??? 系統(tǒng)新用戶(hù)注冊(cè)時(shí),，通過(guò)鍵盤(pán)輸入注冊(cè)ID，然后系統(tǒng)由DSP控制指紋傳感器采集用戶(hù)指紋數(shù)據(jù),。如果采集到有效指紋,，經(jīng)過(guò)DSP進(jìn)行指紋處理得到指紋模板數(shù)據(jù)。系統(tǒng)將該指紋模板存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中,。如果需要,，也可以通過(guò)USB接口將用戶(hù)信息和對(duì)應(yīng)模板都上傳至PC機(jī)中備份。當(dāng)嵌入式系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失時(shí),，可以通過(guò)USB接口將PC機(jī)里所存?zhèn)浞菹螺d至系統(tǒng)中,。下面著重介紹系統(tǒng)的控制模塊和USB接口的設(shè)計(jì)。
2 系統(tǒng)控制模塊設(shè)計(jì)
??? 系統(tǒng)控制模塊的核心處理器為P89C52,，由于其接口有限,，同時(shí)完成系統(tǒng)控制和USB接口控制將十分困難。而從系統(tǒng)成本,、開(kāi)發(fā)時(shí)間周期和繼承性方面考慮,，換用其他處理器也不太方便,，所以必須考慮在此處理器的基礎(chǔ)上完成多項(xiàng)任務(wù)。由指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的特點(diǎn)來(lái)看,，系統(tǒng)在完成指紋錄入或登錄后才需要利用USB接口完成指紋模板和登錄信息的傳輸,，所以對(duì)于處理器來(lái)說(shuō)，USB控制和系統(tǒng)控制可以采用時(shí)分復(fù)用的方式進(jìn)行,。由此,，利用一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片和一個(gè)8總線(xiàn)收發(fā)器來(lái)控制數(shù)據(jù)的選通及流向，以保證系統(tǒng)能夠正常工作,。具體實(shí)現(xiàn)如圖2,。

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??? SN74ALVC164245為5V～3.3V電平轉(zhuǎn)換芯片，負(fù)責(zé)控制單片機(jī)與DSP之間的數(shù)據(jù)流向以及電平轉(zhuǎn)換,。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的IO電平為5V,，而DSP的IO電平為3.3V，所以必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換,。另外,，SN74ALVC164245的OE和DIR腳聯(lián)合控制數(shù)據(jù)的流向，當(dāng)OE為高時(shí),，芯片兩邊的數(shù)據(jù)互相獨(dú)立,；當(dāng)OE為低時(shí)，通過(guò)DIR的狀態(tài)來(lái)控制數(shù)據(jù)的流向,。74HC245為總線(xiàn)傳輸器,，用來(lái)控制單片機(jī)同LCD控制芯片KS0108的數(shù)據(jù)通信，其工作原理與SN74ALVC164245類(lèi)似,，只是沒(méi)有電平轉(zhuǎn)換功能,。同樣，USB服務(wù)芯片通過(guò)SUSPEND管腳來(lái)使能數(shù)據(jù)線(xiàn),，將SUSPEND腳置高電平時(shí),，整個(gè)PDIUSBD12處于休眠狀態(tài)。由此,，單片機(jī)就可以通過(guò)控制引腳的狀態(tài)來(lái)控制數(shù)據(jù)總線(xiàn),，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)數(shù)據(jù)總線(xiàn)的時(shí)分復(fù)用。
3 系統(tǒng)USB接口設(shè)計(jì)
3.1 USB接口硬件設(shè)計(jì)
????USB接口硬件主要以接口芯片PDIUSBD12為中心,，設(shè)計(jì)它與USB物理接口以及微控制器之間的連接,。接口模塊通過(guò)跳線(xiàn)選擇供電方式，可同時(shí)支持USB總線(xiàn)供電方式和外設(shè)供電方式,，為全速USB設(shè)備接口,。設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮到可靠性、可測(cè)性以及電磁兼容性,。其接口電路如圖3所示,。

??? 接口電路供電通過(guò)撥盤(pán)開(kāi)關(guān)K1選擇,，當(dāng)K1接MVCC時(shí)，系統(tǒng)為自供電方式,；當(dāng)K1接UVSB時(shí),，為總線(xiàn)供電方式。當(dāng)系統(tǒng)處于自供電方式情況下,，系統(tǒng)通過(guò)EOT_N引腳來(lái)檢測(cè)VUSB是否存在,，并接上一個(gè)1M?贅的放電電阻來(lái)減弱充電，以確保當(dāng)VUSB移開(kāi)時(shí)EOT_N變?yōu)榈?，并且此時(shí)自供電電源與USB總線(xiàn)之間只能共地，同時(shí)設(shè)備不能通過(guò)USB口向VBNS輸出電流,。
??? 在單片機(jī)與PDIUSBD12的控制通信方面,，單片機(jī)通過(guò)對(duì)PDIUSBD12的A0腳的狀態(tài)控制來(lái)指示并行數(shù)據(jù)總線(xiàn)P0上傳輸內(nèi)容為命令還是數(shù)據(jù)。此時(shí),，PDIUSBD12上用于數(shù)據(jù)地址總線(xiàn)復(fù)用的ALE引腳一直接地,。中斷引腳INT_N是系統(tǒng)的關(guān)鍵，幾乎所有USB的活動(dòng)在設(shè)備接口端都是由PDIUSBD12接收,，然后通過(guò)中斷通知單片機(jī)完成,。PDIUSBD12上的掛起SUSPEND為一個(gè)雙向引腳，由此保證USB設(shè)備既能被設(shè)備主控（單片機(jī)）也能被上位PC機(jī)喚醒,，而PDIUSBD12工作時(shí)連續(xù)3次沒(méi)有檢測(cè)到SOP就將掛起腳置高,。
??? PDIUSBD12片上GL_N引腳通過(guò)外接發(fā)光二極管來(lái)指示系統(tǒng)工作狀態(tài)，在USB枚舉過(guò)程中,，LED指示根據(jù)通信狀況間歇閃爍,；當(dāng)PDIUSBD12成功枚舉和配置后，LED指示將一直點(diǎn)亮,；隨后與PDIUSBD12之間成功地傳輸（帶應(yīng)答）將關(guān)閉LED,；處于掛起狀態(tài)時(shí)LED將會(huì)關(guān)閉。
??? 片上時(shí)鐘發(fā)生電路采用6MHz晶振" title="晶振">晶振,，匹配一個(gè)22pF和一個(gè)68pF的無(wú)源電容,。采用6MHz晶振也是為了降低產(chǎn)品制造過(guò)程中產(chǎn)生EMI(電磁干擾效應(yīng))的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)橥獠烤€(xiàn)路的頻率越高,，其EMI效應(yīng)也會(huì)越強(qiáng),，而在片外電路采用較低頻率并在芯片內(nèi)部進(jìn)行倍頻的措施將既不影響芯片的處理速度，又能提高在外部布線(xiàn)的安全性,。使用兩個(gè)不同容值電容的目的是為了使晶體能夠快速起振,，經(jīng)過(guò)測(cè)量，晶振的啟動(dòng)時(shí)間在2ms左右,。
??? PDIUSBD12可采用5V和3.3V兩種工作電壓,。由于主控單片機(jī)的IO電壓為5V,，所以對(duì)PDIUSBD12也使用5V的工作電壓。此時(shí)在接入5V至PDIUSBD12 V_CC腳的同時(shí),，要將PDIUSBD12上的V_OUT腳空出,，接去耦電容。另外,，為了減小系統(tǒng)的EMI,，在USB連接器輸入側(cè)的VBUS和地線(xiàn)上增加磁珠，如圖3的BLM21P,，并且在USB的屏蔽罩與地之間使用容性耦合,。
??? 由于USB通信協(xié)議的復(fù)雜性，相當(dāng)一部分工作由硬件電路來(lái)完成,，所以對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性要求非常嚴(yán)格,，布線(xiàn)要合理要盡量減少分布電容和電磁干擾的影響，硬件電路的質(zhì)量將直接影響到數(shù)據(jù)能否正常傳輸,。
3.2 USB設(shè)備固件程序的開(kāi)發(fā)
??? 固件程序主要由主程序和中斷服務(wù)程序組成,。USB設(shè)備請(qǐng)求包括標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請(qǐng)求和廠(chǎng)商請(qǐng)求。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請(qǐng)求用來(lái)完成USB設(shè)備枚舉的命令,，而廠(chǎng)商請(qǐng)求則是根據(jù)具體USB設(shè)備來(lái)完成特殊任務(wù)的命令,。對(duì)于本文采用的USB服務(wù)芯片PDIUSBD12，其片內(nèi)的SIE(串行接口引擎)實(shí)現(xiàn)了全部的USB協(xié)議層,，且完全由硬件實(shí)現(xiàn)而不需要固件的參與,，所以對(duì)于USB固件程序來(lái)說(shuō)，USB協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)就可以根據(jù)PDIUSBD12所提供的命令字來(lái)完成,。最后剩下的就是硬件層上讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的程序?qū)崿F(xiàn),。其總體結(jié)構(gòu)如圖4。

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