基于fpga的指纹采集系统设计

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1、基于FPGA的指纹采集系统设计本文设计了一个基于Xilinx公司FPGA芯片XC3S500E的实用指纹采集系统。给出了指纹采集系统的总体结构和控制流程，并详细描述了各个控制模块的工作原理以及设计实现方法。关键词：指纹采集;FPGA;I2C总线生物识别技术是利用人体所特有的生理特性（如虹膜、声音、指纹等）进行身份鉴别的一项技术。由于人体生理特性的唯一性，使得这种技术比传统的身份识别方式具有更好的安全行和方便性。其中，指纹识别是被应用最多而且最成熟的生物识别技术。本文提出了一种利用FPGA芯片作为主控制芯片，采用OV7120指纹传感器的指纹采集系统的设计方案。1．

2、指纹采集系统总体设计　　本系统采用Xilinx公司Spartan-3E系列XC3S500E型FPGA芯片作为控制核心，其50万门的容量满足了全系统设计的需要。选用基于OV7120黑白CMOS图像传感器芯片的指纹传感器，采集640×480的灰度指纹图像。　　指纹采集系统的总体结构如图1所示。整个系统中的I2C控制模块、SRAM模块和VGA显示控制模块全部在FPGA芯片上设计实现。OV7120指纹传感器有16根信号线，通过FPC16扁平电缆连接XC3S500E系统板上的FX2-100S-1.27DS连接器。同时，XC3S500E系统板也提供了标准VGA接口连接显示

3、器。2．指纹采集系统控制流程设计　　整个指纹采集系统的软件控制流程如下：主控FPGA芯片XC3S500E向指纹传感器发出开始工作命令；然后，通过FPGA中的I2C总线控制模块向指纹传感器发出工作方式设置命令；在I2C控制模块完成对OV7120指纹传感器的工作方式设置后，开始实时接收采集的指纹数据，同时将采集到的一帧指纹数据写入在FPGA中设计的SRAM中；最后由VGA控制模块读取SRAM中的指纹数据经VGA端口送到显示器显示。2.1I2C总线控制模块设计　　OV7120指纹传感器的工作方式、数据输出格式、扫描模式等参数的设置通过SCCB串行接口来实现的。而SC

4、CB串行接口就是简化的I2C总线。在XC3S500E芯片上采用VHDL语言程序软件模拟方式，实现对I2C总线接口控制，完成对OV7120指纹传感器工作方式的设置。　　根据I2C总线的通信协议，将总线上的信号划分为空闲（idle）、启动（start）、写（hz时钟频率分成25mhz并提供给其它子模块作为时钟；VGA时序控制子模块用于产生640X480显示范围，并控制显示范围和消隐范围以及产生水平同步时序信号hs和垂直同步时序信号vs的值；按照SRAM中数据存储地址读出显示数据，并将R、G、B的值通过VGA接口传到CRT显示器。　　VGA时序控制子模块部分的行列控

5、制源程序如下：　　ProA:process(clk)——行扫描控制进程，640个像素点，　　Begin行同步头时间大约等于间大约等if(rising_edge(clk))then于扫描160个像素点的时间　　if(ht<800)thenht<=ht+1;　　elseht<=0;　　endif;　　endif;　　endprocess;　　ProB:process(clk)——列扫描控制进程，扫描480行的　　Begin时间，场同步头时间大约等于扫　　if(rising_edge(clk))then描45行时间　　if(ht<640+8)

6、then　　if(vt<525)then　　vt<=vt+1;　　n<=n+1;　　elsevt<=0;　　endif;　　endif;　　endif;　　endprocess;3.总结　　这种基于FPGA芯片的指纹采集系统，全部控制逻辑在单个FPGA芯片内部实现，简化了外部电路设计；利用FPGA较高的工作频率使得指纹采集、传输、处理速度快，在后期还可加入图像处理的算法进一步提高成像质量。全系统具有机构简单、体积小、可靠性高等优点，具有较强的实用价值。