第三章 系统的硬件设计
第三章 系统的硬件设计
3.1硬件系统具体架构设计
本次的基于单片机的指纹识别门禁系统的硬件部分需要完成一系列复杂的任务，包括图像采集、图像处理、图像对比等，还需要在与上位机通信时上传指纹模板，以及控制外围器件等工作。所以要实现这样一个复杂的任务，需要处理器具有比较强的计算能力和控制能力，并且储存器资源要大。
本文的指纹识别系统，就是利用指纹识别技术，通过单片机的硬件和软件管理实现对门禁的控制。工作人员不必携带钥匙，也不必进行纸张登记，只需手指一按，便可以完成身份识别和进入记录。所以整个系统需要满足:
（1） 体积小，便于安装。所以在选择硬件时就要考虑硬件的体积问题。 （2） 用户界面要简单，便于操作。
（3） 处理速度要快，指纹的辨识率要高。所以在处理的选择和指纹识别
模块的选择上，要注重其性能。
（4） 良好的网络通信。由于需要进行指纹图像的数据通信，所以需用用
到TCP/IP通信，就需要选择网络模块来完成。
基于第二章的整体设计方案，已经确定了系统的模块组成，再根据各个模块需要实现的功能，确定各模块硬件的选择和使用。对于指纹识别模块需要有高辨识率、处理速度要快、准确率高，所以确定使用FM-180光学指纹采集仪。液晶显示模块有LCD1602和LCD12864，但LCD12864能够显示4*8汉字，且界面清晰，所以采用LCD12864，来文字显示录入模式、识别模式转换。单片机需要快速计算和控制，以及较大存储空间，所以选择STC89C52。由于上位机需要控制管理大楼内所有的下位机，通信距离较远，RS232不能够满足远距离传输，RS485能够满足远距离传输，但其在传输较大量数据时安全性不够高，所以采用网络传输形式，使用ZLSN3000网络模块。按键采用独立式按键。
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上位机ZLSN3000FM-180STC89C52独立按键LCD12864继电器图3-1 系统硬件架构
蜂鸣器
3.2 系统硬件的模块实现
根据前面得到的硬件具体规划，下面就对各个模块进行逐个介绍。包括核心处理器、指纹识别模块、网络模块、液晶显示模块等等，下面将对各个子模块进行介绍。
3.2.1 STC89C52核心处理器
一：主要性能
STC89C52是STC公司生产的一款8位的MCU，它的内部组件有8KB的Flash芯片和512B的RAM。相比较于原先的51单片机，52的内存更大，还具有第三个定时器，在各方面的性能方面都有了较大的进步。对于单片机能够很方便的各个模块相连接，比如说指纹识别模块，只需要用P30和P31两个端口，与模块串口相连，在给模块上电，就能够实现对模块非管理和使用。程序可以下载到Flash中存着，即使掉电也不会丢失，能够一直保存，直到下次下载时才会清除。
二：引脚介绍
STC89C52的引脚结构图如下所示：
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图3-2 STC89C52引脚图
各个引脚功能介绍： （1）电源引脚 VCC ：电源电压 VSS ：接地 （2）输入输*引脚
P0 P1 P2 P3总共4*8=32个引脚，这些引脚主要用作I/O输入输出，控制一些外接器件，例如LED灯、开关等等。其中P3口有特殊用途，可用于串口传输以及中断和定时器，本次的设计主要用到P3口。具体功能如下所示：
表3-1 P3口第二功能 端口 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5
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第二功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） INT0（外部0中断) INT1（外部1中断） T0（定时器0） T1（定时器1） 第三章 系统的硬件设计
（3）控制引脚
RST：复位输入。这个引脚用来使单片机复位，令单片机初始化。 EA ：当有外部RAM时，需要访问外部的存储器，就需要EA引脚来控制是否选择外部存储器。
(4)时钟引脚
XTAL1：外部振荡器的时钟输入的第一个引脚。 XTAL2：外部振荡器的时钟输入的第二个引脚。 三： 外围电路
STC89C52作为单片机，想要运行起来，就需要最基本的一些外围电路的支持，比如供电模块、时钟模块。本设计使用5V电源供电，时钟信号采用12MHZ晶振。
（1）电源电路首：先要将220V城市交流供电转换成5V的直流供电，需要经过变压、整流、滤波过程，再传输给单片机。原理图如下所示：
图3-3 5V电源电路
电源电路左端接入220V交流市电，经过变压器降压，将电压降下来。在经过一个由四个二极管组成的整流桥式电路，将交流电转换成为直流电。转换之后得到的直流电电压波动比较大，不够稳定。所以并联一个电解电容，起到滤波的作用，是电流进一步稳定。进过滤波之后的电流仍然稳定度不够，所以再接上一个三端稳压器，其内部由三极管和电阻构成，能够实现随着所加电压的波动而电阻发生变化，这样在稳压器的右边，电压就可以保持稳定。在稳压器之后再接电容，起到进一步滤波的作用。电源电路的右端，接一个开关，来控
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制电流的接通，即电源开关。二极管起到保护作用。VCC端便得到一个5V直流电源，可以接到单片机VCC引脚上面供电。
（2）时钟电路：时钟电路是单片机的心脏，是动力源，控制着单片机的工作，单片机就是通过时钟信号来给其他的部件发送信号，推动者单片机整体的运行。晶振电路如下：
图3-4 晶振电路
本设计采用12MHZ的外部晶振来供给单片机时钟信号，晶振连接到单片机的XTAL1和XTAL2上面，在并联两个电容C1和C2，这两个电容可以使频率降低波动，还有助于起振。起到以为晶振为12MHZ，所以时钟周期为1/12M=1/12us，机器周期为12*时钟周期=1us。
3.2.2 FM-180指纹识别模块
对于本系统指纹识别模块的选用，采用FM-180指纹识别模块。该模块是一个完整的指纹识别模块，能够完成指纹图像的获取、指纹对比匹配和指纹模板的存储功能。模块内部含有高性能的DSP处理器和用于储存的FLASH芯片等，具体能够完成指纹图像处理、模板生成、模板匹配、指纹储存和指纹搜索对比的功能。每个指纹模块都有自己的一些独特的功能，FM-180具有以下特点：
（1）适应度强。不管模块处在什么环境下，手指是干的还是湿的，模块都能够很好地调节，使得到的图像变得很清晰。
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