2、MBF200的主要特點(diǎn)

MBF200具有高性能,、低功耗和低成本等特點(diǎn),，屬于電容性傳感器。其電容性傳感器陣列由二維金屬電極組成,，所有金屬電極充當(dāng)一個(gè)電容板,，接觸的手指充當(dāng)?shù)诙€(gè)電容板，器件表面的鈍化層作為兩板的絕緣層,。當(dāng)手指觸摸傳感器表面時(shí),，指紋的高低不平就會(huì)在傳感器陣列上產(chǎn)生變化的電容,，從而引起二維陣列上電壓的變化，并形成指紋傳感圖像,。其主要特點(diǎn)有：

●是采用標(biāo)準(zhǔn)COMS技術(shù)的電容性固態(tài)器件,；
●具有500dpi的分辨率；
●傳感器面積為1.28cm×1.50cm,；
●傳感器陣列為256×300點(diǎn),；
●具有自動(dòng)指紋檢測(cè)能力；
●內(nèi)含8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器,；
●可提供三種總線接口形式,；
●帶有8位微處理器總線接口；
●帶有全速USB接口和SPI接口,；
●可提供3.3V～5V的工作電壓,；
●5V工作電壓下的功耗小于70mW。

MBF200的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示,。其中256×300點(diǎn)傳感陣列用于產(chǎn)生感應(yīng)電壓,；功能寄存器用于對(duì)芯片進(jìn)行操作控制；控制電路用于傳感器與外部接口電路的控制,，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的讀出與寫(xiě)入,；地址索引寄存器與數(shù)據(jù)寄存器分別用于對(duì)功能寄存器的地址選擇及數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)；采樣保持及AD轉(zhuǎn)換電路用于對(duì)傳感陣列所產(chǎn)生的電壓進(jìn)行采樣,。另外,，多頻振蕩電路用于為芯片提供時(shí)鐘信號(hào)。

3,、器件功能

3.1 功能寄存器

MBF200是可編程的傳感器芯片,，它所具有的強(qiáng)大功能是通過(guò)內(nèi)部寄存器設(shè)置完成的。表1所列是這些功能寄存器的地址和功能,。在對(duì)這些寄存器進(jìn)行操作時(shí),，先向地址寄存器內(nèi)寫(xiě)入所要訪問(wèn)寄存器的地址，然后讀寫(xiě)數(shù)據(jù)寄存器即可,。

由于列地址最大為256,，所以，MBF200只有一個(gè)列開(kāi)始寄存器CAL和一個(gè)列結(jié)束寄存器CEL,。另外,，THR用于在自動(dòng)檢測(cè)指紋時(shí)設(shè)置門(mén)限電壓。PGC用于在A/D轉(zhuǎn)換時(shí)設(shè)置放大器的增益,。

3.2 MBF200的工作過(guò)程

MBF200的傳感器陣列由256列300行的傳感器單元組成,。每一列有兩個(gè)采樣保持電路,，每次捕獲一行指紋圖像數(shù)據(jù),。行捕獲分為兩個(gè)階段,，第一階段，將電容板的被選行充電到3.3V或5V,，在充電的同時(shí),，一個(gè)內(nèi)部信號(hào)使能一個(gè)采樣保持電路以采樣被選行的電容單元電壓；第二階段是傳感器板放電階段,，放電快慢由放電電流寄存器決定,。放電階段結(jié)束后，可由一個(gè)內(nèi)部信號(hào)使能另一個(gè)采樣保持電路去采樣電容單元的最后電壓,，充電電壓與放電電壓之差就是所要測(cè)量的有用傳感信號(hào)電壓,。行捕獲結(jié)束之后，接著對(duì)該信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化,，從而完成一次采樣,。實(shí)際上，該芯片的靈敏度是由放電電流和放電時(shí)間寄存器來(lái)調(diào)節(jié)的,。

3.3 MBF200的接口模式

MBF200支持三種接口形式和四種操作模式,，這四種操作模式相互獨(dú)立，不能同時(shí)工作,。其功能如表2所列,。

在微處理器接口模式中，可將MFB200與51系列8位單片機(jī)相連,，且其接口形式非常簡(jiǎn)單,。需要說(shuō)明的是，在該芯片中,，地址選擇與數(shù)據(jù)寫(xiě)入是分兩步完成的,，先通過(guò)A0置0來(lái)寫(xiě)地址索引寄存器，然后再對(duì)A0置1來(lái)讀寫(xiě)對(duì)應(yīng)地址的數(shù)據(jù)寄存器,。其操作真值表如表3所列,。SPI是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的同步串行接口，它允許8位數(shù)據(jù)同時(shí),、同步地被發(fā)送和接收,，而且只用到如下信號(hào)：SCLK、SCS,、MOSI,、MISO、EXINT,?？蓪⑾到y(tǒng)配置為SPI主操作（Master）與從操作（Slave），其接口形式與一般的串行外圍接口方式一致,，故此不再贅述,。

USB接口有兩種模式：一種是用芯片內(nèi)部的ROM來(lái)存儲(chǔ)設(shè)備信息,，一種是用外部串行ROM來(lái)存儲(chǔ)設(shè)備信息。

4,、MBF200的應(yīng)用

4.1 MBF200與USB的接口

由于USB總線接口具有即插即用特性,，而且目前應(yīng)用比較廣泛，所以本文設(shè)計(jì)了MBF200在USB模式下的接口電路（如圖2所示）,。其中MODE 分別置為1,、0，采用12MHz晶振,，AIN用于模擬信號(hào)輸入方式選擇,，ISET用于設(shè)置內(nèi)部參考電流，F(xiàn)SET用于設(shè)置內(nèi)部多頻振蕩器及自動(dòng)指紋檢測(cè)速率,。需要注意的是,，在USB模式中，為芯片提供的電壓必需在3.3V～3.6V之間,，由于該芯片的低功耗特點(diǎn),，所以在設(shè)計(jì)中可以使用USB總線電源來(lái)滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

USB接口使用三個(gè)端點(diǎn)：其中端點(diǎn)0是控制端點(diǎn),，用來(lái)控制對(duì)功能寄存器的讀寫(xiě),；端點(diǎn)1是讀端點(diǎn)，用來(lái)讀取經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換后的指紋圖像數(shù)據(jù),，它是以塊方式進(jìn)行讀取的,，每次64個(gè)字節(jié)；端點(diǎn)是2是中斷端點(diǎn),，當(dāng)ISR（Interrupt Status Register）被置位時(shí),，由它向端點(diǎn)2發(fā)送中斷信號(hào)。

4.2 軟件控制流程

該傳感器有多種接口方式及多種圖像獲取形式,，這些都是通過(guò)內(nèi)部功能寄存器的設(shè)置來(lái)完成的,。

首先要對(duì)傳感器進(jìn)行初始化：主要是啟動(dòng)內(nèi)部ADC并對(duì)特殊功能寄存器CTRLB的第2位置位，以確定ADC后的地址是否自動(dòng)增加,，同時(shí)設(shè)置芯片時(shí)鐘源并使能傳感器,。其流程如圖3所示。

其次是調(diào)整參數(shù),，其流程如圖4所示,，其中DTR是放電時(shí)間寄存器，DCR則是用來(lái)設(shè)置放電電流速率的寄存器,，PGC是可編程增益控制寄存器,，主要用來(lái)設(shè)置放大器的增益。

最后就是獲取指紋圖像數(shù)據(jù)，在該傳感器芯片中,，共有三種指紋圖像數(shù)據(jù)獲取方式,，分別為：

（1）獲取子圖（GETSUB）方式。在CPU和SPI接口模式中,，子圖的大小可以從任意位置開(kāi)始設(shè)置，甚至可以從一個(gè)像素點(diǎn)到整幅圖像,；在USB接口模式中,，子圖列的開(kāi)始必須是64的倍數(shù)。
（2）獲取整幅圖像（GETIMG）方式是把數(shù)據(jù)采集方式初始化為從行0列0到行299列255,，以獲取整幅圖像數(shù)據(jù),。
（3）獲取行數(shù)據(jù)（GETROW）方式主要捕獲特定的幾行數(shù)據(jù)。

MBF200芯片內(nèi)部提供有6個(gè)寄存器,，可用來(lái)設(shè)置圖像數(shù)據(jù)捕獲的位置,。其中RAL是行地址低位，RAH是行地址高位,，CAL是列地址,，REL是行末地址低位，REH是行末地址高位,，CEL是列末地址,。

在USB接口方式下獲取整幅指紋圖像數(shù)據(jù)的流程如圖5所示。在USB模式中,，數(shù)據(jù)是以塊為單位進(jìn)行傳輸?shù)?，每塊數(shù)據(jù)大小必須為64字節(jié)。

其它兩種接口方式的指紋圖像數(shù)據(jù)獲取流程基本相似,，只是沒(méi)有數(shù)據(jù)塊的限制,，它們可以讀取任意字節(jié)的指紋數(shù)據(jù)。

5,、小結(jié)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展,，計(jì)算機(jī)安全技術(shù)和身份認(rèn)證技術(shù)對(duì)于人們的工作與生活來(lái)說(shuō)越來(lái)越重要。生物特征識(shí)別技術(shù)為信息社會(huì)日益迫切的安全需求提供了一個(gè)較好的解決方案,。文中基于MBF200的指紋傳感器具有自動(dòng)指紋檢測(cè)功能,，可支持多種接口模式，而且設(shè)計(jì)方便,，故將得到廣泛的應(yīng)用,，具有一定的實(shí)用價(jià)值。