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[導讀]以ARM7芯片為核心,設計了一款指紋考勤機。此產(chǎn)品兼具指紋考勤和刷卡考勤兩項基本功能。

摘要:ARM7芯片為核心,設計了一款指紋考勤機。此產(chǎn)品兼具指紋考勤和刷卡考勤兩項基本功能。
關鍵詞: ARM7;DMA;考勤機;指紋采集;射頻卡

  引言

  生物識別技術依靠其鑒別的唯一性和可靠性,經(jīng)過近十年的發(fā)展,應用已經(jīng)越來越廣泛和成熟,目前指紋識別技術已趨向民用市場普及,指紋考勤機就是其主要的應用之一。筆者采用功能強大的S33C44B0X處理器設計了一款指紋考勤機,在功能、接口、價格等方面都有著極大的優(yōu)勢。

  所設計的考勤機具有指紋采集和刷卡采集兩大基本功能。指紋采集部分采用CMOS光學傳感器。刷卡采集相應的射頻模塊,它可以通過串口的方式與CPU通信??记跈C和上位機的通訊則采用通用的模擬USB接口,有效地達到了即保證低成本又方便用戶使用的目的。另外還加入了USB充電,實時時鐘顯示,語音提示等眾多人性化功能。系統(tǒng)的框圖如圖1所示。

圖1  系統(tǒng)功能框圖

  系統(tǒng)硬件設計

  本系統(tǒng)主CPU采用的是三星公司的S3C44B0X處理器,該處理器具有功能多、功耗低、運算速度快、價格低廉等優(yōu)點。

  硬件設計主要包括指紋采集、刷卡采集、和電源管理三個部分。

  存儲器采用外接的方式,分別接了64M的HY57V641620HG的SDRAM和16M的39VF1601的flash。語音提示模塊采用的是總長為21S錄音時間的AP8921A芯片。

  上位機通訊通過CH341芯片進行異步串口轉USB1.1接口,用戶對外可以按照正常的USB接口使用,省去了麻煩的串口。系統(tǒng)采用了MAX1508芯片通過USB接口給鋰電充電,平時采用電池供電,插上USB接口后即可通過USB接口給系統(tǒng)供電,并給鋰電充電。

  按鍵總共有三個,一個是系統(tǒng)的開關機按鍵,另外兩個分別是實時時鐘設的置按鍵和方向鍵。

  指紋采集

  指紋采集傳感器采用OV7620,并以I2C總線及DMA的數(shù)據(jù)傳輸方式實現(xiàn)與CPU的信息交互。圖2為指紋采集接口。

圖2 指紋采集接口

  J1為采集頭的接口,主要有15個引腳,其中引腳8至引腳15為數(shù)據(jù)輸出接口,連接至鎖存器,最終接到數(shù)據(jù)總線上;引腳6、7為I2C總線,用于對傳感器寄存器進行初始化設置;引腳3到引腳5分別為傳感器的時鐘信號、行同步信號和幀同步信號。幀同步信號直接連接至CPU的通用I/O端口GPF3上,行同步信號和時鐘信號通過與非門接至CPU的外部DMA請求輸入nXDREQ1。

  當nXDREQ1輸出由高電平變得低電平時,傳感器便有數(shù)據(jù)輸出,并且數(shù)據(jù)能夠維持至下一個同樣的過程的到來。這正好符合44B0的外部DMA請求的單步模式的要求。于是自然就可以采用DMA的方式來讀取數(shù)據(jù)。最終的數(shù)據(jù)讀取是通過片選鎖存器來實現(xiàn)的。由于DMA的方式不干預CPU,因此也大大提高了讀取的速度。

  刷卡采集

  刷卡采集選用的是MTP-125K4模塊,并選擇ASCII方式以及固定的9600bps輸出RS232數(shù)據(jù),感應距離為30cm,其輸出數(shù)據(jù)端口直接連接CPU的串口1接收端即可。輸出的數(shù)據(jù)格式為頭碼(02)+10ASCII數(shù)據(jù)+Checksum校驗碼+結束碼(03),事實上我們只需存儲10位數(shù)據(jù)信息中的4位卡號。具體電路如圖3所示。

圖3 讀卡模塊

  電源管理

  電源管理部分采用了1150mAh的LI電,通過DC-DC升壓至5V,再通過LDO給系統(tǒng)所需要的3.3V和2.5V電壓。其中DC-DC是LT1308A芯片,LDO采用AMS1117-3.3V和AMS1117-2.5V,可以為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓供給。

  圖4是電源開關控制部分電路,功能為實現(xiàn)USB和電池供電的切換。當未插入USB時采用電池供電,而連接時系統(tǒng)采用USB供電。S9為總電源開關。具體的實現(xiàn)過程為:電池供電時,開關S9按下,TEST1點由高變低,Q0導通,NAND網(wǎng)絡為高,系統(tǒng)開始供電,此時程序運轉并給與SHDN引腳高電平信號,促使Q6導通,此時即使按鍵抬起TEST1點仍為低電平,維持Q0的導通。當插上USB后,按鍵的按下使得Q4導通,Q0此時截至,系統(tǒng)由電池供電切換為USB供電,其它道理相同。關機時按鍵按下,POWER_DET網(wǎng)絡檢測電平由高變低,給予SHDN低電平,Q6截至,按鍵抬起后無論是Q0還是Q4均截至,系統(tǒng)斷電。

圖4電源管理模塊

  系統(tǒng)軟件設計

  軟件部分除了CPU的底層初始化部分采用ARM匯編,其余全部用C語言編寫。

  程序初始化后進入低功耗模式,等待各種具體操作。當有指紋采集時,就進入指紋數(shù)據(jù)采集和處理模塊,處理結束后,又重新退回低功耗等待模式,等待其他操作。同理,當有讀卡數(shù)據(jù)或者時鐘設置響應時,便進入相應的操作模塊進行處理。值得注意的是,系統(tǒng)有兩種關機方式。一種是通過手動關機,另一種則通過系統(tǒng)定時器定時到后自動關機。

  圖像數(shù)據(jù)讀取

  根據(jù)前面的分析,圖像數(shù)據(jù)的采集采用的是DMA方式的單步模式。初始化時,除了設置單步模式外,還需要將DMA讀取的源地址設為鎖存器上的片選地址,目的地址則是存儲數(shù)據(jù)的緩存地址;數(shù)據(jù)的大小設置為一幀數(shù)據(jù)的大小,這里為480×640字節(jié)。

  在讀取數(shù)據(jù)過程中,系統(tǒng)首先檢測幀同步信號,以確定一幀的開始,然后等待傳感器發(fā)出的DMA請求(與非門輸出低電平)。當接收到請求后,便按DMA的方式傳輸數(shù)據(jù),每接收一個字節(jié),相應的用于指示剩余字節(jié)數(shù)的寄存器的值便會減一,直至減到零,表示數(shù)據(jù)接收完畢。

  讀卡

  考慮到刷卡的隨機性,決定采用中斷的方式來讀取數(shù)據(jù)。即通常情況下,系統(tǒng)是在低功耗下等待;當有刷卡時,跳出低功耗并讀取數(shù)據(jù)。

  整個讀取過程就是對串口通信的操作過程。當有數(shù)據(jù)進來時,串口模塊會產(chǎn)生一個中斷。因此在相應的中斷響應便可以讀取這一數(shù)據(jù),直至數(shù)據(jù)完整讀取;所讀取的數(shù)據(jù)中有一個校驗和,可以幫助驗證數(shù)據(jù)的正確性。

  結語

  本系統(tǒng)采用了大量成熟的模塊,具有指紋采集、刷卡、語音提示、實時時鐘、USB接口等功能的一款便攜設備。本產(chǎn)品目前已經(jīng)研制出樣機,經(jīng)調試檢測各項指標合格,實現(xiàn)了上述各項功能,滿足了產(chǎn)品的設計指標。

  參考文獻:

  1. S3c44b0x_datasheet Sungsang Corp

  2. 趙晶,Protel 99高級應用,人民郵電出版社,2005.8

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