单片机和PDIUSBD12的指纹自动识别系统USB接口设计

在指纹自动识别系统中，嵌入式系统由于功耗低、设备体积小、安全性高等优点，已经得到越来越广泛的应用。通用串行总线（USB）是由 Inter、Microsoft、IBM 和 NEC 等共同制定的微机总线接口规范，具有较高的传输速率（USB1.1 支持最高传输速度为 12Mb/s，而 USB

2.0 的传输速度最高可达到 480Mb/s），支持即插即用，占用系统资源少，扩展能力强。 在嵌入式系统的应用中，几乎不可避免与 PC 机的通信，由于通信速度的要求以及计算机硬件高速发展，传统的 RS232 接口已经越来越不能满足用户的需求，所以在嵌入式系统中 USB 接口的实现势在必行。本文介绍一种基于单片机和 USB 服务芯片 PDIUSBD12 的 USB 接口设计。该接口应用在嵌入式指纹识别系统中，用于嵌入式系统与计算机之间进行用户指纹数据库的上传和下载。

详细介绍了 USB 接口的硬件设计和固件程序的实现。 1 嵌入式指纹自动识别系统本文所介绍的嵌入式指纹自动识别系统采用 DSP 与单片机协同工作，以实现指纹自动识别以及用户服务系统。其中单片机选用 Philps 公司的 P89C52，DSP 处理器选用 TI 公司的 TMS320C5416。单片机具有系统控制能力强、结构简单、扩展方便等特点，适合作为系统的控制核心；而 DSP 采用的增强型哈佛结构、多级流水线、多处理单元以及特殊的指令（乘加指令等），使得 DSP 具有强大的数据处理能力，并且 TMS320C5416 支持最高 160MHz 的时钟频率，基于其强大数据处理能力和高运行速度，所以将它作为系统的算法核心处理器。

由单片机为核心的控制模块主要完成用户服务系统和系统通信接口，由 DSP 为协处理器的算法模块完成指纹采集和处理。用户通过键盘输入控制整个系统的工作流程，通过 LCD 了解系统的工作状态及处理结果。DSP 由其 HPI（主机接口）与单片机以中断方式进行通信。而整个系统通过 USB 接口与上位 PC 机之间进行通信。其结构如图 1。 系统新用户注册时，通过键盘输入注册 ID，深圳 pcb 抄板然后系统由 DSP 控制指纹传感器采集用户指纹数据。

如果采集到有效指纹，经过 DSP 进行指纹处理得到指纹模板数据。系统将该指纹模板存入系统数据库中。如果需要，也可以通过 USB 接口将用户信息和对应模板都上传至 PC 机中备份。 当嵌入式系统数据丢失时，可以通过 USB 接口将 PC 机里所存备份下载至系统中。下面着重介绍系统的控制模块和 USB 接口的设计。 2 系统控制模块设计系统控制模块的核心处理器为 P89C52，由于其接口有限，同时完成系统控制和 USB 接口控制将十分困难。

而从系统成本、开发时间周期和继承性方面考虑，换用其他处理器也不太方便，所以必须考虑在此处理器的基础上完成多项任务。由指纹自动识别系统的特点来看，系统在完成指纹录入或登录后才需要利用 USB 接口完成指纹模板和登录信息的传输，所以对于处理器来说，USB 控制和系统控制可以采用时分复用的方式进行。 由此，利用一个电平转换芯片和一个 8 总线收发器来控制数据的选通及流向，电路板克隆以保证系统能够正常工作。

具体实现如图 2。 SN74ALVC164245 为 5V～3.3V 电平转换芯片，负责控制单片机与 DSP 之间的数据流向以及电平转换。因为单片机的 IO 电平为 5V，而 DSP 的 IO 电平为 3.3V，所以必须进行电平转换。另外，SN74ALVC164245 的 OE 和 DIR 脚联合控制数据的流向，当 OE 为高时，芯片两边的数据互相独立；当 OE 为低时，通过 DIR 的状态来控制数据的流向。74HC245 为总线传输器，用来控制单片机同 LCD 控制芯片 KS0108 的数据通信，其工作原理与 SN74ALVC164245 类似，只是没有电平转换功能。

同样，USB 服务芯片通过 SUSPEND 管脚来使能数据线，将 SUSPEND 脚置高电平时，整个 PDIUSBD12 处于休眠状态。由此，单片机就可以通过控制引脚的状态来控制数据总线，以实现单片机数据总线的时分复用。