前言

CMOS光学镜头是近些年取得迅速發展的一种新式固体图象感应器。它将图象感测器一部分和操纵电源电路高宽比集成化在同一集成ic里，容积显著减少、功能损耗也大幅度降低，达到了对高宽比微型化、功耗低显像体系的规定。与传统的的CCD光学镜头对比，CMOS光学镜头还具备处理速度高、操纵简易、质优价廉等许多优势。因而伴随着CMOS集成电路芯片加工工艺的不断发展和健全，CMOS光学镜头早已普遍使用于各种各样通用性图象采集系统中。与此同时做为一种PC机与外部设备间的无线数据传输插口，USB具备很多明显的有点儿：联接简单，可热插拔，不用精准定位及运作程序安装，不用联接外接设备时待机及重新启动系统软件，完成真真正正的1394连接；高传输速度，USB1.1协议书适用12Mb/s；不使用系统软件硬件平台，可以自动识别和配备外部设备，不会有硬件配置矛盾难题。

因而，运用CMOS数据光学镜头与USB接口传输数据来完成的指纹识别鉴别仪具备构造简易，体型小，便携式化等优势。现将详细介绍运用OMniVision企业的CMOS五颜六色数据光学镜头OV762M和cypress企业的EZ—USB AN2131QC USB控制传输集成ic（內部集成化了提高形51核心）来完成指纹识别数据的搜集和USB传送，与此同时因为指纹识别器輸出信息的速度（27MB/s）与USB控制板（AN2131QC）数据信息传输速度（12Mb/s）的不配对，故系统软件使用了SRAM和CPLD组成正中间快速缓冲区域。

体系结构

运用AN2131QC、CPLD和OV762M设计方案的指纹验证系统软件硬件配置框架图如图所示1所显示：

图1指纹验证硬件配置系统软件简单框图

最先，AN2131QC根据I2C对指纹验证感应器（OV7620）的对话框设定等主要参数完成配备，电子光学镜片把像成在OV762M的像表面后，CMOS光学镜头（OV7620）对其开展室内空间取样，并依照一定的帧频持续輸出8位的彩色图像数据信息Y［7∶M］（輸出彩色图像数据信息的帧同步数据信号为VSYNC，水准合理数据信号为HREF，輸出数字时钟数据信号为PCLK）。为了更好地完成指纹识别器輸出数据信息与USB控制板（AN2131QC）获取数据速度时钟频率的配对，应用了SRAM（IS61C1024）和CPLD组成快速缓冲区域，运用此快速缓冲区域将OV762M收集的指纹识别数据信息缓存文件。最终AN2131QC完成与串口通信的USB通讯，将快速缓冲区域中数据的传送到PC机开展相对应图象处理。

CMOS数据光学镜头OV7620

CMOS数据光学镜头OV762M集成化了一个664×492的光感应列阵、帧（行）控制回路、视頻时钟频率造成电源电路、仿真模拟信号分析电源电路、A/D变换电源电路、模拟信号輸出电源电路及存储器I2C程序编写插口。光感应列阵获得原有的数字图像数据信号后，仿真模拟解决电源电路进行例如色调分离出来与平衡、增益值操纵、gamMA校准、白脉冲信号调节等具体的信号分析工作中，最终可按照必须輸出多种多样规范的视频流。视頻时钟频率造成电源电路用以造成行同歩、场同歩、混和视頻同歩等多种多样同歩数据信号和清晰度数字时钟等多种多样內部时钟信号，外界控制板可根据I2C总线插口设定或载入OV762M的运行状态、工作方式及其信息的輸出文件格式等。

AN2131QC根据I2C总线插口设置OV762M的存储器来调节輸出帧数在0.5帧/s～3M帧/s中间转变，輸出对话框在4×2～664×492中间可调式（默认设置 輸出640×48M的规范VGA文件格式），设定黑与白均衡等。依据指纹识别收集的必须 ，对话框輸出设定为：320×288，历经设置后的OV762M輸出时钟频率如图2所显示：

图2 0V762M輸出时钟频率

VSYNC是竖直场同歩数据信号（也是每帧同步数据信号，CMOS是按列收集图片的），其降低沿表明一帧图象的逐渐，HREF给予了一种合理的操纵方法，当輸出清晰度队伍各自处在设置对话框中间时HREF为合理上拉电阻，这时輸出合理的短视频数据信息，PCLK是輸出数据库同步数据信号，上升沿輸出一个合理的清晰度Y［7∶M］。

根据CPLD技术性的高速数据缓冲区域的完成

在由CPLD和SRAM组成的高速数据缓冲区域中，CPLD当做了SRAM的控制板，其內部电源电路完成框架图如图所示3所显示：

图3 SRAM快速缓冲区域控制板的CPLD完成图3中ram_rd，raM_wr为輸出到SRAM的读写能力电源线，raM_data，ram_addr为SRAM的数据信息计算机字长；latch_f为SRAM的读写能力容许数据信号，当以上拉电阻时容许对SRAM写实际操作，为高电平时容许对SRAM读实际操作；2个8路三态门用以防护系统总线，当想SRAM写时，輸出cpu_datA为高阻态，当想SRAM读时，将收集信号Y ［7∶M］防护；cpu_rds，vsync为逐渐读写能力数据信号，单独正单脉冲将SRAM详细地址置0；cpu_rD做为SRAM迅速读单脉冲，pclk为SRAM写单脉冲；irq为填满标示，用以往上给予终断标示；详细地址产生器用以造成SRAM详细地址（IS61C1024有17根详细地址线）。

图4 CPLD完成的模拟仿真波型

由图3中逻辑性了解，当容许对SRAM写（latch_f=1）且收集的数据信息合理（href=1）时，pclk单脉冲根据详细地址产生器造成详细地址（sync单独正单脉冲将SRAM详细地址校准到0），将收集的数据信息Y［7∶M］载入SRAM中，当填满（写完一帧的32M清晰度×288清晰度）时，irq信号合理，根据终断将latch_f置低容许将SRAM数据信息读取（cpu_rds单独正单脉冲将SRAM详细地址校准到0），自此cpu_rD根据详细地址产生器造成详细地址将SRAM中数据读取到USB缓冲区域。以上逻辑性模拟仿真波型如图4所显示（因为手机充电线和详细地址线较多，故只取在其中一部分数据信号时钟频率，cpu_datA为X表明其值依据SRAM系统总线上实际值而定），由图4得知，CPLD完成了对SRAM的操纵，与SRAM一起构成了高速数据缓冲区域。

USB迅速大批量传送的完成

USB操纵插口集成icAN2131QC特点介绍AN2131QC是根据USB1.1协议书设计方案的，适用快速12Mb/s的传输速度，嵌入有加强型8051微处理器、8kB的RAM和一个智能化USB核心的光端机，它包括一个I2C总线控制板和3个8位多用途I/O口，有8位系统总线和16位计算机字长用以外界RAM拓展。其构造如图所示5所显示。

图5 AN2131QC构造示意图

AN2131QC內部的USB差分信号光端机联接到USB系统总线的D 和D-上。串行通信模块（SIE）对USB系统总线上串行通信数据信息完成编号和译码器（即完成USB协议书的装包调解包工作中），与此同时实行不正确改正、位添充以及它USB必须的数据信号规范，这类体制大大的缓解了8051的工作中，简单化了固定件的程序编写。核心微控制器是一个加强型8051，其指令周期为4个指令周期并具备双DPTR表针，与此同时命令与规范8051兼容。它采用內部RAM储存固定件程序流程和数据信息，通电后，服务器根据USB系统总线将固定件程序流程和外接设备特点ioctl免费下载到內部RAM（还可以同时从板上E2PROM上载入），随后重联接，依照免费下载的特点描速符开展重枚举类型，这类设计方案能够完成手机软件的随时随地自动升级。

USB迅速大批量传送的完成当收集的指纹识别数据信息导进了由SRAM和CPLD组成的高速数据缓存缓冲区域后，要根据USB接口将数据信息发送至上台PC机，AN2131QC务必先将数据信息读取到內部USB缓冲区域，因而，AN2131QC将信息传入內部USB缓存的效率将是全部USB数据信息传输速率速度的重要。为了更好地使USB传输数据（从外界读取数据信息并将之传入PC机）做到更快，必须选用许多对策，下边就设计方案指纹识别仪固定件（AN2131QC程序流程）中选用的USB大批量传送开展讨论。

一切正常状况下，AN2131QC核心构造从外界读取数据信息到USB的节点缓冲区域，要运用的源程序为：

movx a，@dptr；读外界数据信息到acc存储器incdptr；外界详细地址加1 incdps；转换DPTR表针（核心有双DPTR表针，用dps开展转换）

movx @dptr，a；将acc內容放进USB缓冲区域incdptr；USB缓冲区域详细地址加1 incdps；转换DPTR表针

由以上程序流程得知，数据信息在存储器中进行使用后，都务必有一个“incdptr”和“incdps”命令来进行16位详细地址的提升和缓冲区域表针转换。为了更好地解决这类內部耗费，应用AN2131QC给予的一种独特的硬件配置表针即全自动表针（只用以內部缓冲区域），8051运载USB缓冲区域详细地址到2个AUTOPTRH （高字节详细地址）和AUTOPTRL（低字节详细地址）存储器中，向AUTODATA载入的信息就立即存进由AUTOPTR/H2L偏向的详细地址缓冲区域中，而且核心全自动提升AUTOPTR/H2L中16位详细地址的值。那样USB缓冲区域能够像FIFO一样来次序载入数据信息，节约了每一次写內部USB缓冲区域时的“incdptr”命令。与此同时核心还给予一种迅速方式（只用以对外界数据信息实际操作），此方式从外界读取数据“movx a，@dptr”时，立即将外界系统总线和內部缓冲区域连在一起，因为应用CPLD和SRAM组成的指纹识别快速缓冲区域具备FIFO的特性，因此 应用迅速方式读外界指纹识别数据信息时也节约了“incdptr”命令。将以上这两种方法融合起來，读外界数据信息到內部缓冲区域程序流程就只必须一条命令：movx @dptr，A（dptR储放AUTODATA寄存器地址），此命令必须2个8051振荡周期（八个24MHz指令周期）。那样，一个字节能够在333ns内读取到USB节点缓冲区域。

在USB接口传输数据一侧，当PC机要对一特殊节点开展读取数据并推送IN动态口令，假如一个IN动态口令抵达时8051都还没进行向USB节点缓冲区域的数据信息运载（读外界数据信息），AN2131QC就推送一个NAK挥手数据信号来回应IN动态口令，说明PC机应当在稍候再推送一个IN动态口令。为了更好地处理这类等候进而实现最快的传输速率，能够应用双缓存技术性（节点匹配），使8051在前一个数据文件在USB系统总线上传输数据的情况下，运载块信息的下一个数据文件。

结果

运用CMOS数据光学镜头OV762M和USB控制板AN2131QC完成的指纹采集器构造简易，体型小，方便使用。指纹验证系统软件中应用CPLD技术性完成了快速缓存，解决了速率时钟频率配对难题；应用了迅速大批量USB无线通信技术完成了信息的迅速传送，使指纹识别数据信息的传送做到最快速（每帧传送仅用80Ms）。应用现阐述的办法建立的指纹采集器收集的指纹识别数据信息经PC机再现后实际效果如图所示6所显示（下左图是没有经过其他解决的再现，下图是历经光滑、优化等优化算法解决后的再现）。

图6收集指纹识别再现实际效果（解决前后左右）

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