发布时间 : 星期二 文章基于单片机指纹识别的电子密码锁设计 - 图文更新完毕开始阅读8574f0e35f0e7cd18525365c
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2．高效率和高性能
为了提高执行速度和执行效率，单片机开始使用RISC、流水线和DSP的设计技术，使单片机的性能有了明显的提高，表现为：单片机的时钟频率得到提高；同样频率的单片机运行效率也有了很大的提升；由于集成度的提高，单片机的寻址能力、片内ROM（FLASH）和RAM的容量都突破了以往的数量和限制。
由于系统资源和系统复杂程度的增加，开始使用高级语言（如C语言）来开发单片机的程序。使用高级语言可以降低开发 难度，缩短开发周期，增强软件的可读性和可移植性，便于改进和扩充功能。
AVR 内核单片机具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的数据吞吐率。ATmega16L 有如下特点：
16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)； 512字节EEPROM，1K 字节SRAM； 32 个通用I/O 口线；
32 个通用工作寄存器；
用于边界扫描的J AG 接口，支持片内调试与编程； 三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C)； 片内/外中断，片内经过标定的RC 振荡器；
可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口； 8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP 封装) 的ADC； 具有片内振荡器的可编程看门狗定时器； 一个SPI 串行端口；
四通道PWM，两路8位，两路16位；
六个可以通过软件进行选择的省电模式：空闲模式、ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby 模式以及扩展的Standby 模式；
速度等级：0 - 8 MHz； 工作电压：2.7 - 5.5V；
工作于空闲模式时CPU 停止工作，而USART、两线接口、A/D 转换器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中断系统继续工作；
掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；
在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；
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ADC 噪声抑制模式时终止CPU 和除了异步定时器与ADC 以外所有I/O 模块的工作，以降低ADC 转换时的开关噪声；
Standby 模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；
扩展Standby 模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。
本芯片是以Atmegal 高密度非易失性存储器技术生产的。片内ISP Flash 允许程序存储器通过ISP 串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运行于AVR 内核之中的引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区(Application Flash Memory)。在更新应用Flash存储区时引导Flash区(Boot Flash Memory)的程序继续运行，实现了RWW 操作。
通过将8 位RISC CPU 与系统内可编程的Flash 集成在一个芯片内，ATmega16 成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。
3.2 ATmega16单片机外围电路设计
基于指纹识别的电子锁系统设计采用的单片机是ATmega16，ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
在总体电路中，单片机部分电路只设计外围经典电路即可，包括复位电路、晶振电路、ISP下载电路几部分，电路设计如图3-1所示：
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图3-1 单片机及其外围电路
外部复位由外加于RESET 引脚的低电平产生。当复位低电平持续时间大于最小脉冲宽度时即触发复位过程。
ISP程序下载的接口电路，方便之后用ISP下载线下载程序进行编译调试。 晶体振荡电路中XTAL1与XTAL2分别为用作片内振荡器的反向放大器的输入和输出，为了保证系统稳定性和串口传输质量所以选用外部晶振，晶振选用6.0MHZ。
3.3 指纹模块 ZFM-206电路
基于指纹识别模块选择的是ZFM-206-SA，ZFM-206系列光学指纹模块以高性能高速DSP处理器AS601为核心，结合光学指纹传感器，在无需上位机参与管理的情况下，具有指纹录入、图像处理、指纹比对、搜索和模板储存等功能的智能型模块。指纹图像读取过程中，对干湿手指都有较好的成像质量，适用人群广泛。无需具备指纹识别专业知识即可应用。用户根据 ZFM-206模块提供的丰富控制指令，可自行开发出功能强大的指纹识别应用系统。并且面对不同应用场合，用户可自行设定不同安全等级。
模块与用户设备采用串行通讯，有四个引脚，分别是电源正输入端、串行数据输出、串行数据输入、信号地（与电源地相连）。
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模块通过串行通讯接口，可直接与3.3V或者5V电源的单片机进行通讯：模块数据发送脚（2脚TD）接上位机的数据接收端（RXD）, 模块数据接收脚（3脚RD）接上位机的数据发送端（TXD）。
由于指纹模块的供电为3.3V，而电源为5V，因此需要一个电压转换电路，采用了AMS1117转换芯片，AMS1117将5V电压转化为3.3V给指纹模块供电。指纹模块接口电路以及3.3V电压转换电路如图3-2所示：
图3-2 指纹模块及电压转换模块电路
3.4 ADC键盘电路
系统的4x4键盘采用的是ADC键盘，如果采用普通4x4键盘需要八个I/O口控制，会对单片机的引脚占用过多，如果采用ADC键盘只需要一个AD转换的I/O口即可检测，并且ATmega16自带AD转换，容易实现键盘检测功能。ADC键盘采用电阻分压的方式，不同的键按下之后会输出不同的电压，通过对电压进行AD转换之后就可以判断键值。ADC键盘电路如图3-3所示：
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