到的FM-180模塊因其串口協(xié)議有明確指出在與主機(jī)連接工作時(shí)無(wú)論是與主機(jī)之間的指令傳遞或是數(shù)據(jù)交換均要參照固有格式使用，因此，在編程時(shí)都必須將其納入考量中。除此之外即是液晶界選擇和閃爍以及矩陣按鍵獲取鍵值此些問(wèn)題的編程處理上，對(duì)于C語(yǔ)言能力有限的我而言都成為軟件制作過(guò)程中的一些阻礙，不過(guò)好在通過(guò)對(duì)程序結(jié)構(gòu)上的調(diào)整處置好了液晶屏的問(wèn)題；再參考網(wǎng)絡(luò)上有關(guān)矩陣按鍵讀取鍵值的歷程根除了鍵盤方面的障礙。本設(shè)計(jì)大體上已按照設(shè)計(jì)要求完成了制作，其在功能已能實(shí)現(xiàn)在USB接口上電后整體電路獲得+5V的工作電壓，系統(tǒng)開(kāi)始對(duì)各個(gè)模塊實(shí)施初始化處理，液晶屏上顯示字符串和時(shí)鐘信息。使用獨(dú)立按鍵切換到指紋功能界面，此后指紋識(shí)別模塊開(kāi)始閃爍，等待指紋的輸入，如若輸入的是管理員的指紋便會(huì)進(jìn)入管理員模式，便可借由矩陣按鍵選擇進(jìn)入錄入或讀取考勤記錄或是刪除模式以及推遲管理員模式進(jìn)入簽到模式，需注意的是在進(jìn)行刪除時(shí)會(huì)將出管理員外的指紋信息和簽到信息一并清楚。如若模塊掃描到的并非管