基于USB傳輸及CMOS圖像傳感器的指紋識(shí)別儀的實(shí)現(xiàn)
發(fā)布時(shí)間:2008/5/29 0:00:00 訪問(wèn)次數(shù):445
嚴(yán)家喜，李 昂，史延?xùn)|
摘要： 介紹了基于cmos圖像傳感器ov762m和ez—usb an2131qc usb數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹讣y識(shí)別儀硬件實(shí)現(xiàn)，為匹配時(shí)序使用了cpld技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高速緩沖區(qū)，并重點(diǎn)對(duì)usb批量快速傳輸和cpld緩沖控制的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了討論。由此方法實(shí)現(xiàn)的指紋識(shí)別系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，穩(wěn)定可靠。
關(guān)鍵詞： cmos圖像傳感器；指紋識(shí)別儀；ov7620；an2131qc；cpld
引 言
cmos圖像傳感器是近年來(lái)得到快速發(fā)展的一種新型固態(tài)圖像傳感器。它將圖像傳感部分和控制電路高度集成在同一芯片里，體積明顯減小、功耗也大大降低，滿足了對(duì)高度小型化、低功耗成像系統(tǒng)的要求。與傳統(tǒng)的ccd圖像傳感器相比，cmos圖像傳感器還具有集成度高、控制簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此隨著cmos集成電路工藝的不斷進(jìn)步和完善，cmos圖像傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種通用圖像采集系統(tǒng)中。同時(shí)作為一種pc機(jī)與外圍設(shè)備間的高速通信接口，usb具有許多突出的有點(diǎn)： 連接簡(jiǎn)便，可熱插拔，無(wú)需定位及運(yùn)行安裝程序，無(wú)需連接外設(shè)時(shí)關(guān)機(jī)及重啟系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)真正的即插即用；高傳輸速率，usb1.1協(xié)議支持12mb/s；不占用系統(tǒng)硬件資源，能夠自動(dòng)檢測(cè)和配置外圍設(shè)備，不存在硬件沖突問(wèn)題。
因此，利用cmos數(shù)字圖像傳感器與usb接口數(shù)據(jù)傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)的指紋識(shí)別儀具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，便攜化等優(yōu)點(diǎn)�，F(xiàn)將介紹利用omnivision公司的cmos彩色數(shù)字圖像傳感器ov762m和cypress公司的ez—usb an2131qc usb控制傳輸芯片(內(nèi)部集成了增強(qiáng)形51內(nèi)核)來(lái)實(shí)現(xiàn)指紋信息的采集和usb傳輸，同時(shí)由于指紋傳感器輸出數(shù)據(jù)的速率(27mb/s)與usb控制器(an2131qc)數(shù)據(jù)傳輸速率(12mb/s)的不匹配，故系統(tǒng)采用了sram和cpld構(gòu)成中間高速緩沖區(qū)。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
應(yīng)用an2131qc、cpld和ov762m設(shè)計(jì)的指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示：
圖1 指紋識(shí)別硬件系統(tǒng)簡(jiǎn)略框架圖
首先，an2131qc通過(guò)i2c對(duì)指紋識(shí)別傳感器(ov7620)的窗口設(shè)置等參數(shù)進(jìn)行配置，光學(xué)透鏡把像成在ov762m的像面上后，cmos圖像傳感器(ov7620)對(duì)其進(jìn)行空間采樣，并按照一定的幀頻連續(xù)輸出8位的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)y[7∶m](輸出數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的幀同步信號(hào)為vsync，水平有效信號(hào)為href，輸出時(shí)鐘信號(hào)為pclk)。為了實(shí)現(xiàn)指紋傳感器輸出數(shù)據(jù)與usb控制器(an2131qc)讀取數(shù)據(jù)速度與時(shí)序的匹配，使用了sram(is61c1024)和cpld構(gòu)成高速緩沖區(qū)，利用此高速緩沖區(qū)將ov762m采集的指紋數(shù)據(jù)緩存。最后an2131qc實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的usb通信，將高速緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)的傳輸?shù)絧c機(jī)進(jìn)行相應(yīng)圖像處理。
cmos數(shù)字圖像傳感器ov7620
cmos數(shù)字圖像傳感器ov762m集成了一個(gè)664×492 的感光陣列、幀(行)控制電路、視頻時(shí)序產(chǎn)生電路、模擬信號(hào)處理電路、a/d轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字信號(hào)輸出電路及寄存器i2c編程接口。感光陣列得到原始的彩色圖像信號(hào)后，模擬處理電路完成諸如顏色分離與均衡、增益控制、gamma校正、白電平調(diào)整等主要的信號(hào)處理工作，最后可根據(jù)需要輸出多種標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)。視頻時(shí)序產(chǎn)生電路用于產(chǎn)生行同步、場(chǎng)同步、混合視頻同步等多種同步信號(hào)和像素時(shí)鐘等多種內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)，外部控制器可通過(guò)i2c總線接口設(shè)置或讀取ov762m的工作狀態(tài)、工作方式以及數(shù)據(jù)的輸出格式等。
an2131qc通過(guò)i2c總線接口設(shè)定ov762m的寄存器來(lái)控制輸出幀率在0.5幀/s～3m幀/s之間變化，輸出窗口在4×2～664×492 之間可調(diào)(默認(rèn)輸出640×48m的標(biāo)準(zhǔn)vga格式)，設(shè)置黑白平衡等。根據(jù)指紋采集的需要，窗口輸出設(shè)置為： 320×288，經(jīng)過(guò)設(shè)定后的ov762m輸出時(shí)序如圖2 所示：
圖2 0v762m輸出時(shí)序
vsync是垂直場(chǎng)同步信號(hào)(也是每幀同步信號(hào)，cmos是按列采集圖像的)，其下降沿表示一幀圖像的開(kāi)始，href 提供了一種有效的控制方式，當(dāng)輸出像素行列分別處于設(shè)定窗口之間時(shí)href 為有效高電平，此時(shí)輸出有效的視頻數(shù)據(jù)，pclk是輸出數(shù)據(jù)同步信號(hào)，上升沿輸出一個(gè)有效的像素y[7∶m]。
基于cpld技術(shù)的高速數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的實(shí)現(xiàn)
在由cpld和sram構(gòu)成的高速數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，cpld充當(dāng)了sram的控制器，其內(nèi)部電路實(shí)現(xiàn)框圖如圖3所示：
圖3 sram高速緩沖區(qū)控制器的cpld實(shí)現(xiàn)
圖3中ram_rd，ram_wr為輸出到sram的讀寫(xiě)信號(hào)線，ram_data，ram_addr為sram的數(shù)據(jù)地址總線；latch_f為sram的讀寫(xiě)允許信號(hào)，當(dāng)為高電平時(shí)允許對(duì)sram寫(xiě)操作，為低電平時(shí)允許對(duì)sram讀操作；兩個(gè)8路三態(tài)門(mén)用于隔離總線，當(dāng)對(duì)sram寫(xiě)時(shí)，輸出cpu_data為高阻態(tài)，當(dāng)對(duì)sram讀時(shí)，將采集數(shù)據(jù)信號(hào)y [7∶m]隔離；cpu_rds，vsync為開(kāi)始讀寫(xiě)信號(hào)，單個(gè)正脈沖將sram地址置0；cpu_rd作為sram快速讀脈沖，pclk為sram寫(xiě)脈沖；irq為寫(xiě)滿標(biāo)志，用于向
關(guān)鍵詞： cmos圖像傳感器；指紋識(shí)別儀；ov7620；an2131qc；cpld
引 言
cmos圖像傳感器是近年來(lái)得到快速發(fā)展的一種新型固態(tài)圖像傳感器。它將圖像傳感部分和控制電路高度集成在同一芯片里，體積明顯減小、功耗也大大降低，滿足了對(duì)高度小型化、低功耗成像系統(tǒng)的要求。與傳統(tǒng)的ccd圖像傳感器相比，cmos圖像傳感器還具有集成度高、控制簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此隨著cmos集成電路工藝的不斷進(jìn)步和完善，cmos圖像傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種通用圖像采集系統(tǒng)中。同時(shí)作為一種pc機(jī)與外圍設(shè)備間的高速通信接口，usb具有許多突出的有點(diǎn)： 連接簡(jiǎn)便，可熱插拔，無(wú)需定位及運(yùn)行安裝程序，無(wú)需連接外設(shè)時(shí)關(guān)機(jī)及重啟系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)真正的即插即用；高傳輸速率，usb1.1協(xié)議支持12mb/s；不占用系統(tǒng)硬件資源，能夠自動(dòng)檢測(cè)和配置外圍設(shè)備，不存在硬件沖突問(wèn)題。
因此，利用cmos數(shù)字圖像傳感器與usb接口數(shù)據(jù)傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)的指紋識(shí)別儀具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，便攜化等優(yōu)點(diǎn)�，F(xiàn)將介紹利用omnivision公司的cmos彩色數(shù)字圖像傳感器ov762m和cypress公司的ez—usb an2131qc usb控制傳輸芯片(內(nèi)部集成了增強(qiáng)形51內(nèi)核)來(lái)實(shí)現(xiàn)指紋信息的采集和usb傳輸，同時(shí)由于指紋傳感器輸出數(shù)據(jù)的速率(27mb/s)與usb控制器(an2131qc)數(shù)據(jù)傳輸速率(12mb/s)的不匹配，故系統(tǒng)采用了sram和cpld構(gòu)成中間高速緩沖區(qū)。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
應(yīng)用an2131qc、cpld和ov762m設(shè)計(jì)的指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示：
圖1 指紋識(shí)別硬件系統(tǒng)簡(jiǎn)略框架圖
首先，an2131qc通過(guò)i2c對(duì)指紋識(shí)別傳感器(ov7620)的窗口設(shè)置等參數(shù)進(jìn)行配置，光學(xué)透鏡把像成在ov762m的像面上后，cmos圖像傳感器(ov7620)對(duì)其進(jìn)行空間采樣，并按照一定的幀頻連續(xù)輸出8位的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)y[7∶m](輸出數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的幀同步信號(hào)為vsync，水平有效信號(hào)為href，輸出時(shí)鐘信號(hào)為pclk)。為了實(shí)現(xiàn)指紋傳感器輸出數(shù)據(jù)與usb控制器(an2131qc)讀取數(shù)據(jù)速度與時(shí)序的匹配，使用了sram(is61c1024)和cpld構(gòu)成高速緩沖區(qū)，利用此高速緩沖區(qū)將ov762m采集的指紋數(shù)據(jù)緩存。最后an2131qc實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的usb通信，將高速緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)的傳輸?shù)絧c機(jī)進(jìn)行相應(yīng)圖像處理。
cmos數(shù)字圖像傳感器ov7620
cmos數(shù)字圖像傳感器ov762m集成了一個(gè)664×492 的感光陣列、幀(行)控制電路、視頻時(shí)序產(chǎn)生電路、模擬信號(hào)處理電路、a/d轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字信號(hào)輸出電路及寄存器i2c編程接口。感光陣列得到原始的彩色圖像信號(hào)后，模擬處理電路完成諸如顏色分離與均衡、增益控制、gamma校正、白電平調(diào)整等主要的信號(hào)處理工作，最后可根據(jù)需要輸出多種標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)。視頻時(shí)序產(chǎn)生電路用于產(chǎn)生行同步、場(chǎng)同步、混合視頻同步等多種同步信號(hào)和像素時(shí)鐘等多種內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)，外部控制器可通過(guò)i2c總線接口設(shè)置或讀取ov762m的工作狀態(tài)、工作方式以及數(shù)據(jù)的輸出格式等。
an2131qc通過(guò)i2c總線接口設(shè)定ov762m的寄存器來(lái)控制輸出幀率在0.5幀/s～3m幀/s之間變化，輸出窗口在4×2～664×492 之間可調(diào)(默認(rèn)輸出640×48m的標(biāo)準(zhǔn)vga格式)，設(shè)置黑白平衡等。根據(jù)指紋采集的需要，窗口輸出設(shè)置為： 320×288，經(jīng)過(guò)設(shè)定后的ov762m輸出時(shí)序如圖2 所示：
圖2 0v762m輸出時(shí)序
vsync是垂直場(chǎng)同步信號(hào)(也是每幀同步信號(hào)，cmos是按列采集圖像的)，其下降沿表示一幀圖像的開(kāi)始，href 提供了一種有效的控制方式，當(dāng)輸出像素行列分別處于設(shè)定窗口之間時(shí)href 為有效高電平，此時(shí)輸出有效的視頻數(shù)據(jù)，pclk是輸出數(shù)據(jù)同步信號(hào)，上升沿輸出一個(gè)有效的像素y[7∶m]。
基于cpld技術(shù)的高速數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的實(shí)現(xiàn)
在由cpld和sram構(gòu)成的高速數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，cpld充當(dāng)了sram的控制器，其內(nèi)部電路實(shí)現(xiàn)框圖如圖3所示：
圖3 sram高速緩沖區(qū)控制器的cpld實(shí)現(xiàn)
圖3中ram_rd，ram_wr為輸出到sram的讀寫(xiě)信號(hào)線，ram_data，ram_addr為sram的數(shù)據(jù)地址總線；latch_f為sram的讀寫(xiě)允許信號(hào)，當(dāng)為高電平時(shí)允許對(duì)sram寫(xiě)操作，為低電平時(shí)允許對(duì)sram讀操作；兩個(gè)8路三態(tài)門(mén)用于隔離總線，當(dāng)對(duì)sram寫(xiě)時(shí)，輸出cpu_data為高阻態(tài)，當(dāng)對(duì)sram讀時(shí)，將采集數(shù)據(jù)信號(hào)y [7∶m]隔離；cpu_rds，vsync為開(kāi)始讀寫(xiě)信號(hào)，單個(gè)正脈沖將sram地址置0；cpu_rd作為sram快速讀脈沖，pclk為sram寫(xiě)脈沖；irq為寫(xiě)滿標(biāo)志，用于向
嚴(yán)家喜，李 昂，史延?xùn)|
摘要： 介紹了基于cmos圖像傳感器ov762m和ez—usb an2131qc usb數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹讣y識(shí)別儀硬件實(shí)現(xiàn)，為匹配時(shí)序使用了cpld技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高速緩沖區(qū)，并重點(diǎn)對(duì)usb批量快速傳輸和cpld緩沖控制的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了討論。由此方法實(shí)現(xiàn)的指紋識(shí)別系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，穩(wěn)定可靠。
關(guān)鍵詞： cmos圖像傳感器；指紋識(shí)別儀；ov7620；an2131qc；cpld
引 言
cmos圖像傳感器是近年來(lái)得到快速發(fā)展的一種新型固態(tài)圖像傳感器。它將圖像傳感部分和控制電路高度集成在同一芯片里，體積明顯減小、功耗也大大降低，滿足了對(duì)高度小型化、低功耗成像系統(tǒng)的要求。與傳統(tǒng)的ccd圖像傳感器相比，cmos圖像傳感器還具有集成度高、控制簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此隨著cmos集成電路工藝的不斷進(jìn)步和完善，cmos圖像傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種通用圖像采集系統(tǒng)中。同時(shí)作為一種pc機(jī)與外圍設(shè)備間的高速通信接口，usb具有許多突出的有點(diǎn)： 連接簡(jiǎn)便，可熱插拔，無(wú)需定位及運(yùn)行安裝程序，無(wú)需連接外設(shè)時(shí)關(guān)機(jī)及重啟系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)真正的即插即用；高傳輸速率，usb1.1協(xié)議支持12mb/s；不占用系統(tǒng)硬件資源，能夠自動(dòng)檢測(cè)和配置外圍設(shè)備，不存在硬件沖突問(wèn)題。
因此，利用cmos數(shù)字圖像傳感器與usb接口數(shù)據(jù)傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)的指紋識(shí)別儀具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，便攜化等優(yōu)點(diǎn)�，F(xiàn)將介紹利用omnivision公司的cmos彩色數(shù)字圖像傳感器ov762m和cypress公司的ez—usb an2131qc usb控制傳輸芯片(內(nèi)部集成了增強(qiáng)形51內(nèi)核)來(lái)實(shí)現(xiàn)指紋信息的采集和usb傳輸，同時(shí)由于指紋傳感器輸出數(shù)據(jù)的速率(27mb/s)與usb控制器(an2131qc)數(shù)據(jù)傳輸速率(12mb/s)的不匹配，故系統(tǒng)采用了sram和cpld構(gòu)成中間高速緩沖區(qū)。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
應(yīng)用an2131qc、cpld和ov762m設(shè)計(jì)的指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示：
圖1 指紋識(shí)別硬件系統(tǒng)簡(jiǎn)略框架圖
首先，an2131qc通過(guò)i2c對(duì)指紋識(shí)別傳感器(ov7620)的窗口設(shè)置等參數(shù)進(jìn)行配置，光學(xué)透鏡把像成在ov762m的像面上后，cmos圖像傳感器(ov7620)對(duì)其進(jìn)行空間采樣，并按照一定的幀頻連續(xù)輸出8位的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)y[7∶m](輸出數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的幀同步信號(hào)為vsync，水平有效信號(hào)為href，輸出時(shí)鐘信號(hào)為pclk)。為了實(shí)現(xiàn)指紋傳感器輸出數(shù)據(jù)與usb控制器(an2131qc)讀取數(shù)據(jù)速度與時(shí)序的匹配，使用了sram(is61c1024)和cpld構(gòu)成高速緩沖區(qū)，利用此高速緩沖區(qū)將ov762m采集的指紋數(shù)據(jù)緩存。最后an2131qc實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的usb通信，將高速緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)的傳輸?shù)絧c機(jī)進(jìn)行相應(yīng)圖像處理。
cmos數(shù)字圖像傳感器ov7620
cmos數(shù)字圖像傳感器ov762m集成了一個(gè)664×492 的感光陣列、幀(行)控制電路、視頻時(shí)序產(chǎn)生電路、模擬信號(hào)處理電路、a/d轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字信號(hào)輸出電路及寄存器i2c編程接口。感光陣列得到原始的彩色圖像信號(hào)后，模擬處理電路完成諸如顏色分離與均衡、增益控制、gamma校正、白電平調(diào)整等主要的信號(hào)處理工作，最后可根據(jù)需要輸出多種標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)。視頻時(shí)序產(chǎn)生電路用于產(chǎn)生行同步、場(chǎng)同步、混合視頻同步等多種同步信號(hào)和像素時(shí)鐘等多種內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)，外部控制器可通過(guò)i2c總線接口設(shè)置或讀取ov762m的工作狀態(tài)、工作方式以及數(shù)據(jù)的輸出格式等。
an2131qc通過(guò)i2c總線接口設(shè)定ov762m的寄存器來(lái)控制輸出幀率在0.5幀/s～3m幀/s之間變化，輸出窗口在4×2～664×492 之間可調(diào)(默認(rèn)輸出640×48m的標(biāo)準(zhǔn)vga格式)，設(shè)置黑白平衡等。根據(jù)指紋采集的需要，窗口輸出設(shè)置為： 320×288，經(jīng)過(guò)設(shè)定后的ov762m輸出時(shí)序如圖2 所示：
圖2 0v762m輸出時(shí)序
vsync是垂直場(chǎng)同步信號(hào)(也是每幀同步信號(hào)，cmos是按列采集圖像的)，其下降沿表示一幀圖像的開(kāi)始，href 提供了一種有效的控制方式，當(dāng)輸出像素行列分別處于設(shè)定窗口之間時(shí)href 為有效高電平，此時(shí)輸出有效的視頻數(shù)據(jù)，pclk是輸出數(shù)據(jù)同步信號(hào)，上升沿輸出一個(gè)有效的像素y[7∶m]。
基于cpld技術(shù)的高速數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的實(shí)現(xiàn)
在由cpld和sram構(gòu)成的高速數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，cpld充當(dāng)了sram的控制器，其內(nèi)部電路實(shí)現(xiàn)框圖如圖3所示：
圖3 sram高速緩沖區(qū)控制器的cpld實(shí)現(xiàn)
圖3中ram_rd，ram_wr為輸出到sram的讀寫(xiě)信號(hào)線，ram_data，ram_addr為sram的數(shù)據(jù)地址總線；latch_f為sram的讀寫(xiě)允許信號(hào)，當(dāng)為高電平時(shí)允許對(duì)sram寫(xiě)操作，為低電平時(shí)允許對(duì)sram讀操作；兩個(gè)8路三態(tài)門(mén)用于隔離總線，當(dāng)對(duì)sram寫(xiě)時(shí)，輸出cpu_data為高阻態(tài)，當(dāng)對(duì)sram讀時(shí)，將采集數(shù)據(jù)信號(hào)y [7∶m]隔離；cpu_rds，vsync為開(kāi)始讀寫(xiě)信號(hào)，單個(gè)正脈沖將sram地址置0；cpu_rd作為sram快速讀脈沖，pclk為sram寫(xiě)脈沖；irq為寫(xiě)滿標(biāo)志，用于向
關(guān)鍵詞： cmos圖像傳感器；指紋識(shí)別儀；ov7620；an2131qc；cpld
引 言
cmos圖像傳感器是近年來(lái)得到快速發(fā)展的一種新型固態(tài)圖像傳感器。它將圖像傳感部分和控制電路高度集成在同一芯片里，體積明顯減小、功耗也大大降低，滿足了對(duì)高度小型化、低功耗成像系統(tǒng)的要求。與傳統(tǒng)的ccd圖像傳感器相比，cmos圖像傳感器還具有集成度高、控制簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此隨著cmos集成電路工藝的不斷進(jìn)步和完善，cmos圖像傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種通用圖像采集系統(tǒng)中。同時(shí)作為一種pc機(jī)與外圍設(shè)備間的高速通信接口，usb具有許多突出的有點(diǎn)： 連接簡(jiǎn)便，可熱插拔，無(wú)需定位及運(yùn)行安裝程序，無(wú)需連接外設(shè)時(shí)關(guān)機(jī)及重啟系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)真正的即插即用；高傳輸速率，usb1.1協(xié)議支持12mb/s；不占用系統(tǒng)硬件資源，能夠自動(dòng)檢測(cè)和配置外圍設(shè)備，不存在硬件沖突問(wèn)題。
因此，利用cmos數(shù)字圖像傳感器與usb接口數(shù)據(jù)傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)的指紋識(shí)別儀具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，便攜化等優(yōu)點(diǎn)�，F(xiàn)將介紹利用omnivision公司的cmos彩色數(shù)字圖像傳感器ov762m和cypress公司的ez—usb an2131qc usb控制傳輸芯片(內(nèi)部集成了增強(qiáng)形51內(nèi)核)來(lái)實(shí)現(xiàn)指紋信息的采集和usb傳輸，同時(shí)由于指紋傳感器輸出數(shù)據(jù)的速率(27mb/s)與usb控制器(an2131qc)數(shù)據(jù)傳輸速率(12mb/s)的不匹配，故系統(tǒng)采用了sram和cpld構(gòu)成中間高速緩沖區(qū)。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
應(yīng)用an2131qc、cpld和ov762m設(shè)計(jì)的指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示：
圖1 指紋識(shí)別硬件系統(tǒng)簡(jiǎn)略框架圖
首先，an2131qc通過(guò)i2c對(duì)指紋識(shí)別傳感器(ov7620)的窗口設(shè)置等參數(shù)進(jìn)行配置，光學(xué)透鏡把像成在ov762m的像面上后，cmos圖像傳感器(ov7620)對(duì)其進(jìn)行空間采樣，并按照一定的幀頻連續(xù)輸出8位的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)y[7∶m](輸出數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的幀同步信號(hào)為vsync，水平有效信號(hào)為href，輸出時(shí)鐘信號(hào)為pclk)。為了實(shí)現(xiàn)指紋傳感器輸出數(shù)據(jù)與usb控制器(an2131qc)讀取數(shù)據(jù)速度與時(shí)序的匹配，使用了sram(is61c1024)和cpld構(gòu)成高速緩沖區(qū)，利用此高速緩沖區(qū)將ov762m采集的指紋數(shù)據(jù)緩存。最后an2131qc實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的usb通信，將高速緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)的傳輸?shù)絧c機(jī)進(jìn)行相應(yīng)圖像處理。
cmos數(shù)字圖像傳感器ov7620
cmos數(shù)字圖像傳感器ov762m集成了一個(gè)664×492 的感光陣列、幀(行)控制電路、視頻時(shí)序產(chǎn)生電路、模擬信號(hào)處理電路、a/d轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字信號(hào)輸出電路及寄存器i2c編程接口。感光陣列得到原始的彩色圖像信號(hào)后，模擬處理電路完成諸如顏色分離與均衡、增益控制、gamma校正、白電平調(diào)整等主要的信號(hào)處理工作，最后可根據(jù)需要輸出多種標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)。視頻時(shí)序產(chǎn)生電路用于產(chǎn)生行同步、場(chǎng)同步、混合視頻同步等多種同步信號(hào)和像素時(shí)鐘等多種內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)，外部控制器可通過(guò)i2c總線接口設(shè)置或讀取ov762m的工作狀態(tài)、工作方式以及數(shù)據(jù)的輸出格式等。
an2131qc通過(guò)i2c總線接口設(shè)定ov762m的寄存器來(lái)控制輸出幀率在0.5幀/s～3m幀/s之間變化，輸出窗口在4×2～664×492 之間可調(diào)(默認(rèn)輸出640×48m的標(biāo)準(zhǔn)vga格式)，設(shè)置黑白平衡等。根據(jù)指紋采集的需要，窗口輸出設(shè)置為： 320×288，經(jīng)過(guò)設(shè)定后的ov762m輸出時(shí)序如圖2 所示：
圖2 0v762m輸出時(shí)序
vsync是垂直場(chǎng)同步信號(hào)(也是每幀同步信號(hào)，cmos是按列采集圖像的)，其下降沿表示一幀圖像的開(kāi)始，href 提供了一種有效的控制方式，當(dāng)輸出像素行列分別處于設(shè)定窗口之間時(shí)href 為有效高電平，此時(shí)輸出有效的視頻數(shù)據(jù)，pclk是輸出數(shù)據(jù)同步信號(hào)，上升沿輸出一個(gè)有效的像素y[7∶m]。
基于cpld技術(shù)的高速數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的實(shí)現(xiàn)
在由cpld和sram構(gòu)成的高速數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，cpld充當(dāng)了sram的控制器，其內(nèi)部電路實(shí)現(xiàn)框圖如圖3所示：
圖3 sram高速緩沖區(qū)控制器的cpld實(shí)現(xiàn)
圖3中ram_rd，ram_wr為輸出到sram的讀寫(xiě)信號(hào)線，ram_data，ram_addr為sram的數(shù)據(jù)地址總線；latch_f為sram的讀寫(xiě)允許信號(hào)，當(dāng)為高電平時(shí)允許對(duì)sram寫(xiě)操作，為低電平時(shí)允許對(duì)sram讀操作；兩個(gè)8路三態(tài)門(mén)用于隔離總線，當(dāng)對(duì)sram寫(xiě)時(shí)，輸出cpu_data為高阻態(tài)，當(dāng)對(duì)sram讀時(shí)，將采集數(shù)據(jù)信號(hào)y [7∶m]隔離；cpu_rds，vsync為開(kāi)始讀寫(xiě)信號(hào)，單個(gè)正脈沖將sram地址置0；cpu_rd作為sram快速讀脈沖，pclk為sram寫(xiě)脈沖；irq為寫(xiě)滿標(biāo)志，用于向
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