基于FPGA的指纹采集卡的研究

论文摘要

随着时代数字化的发展,指纹识别技术的应用越来越广泛,指纹采集也越来越受到人们的重视。本论文设计了基于FPGA的指纹采集卡。硬件方面,对各芯片进行了选择,并画出了系统结构图;软件方面,实现了基于VHDL的各功能模块,并在QuartusII中实现了功能和时序仿真,同时提高了极值中值滤波的速度。以往的指纹采集卡都是基于单片机或DSP的,采集速度慢,控制复杂,而本论文中的指纹采集卡除了SRAM外,所有的功能都是在FPGA中实现的,全部控制逻辑由硬件完成,采集速度快,还实现了对指纹的滤波处理。

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摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 本领域研究现状

1.2.1 逻辑控制芯片研究现状

1.2.2 指纹获取方式研究现状

1.2.3 总线研究现状

1.3 论文的主要研究工作

1.4 论文的结构安排

2 FPGA 开发技术

2.1 可编程逻辑设计技术简介

2.1.1 可编程逻辑器件的分类及发展趋势

2.1.2 FPGA 的硬件结构

2.1.3 FPGA 的主要特点

2.2 FPGA 的设计流程

2.3 硬件描述语言（HDL）

2.3.1 VHDL 的发展

2.3.2 VHDL 的特点

2.4 FPGA 的设计工具介绍和选择

3 指纹采集卡硬件设计

3.1 系统结构及整体设计方案

3.2 FPGA 的选型

3.3 指纹采集头

3.3.1 基于OV7120 的指纹采集头简介

3.3.2 指纹头的图象输出

3.3.3 指纹采集头的配置

3.4 PCI 接口芯片

3.4.1 PCI 总线接口逻辑的实现方式

3.4.2 PCI9054 内部结构及其特点

3.4.3 指纹采集卡的功能的实现

3.4.4 PCI9054 的上电配置

3.5 SRAM 的选择

4 FPGA 内部功能的实现

2C 总线模块'>4.1 I²C 总线模块

2C 总线简介'>4.1.1 I²C 总线简介

2C 总线工作原理'>4.1.2 I²C 总线工作原理

2C 总线逻辑设计'>4.1.3 I²C 总线逻辑设计

2C 总线的电路设计'>4.1.4 I²C 总线的电路设计

4.2 图象初级处理模块的FPGA 实现

4.2.1 极值中值滤波的引入

4.2.2 快速极值中值滤波算法的研究

4.2.3 快速极值中值算法的FPGA 实现

4.2.4 快速极值中值滤波算法的效果分析

4.3 地址发生器模块

4.4 PCI9054 信号握手模块

4.5 FPGA 逻辑控制功能的实现

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

参考文献

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