STM32 与 AS608 指纹模块的调试与应用

前言

在嵌入式系统中，指纹识别作为一种生物识别技术，广泛应用于门禁系统、考勤机、智能锁等场景。本文将分享如何在 STM32F103C8T6 开发板上使用 AS608 指纹模块，实现指纹的录入和识别功能。

硬件准备

• STM32F103C8T6 开发板
• AS608 指纹模块
• OLED 显示屏（用于显示提示信息）
• 杜邦线若干

硬件连接

确保硬件连接正确，以下是主要的连接：

• AS608 指纹模块与 STM32 的连接：

  • AS608 TXD（发送端） ==> STM32 PA3（USART2 RX）
  • AS608 RXD（接收端） ==> STM32 PA2（USART2 TX）
  • AS608 VCC ==> 3.3V
  • AS608 GND ==> GND

• OLED 显示屏与 STM32 的连接：

  按照 OLED 屏幕的接线要求进行连接，一般使用 I2C 或 SPI 接口。

软件设计

项目结构

• main.c：主程序入口，负责整体流程控制。
• AS608.c / AS608.h：封装与 AS608 指纹模块的通信与操作函数。
• 其他外设驱动文件：如 OLED 显示屏的驱动代码。

主程序流程

1. 初始化外设：OLED 显示屏、USART2（用于与 AS608 通信）等。
2. 等待 3 秒：给用户准备时间。
3. 指纹录入：
   • 提示用户放置手指。
   • 获取指纹图像，并生成特征文件。
   • 提示用户再次放置手指，重复上述步骤。
   • 合成指纹模板并存储到指纹库中。
4. 等待 2 秒。
5. 指纹识别：
   • 提示用户放置手指。
   • 获取指纹图像，生成特征文件。
   • 在指纹库中搜索匹配的指纹。
   • 显示识别结果（匹配的指纹 ID 或未找到）。

代码实现

1. main.c

#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AS608.h"int main(void)
{// 初始化外设OLED_Init();AS608_Init();OLED_ShowString(1, 1, "AS608:");while(1){Delay_s(3);  // 等待3秒OLED_ShowString(2, 1, "Enrolling...");if (AS608_Enroll() == 0){OLED_ShowString(2, 1, "Enroll OK    ");}else{OLED_ShowString(2, 1, "Enroll Failed");}Delay_s(2);  // 再等待2秒（总共5秒）OLED_ShowString(2, 1, "Identifying...");uint16_t id;if (AS608_Identify(&id) == 0){OLED_ShowString(2, 1, "ID:");OLED_ShowNum(2, 4, id, 5);}else{OLED_ShowString(2, 1, "Not Found    ");}Delay_s(2);  // 等待2秒显示结果}
}

2. AS608.h

#ifndef __AS608_H
#define __AS608_H#include "stm32f10x.h"// 指令代码
#define PS_GetImage          0x01
#define PS_GenChar           0x02
#define PS_Match             0x03
#define PS_Search            0x04
#define PS_RegModel          0x05
#define PS_StoreChar         0x06
#define PS_LoadChar          0x07
#define PS_UpChar            0x08
#define PS_DownChar          0x09
#define PS_UpImage           0x0A
#define PS_DownImage         0x0B
#define PS_DeleteChar        0x0C
#define PS_Empty             0x0D
#define PS_SetSysPara        0x0E
#define PS_ReadSysPara       0x0F
#define PS_SetPwd            0x12
#define PS_VerifyPwd         0x13
#define PS_TemplateNum       0x1D// 确认码
#define ACK_SUCCESS          0x00void AS608_Init(void);
uint8_t AS608_Enroll(void);
uint8_t AS608_Identify(uint16_t *id);#endif /* __AS608_H */

3. AS608.c

#include "AS608.h"
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include <stdio.h>void AS608_Init(void)
{// USART2 初始化RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);// 配置 USART2 引脚GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;  // TXGPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;  // RXGPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);// 配置 USART2USART_InitTypeDef USART_InitStructure;USART_InitStructure.USART_BaudRate = 57600;  // AS608默认波特率USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;USART_Init(USART2, &USART_InitStructure);USART_Cmd(USART2, ENABLE);
}void AS608_SendByte(uint8_t Byte)
{USART_SendData(USART2, Byte);while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}void AS608_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length)
{for (uint16_t i = 0; i < Length; i++){AS608_SendByte(Array[i]);}
}uint8_t AS608_ReceiveByte(void)
{uint32_t timeout = 0xFFFFF; // 增加超时时间while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_RXNE) == RESET){if (--timeout == 0){return 0xFF;  // 超时返回}}return USART_ReceiveData(USART2);
}// 发送指令包
void AS608_SendCommand(uint8_t instruction_code, uint8_t *parameters, uint16_t parameter_length)
{uint16_t packet_length = parameter_length + 2; // instruction code + parametersuint8_t packet[12 + parameter_length];uint16_t checksum = 0;// 包头packet[0] = 0xEF;packet[1] = 0x01;// 地址packet[2] = 0xFF;packet[3] = 0xFF;packet[4] = 0xFF;packet[5] = 0xFF;// 包标识packet[6] = 0x01; // 指令包// 包长度packet[7] = (packet_length >> 8) & 0xFF;packet[8] = packet_length & 0xFF;// 指令码packet[9] = instruction_code;// 参数for (uint16_t i = 0; i < parameter_length; i++){packet[10 + i] = parameters[i];}// 计算校验和checksum = packet[6] + packet[7] + packet[8];for (uint16_t i = 9; i < 10 + parameter_length; i++){checksum += packet[i];}// 校验和packet[10 + parameter_length] = (checksum >> 8) & 0xFF;packet[11 + parameter_length] = checksum & 0xFF;// 发送包AS608_SendArray(packet, 12 + parameter_length);
}// 接收响应包
uint8_t AS608_ReceivePacket(uint8_t *buffer, uint16_t *length)
{uint16_t idx = 0;uint16_t i;uint16_t checksum = 0;// 读取包头和地址，共6字节for (i = 0; i < 6; i++){buffer[idx++] = AS608_ReceiveByte();}// 检查包头和地址if (buffer[0] != 0xEF || buffer[1] != 0x01){return 1; // 包头错误}// 读取包标识和长度，共3字节for (i = 0; i < 3; i++){buffer[idx++] = AS608_ReceiveByte();}uint16_t packet_length = (((uint16_t)buffer[7] << 8) | buffer[8]) - 2; // 减去校验和长度// 读取包内容和校验和for (i = 0; i < packet_length + 2; i++){buffer[idx++] = AS608_ReceiveByte();}*length = idx;// 计算校验和for (i = 6; i < idx - 2; i++){checksum += buffer[i];}uint16_t received_checksum = ((uint16_t)buffer[idx - 2] << 8) | buffer[idx - 1];if (checksum != received_checksum){return 2; // 校验和错误}return 0; // 成功
}// 指纹录入函数
uint8_t AS608_Enroll(void)
{uint8_t ack;uint8_t buffer[64];uint16_t length;uint16_t page_id = 0; // 假设将指纹存储在ID为0的位置uint8_t retry;// 提示放置手指OLED_ShowString(2, 1, "Place Finger ");// Step 1: 获取图像retry = 0;do{AS608_SendCommand(PS_GetImage, NULL, 0);ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);if (ack == 0 && buffer[9] == ACK_SUCCESS){break;}else if (ack == 0 && buffer[9] == 0x02){OLED_ShowString(3, 1, "No Finger    ");}else{OLED_ShowString(3, 1, "GetImage Err ");}Delay_ms(500);retry++;} while (retry < 10);if (retry >= 10){return 1; // 超时}// Step 2: 生成特征文件到CharBuffer1uint8_t param[1] = {0x01}; // Buffer1AS608_SendCommand(PS_GenChar, param, 1);ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);if (ack != 0 || buffer[9] != ACK_SUCCESS){return 1; // 错误}// 提示移开手指OLED_ShowString(2, 1, "Remove Finger");Delay_s(2);// 提示再次放置手指OLED_ShowString(2, 1, "Place Again  ");// Step 3: 再次获取图像retry = 0;do{AS608_SendCommand(PS_GetImage, NULL, 0);ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);if (ack == 0 && buffer[9] == ACK_SUCCESS){break;}Delay_ms(500);retry++;} while (retry < 10);if (retry >= 10){return 1; // 超时}// Step 4: 生成特征文件到CharBuffer2param[0] = 0x02; // Buffer2AS608_SendCommand(PS_GenChar, param, 1);ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);if (ack != 0 || buffer[9] != ACK_SUCCESS){return 1; // 错误}// Step 5: 合并特征到模板AS608_SendCommand(PS_RegModel, NULL, 0);ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);if (ack != 0 || buffer[9] != ACK_SUCCESS){return 1; // 错误}// Step 6: 存储模板到指定IDuint8_t store_param[3] = {0x01, (page_id >> 8) & 0xFF, page_id & 0xFF};AS608_SendCommand(PS_StoreChar, store_param, 3);ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);if (ack != 0 || buffer[9] != ACK_SUCCESS){return 1; // 错误}return 0; // 成功
}// 指纹识别函数
uint8_t AS608_Identify(uint16_t *id)
{uint8_t ack;uint8_t buffer[64];uint16_t length;uint8_t retry;// 提示放置手指OLED_ShowString(2, 1, "Place Finger ");// Step 1: 获取图像retry = 0;do{AS608_SendCommand(PS_GetImage, NULL, 0);ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);if (ack == 0 && buffer[9] == ACK_SUCCESS){break;}else if (ack == 0 && buffer[9] == 0x02){OLED_ShowString(3, 1, "No Finger    ");}else{OLED_ShowString(3, 1, "GetImage Err ");}Delay_ms(500);retry++;} while (retry < 10);if (retry >= 10){return 1; // 超时}// Step 2: 生成特征文件到CharBuffer1uint8_t param[1] = {0x01}; // Buffer1AS608_SendCommand(PS_GenChar, param, 1);ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);if (ack != 0 || buffer[9] != ACK_SUCCESS){return 1; // 错误}// Step 3: 搜索指纹库uint8_t search_param[6] = {0x01, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01}; // Buffer1, 起始页0，页数1AS608_SendCommand(PS_Search, search_param, 6);ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);if (ack != 0 || buffer[9] != ACK_SUCCESS){return 1; // 未找到}// 获取匹配到的指纹ID*id = ((uint16_t)buffer[10] << 8) | buffer[11];return 0; // 成功
}

关键问题与解决方案

问题描述

在实现过程中，发现程序一直停留在 Place Finger 提示，无法继续。这表明程序可能在等待指纹模块的响应，但未能收到正确的数据。

可能原因

1. USART 通讯问题：

   • 波特率设置不正确。
   • USART 引脚连接错误。
   • USART 接收函数未正确实现。

2. 指令包格式错误：

   • 指令包中的参数、校验和计算错误。
   • 未正确按照 AS608 通讯协议发送和接收数据。

3. 指纹模块未正常工作：

   • 模块损坏或供电不足。
   • 指纹库已满或需要初始化。

解决方案

1. 检查 USART 通讯配置：

   • 确保波特率设置为 57600，这是 AS608 的默认波特率。

   • 检查 USART2 初始化代码，确保配置正确。

     // 配置 USART2
     USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
     USART_InitStructure.USART_BaudRate = 57600;  // AS608默认波特率
     USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
     USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
     USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
     USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
     USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
     USART_Init(USART2, &USART_InitStructure);
     

   • 确认引脚连接：

     • PA2（USART2 TX） ==> AS608 RXD
     • PA3（USART2 RX） ==> AS608 TXD

2. 改进接收函数 AS608_ReceiveByte：

   • 增加超时时间，避免因等待时间过短导致接收失败。

     uint8_t AS608_ReceiveByte(void)
     {uint32_t timeout = 0xFFFFF; // 增加超时时间while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_RXNE) == RESET){if (--timeout == 0){return 0xFF;  // 超时返回}}return USART_ReceiveData(USART2);
     }
     

3. 检查指令包格式和校验和计算：

   • 确保发送的指令包符合 AS608 通讯协议，包括包头、地址、包标识、包长度、指令码、参数、校验和。

   • 修改 AS608_SendCommand 函数中的校验和计算方式：

     // 计算校验和
     checksum = packet[6] + packet[7] + packet[8];
     for (uint16_t i = 9; i < 10 + parameter_length; i++)
     {checksum += packet[i];
     }
     

4. 增加调试信息：

   • 在关键步骤中，通过 OLED 显示接收到的确认码，便于判断问题所在。

     OLED_ShowString(3, 1, "Ack: ");
     OLED_ShowHexNum(3, 6, buffer[9], 2);
     

5. 增加超时和错误处理机制：

   • 在等待指纹输入和接收模块响应时，增加重试次数，避免程序陷入死循环。

     uint8_t retry = 0;
     do
     {// 发送指令并接收响应// ...retry++;
     } while (retry < 10);
     

6. 检查指纹模块工作状态：

   • 确认指纹模块的供电电压为 3.3V，且电源足够稳定。

   • 如果指纹库已满，尝试清空指纹库：

     uint8_t AS608_EmptyLibrary(void)
     {uint8_t buffer[32];uint16_t length;AS608_SendCommand(PS_Empty, NULL, 0);uint8_t ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);if (ack == 0 && buffer[9] == ACK_SUCCESS){return 0; // 成功}else{return 1; // 失败}
     }
     

7. 使用最小化测试代码进行验证：

   • 编写简单的测试程序，仅发送 PS_GetImage 指令，查看是否能收到正确的响应。

     int main(void)
     {// 初始化外设OLED_Init();AS608_Init();OLED_ShowString(1, 1, "AS608 Test:");while(1){OLED_ShowString(2, 1, "Testing...   ");AS608_SendCommand(PS_GetImage, NULL, 0);uint8_t buffer[32];uint16_t length;uint8_t ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);if (ack == 0){OLED_ShowString(3, 1, "Ack: ");OLED_ShowHexNum(3, 6, buffer[9], 2);if (buffer[9] == ACK_SUCCESS){OLED_ShowString(4, 1, "GetImage OK ");}else{OLED_ShowString(4, 1, "GetImage Fail");}}else{OLED_ShowString(3, 1, "No Response  ");}Delay_s(2);}
     }
     

总结

通过对硬件连接、USART 通讯配置、指令包格式、接收函数以及错误处理机制的逐一检查和改进，成功实现了 AS608 指纹模块在 STM32 上的指纹录入和识别功能。

在调试过程中，遇到类似的问题时，应从硬件和软件两个方面入手，逐步排查。同时，增加调试信息和错误处理机制，可以大大提高调试效率。

注意事项：

• 确保指纹模块的电源供电稳定。
• 遵循 AS608 通讯协议，正确组建指令包和解析响应包。
• USART 接收函数需要考虑超时和异常情况。

参考资料

• AS608 指纹模块数据手册
• STM32F10x 标准外设库参考手册
• UART 通讯协议和调试方法