电子设计精品]基于dsp的指纹采集系统研究与实现

电子设计精品]基于dsp的指纹采集系统研究与实现内容摘要：

MAX7000 是用 CMOS EEPROM 单元实现逻辑函数的。 用户可编程的MAX7000 结构可容纳各种各样，独立的组合逻辑和时序逻辑函数。 在设计开发和调试阶段， MAX7000 器件可以快速而有效地重新编程，并保证可编程擦除 100 次。 （ 2） MAX7000 有 32～ 256 个宏单元。 每个宏单元有一个可编程的“与”阵和固定的“或”阵，以及一个可以独立编程的时钟。 为了能构成复杂的逻辑函数，每个宏单元可使用共享扩展乘 积项和高速并联扩展乘积项，向每个宏单元提供多达 32 个乘积项。 （ 3） MAX7000 系列由 QUARTUS II 开发系统支持，该系统是个单一的集成软件包，它提供电路图、文本和波形等设计输入方式；执行编译和逻辑综合、仿真和定时分析，以及器件编程等工作。 QUARTUS II 具有 EDIF、 VHDL、 Verilog HDL，以及其它的网表接口，便于为工作在工业标准 PC 机和工作站上的各种 EDA 工具提供附加的设计输入和仿真支持。 鉴于 MAX7000系列器件的资源情况，本系统采用了 MAX7000中的 EPM7128SLC84 10 芯 片来实现全局逻辑电路设计。 DSP 寻址空间模块设计 TMS320VC5402 有 3 个片选管脚用于分配外部器件映射到那个存储空间中。 IS： I/O 空间选择信号。 默认情况下为高电平，只有寻址外部的 I/O 空间时才为低电平。 DS：数据空间选择信号。 默认情况下为高电平，只有寻址外部的数据空间时才为低电平。 DSP 数据空间是统一编址的，当 DSP 检测到所寻址的空间不在内部时，会自动到外部数据空间去寻址。 PS：程序空间选择信号。 默认情况下为高电平，只有寻址外部的程序空间时才为低电平。 DSP 程序空间也是统一编址的，当 DSP 检测到所寻址的空间不在内部时，会自动到外部程序空间去寻址。 系统中的指纹芯片 FPS200 被映射到 DSP 的 I/O 空间中。 共分配了两个 I/O 地址空间给 FPS200，其索引寄存器端口地址为 0x8000，而其数据寄存器端口地址为 0x8001。 系统中 FLASH 和 SRAM 都占据了 DSP 外部数据空间的 0x4000～ 0xFFFF 部分。 从时空的角度而言，这两者是分时占据数据空间的，所以在分时访问不同存储器芯片时需要分别为它们安排相应的选通信号，该选通信号由 DSP 的数据空间选择信 号 DS和通用 I/O口信号 XF 来实现。 系统上电复位后， XF 管脚自动输出高电平，这时 FLASH 占据数据空间，通过 “Boot loader”功能并行加载应用程序。 一旦程序加载完成，系统就不再需要程序存储器了，因此上电后，利用软件编程使 XF 输出为低电平，释放 FLASH 所占用的空间，由 SRAM 占用数据空间。 芯片读写信号模块设计 TMS320VC5402 的读写控制信号包括： MSTRB、 IOSTRB和 R/W。 MSTRB：外部存储器选通信号，用于访问外部程序或数据存储器，在默认状态下为高电平，只有 在访问外部存储器时才为低电平。 IOSTRB： I/O 设备选通信号，用于访问 I/O 设备，在默认状态下为高电平，只有在访问 I/O 设备时才为低电平。 R/W：读写信号，用于控制数据传输方向，在默认状态下为高电平，作为读信号来使用。 VC5402 的 R/W信号为 MOTOROLA 格式，即读写信号是通过同一根信号线分时复用而得的。 当读外部芯片时，此信号线代表的是读信号，输出为高电平；当写外部芯片时，此信号代表的是写信号，输出为低电平。 然而系统中所有外围器件的读写控制信号都是 INTEL 格式的，即读写信号是通过两根不同 的信号线来产生的，且读写信号的使能都是低电平有效。 为此，需将 DSP 的读写控制信号在 CPLD 中进行适当的逻辑组合后，用于控制外部器件。 11 H O L DINPUT/GLCRn1INPUT/OE2amp。 GCLK(2)2VCCINT3I/O4I/O5I/O(1)6GND7I/O8I/O9I/O10I/O11I / O12V C C I O13( 3 ) I / O ( T D I )14I / O15I / O16I / O17I / O18G N D19I / O20I / O21I / O22( 3 ) I / O ( T M S )23I / O24I / O25V C C I O26I / O27I / O28I / O29I / O30I / O31G N D32I/O33I/O34I/O35I/O36I/O37VCCIO38I/O(1)39I/O40I/O41GND42VCCINT43I/O44I/O45I/O (1)46GND47I/O48I/O49I/O50I/O51I/O52VCCIO53I / O54I / O55I / O56I / O57I / O58G N D59I / O60I / O61I / O ( T C K ) ( 3)62I / O63I / O64I / O65V C C I O66I / O67I / O68I / O69I / O70I / O ( T D O ) ( 3)71G N D72I / O73I / O74I/O75I/O76I/O77VCCIO78I/O(1)79I/O80I/O81GND82INPUT/GCLK(1)83INPUT/OE184M A X 7 1 2 8U4M A X 7 12 8SD1C T M SC T D O+ V+ V+ V+ 5V+ V+ V+ 5V+ V12345678910J3C O N 10+ 5V+ 5VC T M SC T D IC T C KC T D ODSPSISM S T R BI O S T R BR / WD0D2D3D4D5D6D7A0A1A2A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10A11A12A13A14A15A16A17A18A19WRRDSCSUCSF C SRAMCESDIRF P S A 0USBA0S O EC A 1 5C A 1 6C A 1 7SMRI N T 0I N T 1I N T 2SINTF P S I N TUSBINTREADYC T C KC T D I12345R P 21 0kC T C KC T D OC T M SC T D ISA1SA0SA2V C C1NC2G N D3O U T4Y55 0M H z+ 5VR 2730XFB I OL E D 5R E DR 281k+ VUPS 图 33 CPLD 电路设计 数据通讯单元 USB 在早期的计算机系统上，常用串口或并口连接外围设备。 每个接口都需要占用计算机的系统资源 (如中断， I/0 地址， DMA 通道等 )。 无论是串口还是并口都是点对点的连接，一个接口仅支持一个设各。 因此每添加一个新的设备，就需要添加一个 ISA/EISA或 PCI 卡来支持，同时系统需要重新启动才能驱动新的设备。 USB 通讯特 点 USB 是 PC 体系中的一套全新的工业标准， USB 全称为 Universal Serial Bus(通用串行总线 )，是 1994 年 11 月由 IBM、 Intel、 Compaq、 DEC、 Microsoft、 NEC 和 NorthTele共同推出的 PC 外设接口标准，由于其具有使用方便及成本低廉等优点，迅速得到业界的强力 支持，目前己经成为主流的总线标准。 USB 很好地解决了计算机外设种类的日益增加与有限的主板插槽和端口之间的矛盾，并且支持单个主机与多个外设同时进行数据交换。 其应用范围不断扩大， USB 以其即插即用、总线供电 、传输速度快、支持热拔插等便捷特点应用越来越广。 基于 CH375 的 USB 电路设计 本系统针对指纹数据通讯的具体应用，设计、实现 USB 传输模式。 USB 既是一种总线规范，又是一种传输协议。 本系统采用了南京沁恒电子有限公司研发的 CH375 这 12 款 USB 通讯芯片来设计实现 USB 通讯电路。 CH375 内置固件模式下屏蔽了相关的 USB协议，自动完成标准的 USB 枚举配置过程，完全不需要本地端控制器作任何处理，简化了 DSP 的固件编程。 通用 Windows 驱动程序提供设备级接口，通过 DLL 提供 API应用层接口。 通用 的本地 8 位数据总线：读选通、写选通、片选输入、中断输出。 块 端点上传下传缓冲区各 64 字节，辅助端点上传下传缓冲区各 8 字节。 CH375 是一个 USB 总线的通用接口芯片，支持 USBHOST 主机方式和USBDEVICE/SLAVE 设备方式。 本系统采用了 USBDEVICE/SLAVE 设备方式。 在计算机系统中， CH375 的配套软件提供了简洁易用的操作接口，与本地端的 DSP 通讯就如同读写文件。 CH375 内置了 USB 通讯中的底层协议，具有省事的内置固件模式和灵活的外置固件模式。 在内置固件模式下， CH375 自动处理 默认端点 0 的所有事务，本地端 DSP 只要负责数据交换，所以 DSP 程序非常简洁。 其硬件电路设计如图 34 所示。 I N T 1R S T I2W R 3R D 4T X D5R X D6NC7A08V39U D +10U D 11G N D12XI13XO14D015D116D217D318D419D520D621D722G N D23A C T 24R S T25R S T 26C S 27V C C28C H 3 75U6C H 3 75C 241 04C 232 20 uF+ VY31 2MC 203 0p FC 213 0p FD0D1D2D3D4D5D6D7U C SC 221 03U S B I N TRDWRR 191kR 123 .3R 133 .3+ 5VR 115 .1L14 7u H+C 251 00 uFR 151kR 161k32184。