基于指纹识别的大学生体育锻炼管理系统

CS – 从设备使能信号，由主设备控制 。

图3.3 SPI接口信号

其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。 接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。

要注意的是，SCK信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在一个基于SPI的设备中，至少有一个主控设备。这样传输的特点：这样的传输方式有一个优点，与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据，而SPI允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为SCK时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。也就是说，主设备通过对SCK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。SPI还是一个数据交换协议：因为SPI的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的SPI设备的实现方式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义，具体请参考相关器件的文档。

在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。在多个从设备的系统中，每个从设备需要独立的使能信号，硬件要稍微复杂一些。

SPI接口在内部硬件实际上是两个简单的移位寄存器,传输的数据为8位,在主器件产生的从器件使能信号和移位脉冲下,按位传输,高位在前,低位在后。如图3.4所示,在SCLK的下降沿上数据改变,同时一位数据被存入移位寄存器。

FPC1011F口主要由4个引脚构成：SPI_CK、SPI_DO、SPI_DI、/SS，SPI_CK是整个SPI总线的公用时钟，SPI_DO、SPI_DI作为主机，从机的输入输出的标志，SPI_DO是主机的输出，从机的输入，SPI_DI是主机的输入，从机的输出。/SS是从机的标志管脚，在互相通信的两个SPI总线的器件，/SS管脚的电平低的是从机，相反/SS管脚的电平高的是主机。在一个SPI通信系统中，必须有主机。SPI总线可以配置成单主单从，单主多从，互为主从。

SPI的片选可以扩充选择16个外设。

SPI接口的缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。

3.2.3 SDRAM

SDRAM：同步动态随机存储器，同步动态随机存储器，同步是指 Memory工作需要同步时钟，内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准；动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失；随机是指数据不是线性依次存储，而是自由指定地址进行数据读写。

3.2.4 FIFO模块

此模块主要功能是对已经收到的指纹数据进行缓存，避免指纹数据的丢失，因此此系统SPI工作频率为16MByte，而UART串口工作频率为38MByte。所以需要设定FIFO来使得SPI和UART协调工作。

3.2.5 UART模块

此模块的主要功能是和计算机进行通信，把接受到的数据通过计算机数据库显示出来。

3.3系统软件架构

3.3.1 指纹采集步骤

初始化SPI接口模块

复位FPC1011指纹传感器

初始化传感器

发送启动传感器命令rd_sensor: 0x11

读传传感器指令

数据延迟指直至FIFO中的数据有效前，指令的延迟该指令用来读取传感器全部或部分区域。

该指令仅用于开启传感序列，指令本身并不返回任何数据。传感器序列的第一组数据在大约363个时钟周期后进入FIFO。此后每隔8个时钟周期，一个新字节就会写入FIFO，直至由XSENSE, YSENSE, XSHIFT和YSHIFT寄存器定义的区域被读取。

如果FIFO装载数据已满，我们将让传感器暂停工作直至数据从FIFO中读出来防止溢出。在