[導讀]介紹一種基于C8051F單片機，以DTMF編碼的方式識別電臺身份的系統。該系統使用簡單，在不改變電臺原有特性的基礎上，只需和電臺的擴展口連接，便可實現對電臺身份的識別。即使對方破解了語音信號，還可通過地址編碼來分辨電臺的身份。該系統在保密性要求高的場所有一定應用前景。
1 引言
由于電臺多采用全透明的傳輸方式，只要頻段相同，就可以接收到同頻段上發(fā)送的語音信號，這樣就無法準確辨別信號是否有用。帶有語音加密功能的電臺則可以避免這種情況，但在一些要求保密性高的領域或場所，如軍事領域，攔截者一旦破獲我方的加密信號，發(fā)出一段誤導性的語音信號，我方則無法辨別，可能會造成一定損失。因此，這里介紹一種基于C8051F單片機，以DTMF編碼的方式識別電臺身份的系統。該系統使用簡單，在不改變電臺原有特性的基礎上，只需和電臺的擴展口連接，便可實現對電臺身份的識別。即使對方破解了語音信號，還可通過地址編碼來分辨電臺的身份。該系統在保密性要求高的場所有一定應用前景。
2 系統組成與工作原理
圖1為識別電臺身份系統結構圖。單片機選用C8051F020，DTMF單元選用MT8880雙音多頻器，語音存儲播放模塊采用ISD4004，另外還有顯示單元、存儲單元、鍵盤。
電臺一般都預留擴展接口：音頻輸入、音頻輸出、PTT發(fā)射控制、電源、地。該系統通過這些接口與電臺相連，如圖2所示。
系統工作原理：作為發(fā)射機時，電臺按下FTT鍵，PTT從高電平變?yōu)榈碗娖?，并將該信號送入單片機，單片機的中斷程序將本機的地址碼通過數據接口送至MT8880，經MT8880調制后送入電臺的音頻輸入接口，伴隨語音信號一同發(fā)送。作為接收機時需分多種情況，如圖3所示。
接收到語音信號后，判斷是否有DTMF信號輸入。如果有，MT8880解碼，解碼后的數據傳送給C8051F020，C805117020再判斷此地址是否為預先規(guī)定的電臺地址碼。若是，此地址碼在LCD上顯示，否則顯示ERROR；若沒有DTMF信號而只有語音信號，則說明此信號非本網內信號，操作者通過放音鍵回復事預先錄制好的一些語音信號迷惑對方。
3 系統硬件設計
整個系統根據功能可分為DTMF編／解碼和語音存儲播放兩部分。并由主控單元控制。由于該系統由電臺的蓄電池供電，所以選用低功耗器件。這里主控單元采用C8051F020。它是完全集成的混合信號系統級芯片(SoC)，具有與8051兼容的高速CIP-51內核，與MCS-51指令集完全兼容。C8051F020的時鐘頻率可達25 MHz，含有64 KB片內Flash程序存儲器，4 352 B的RAM、8個I／O端口、64根I／O線。
3.1 DTMF編／解碼
DTMF編／解碼器選用MT8880。MT8880C是一個帶有呼叫處理濾波器的單片DTMF信號收發(fā)器。該器件采用低功耗、高穩(wěn)定性的ISO-CMOS技術，內置1個帶有可變增益的內部放大器的高性能接收器，1個帶有脈沖計數器的發(fā)射器，以及1個可訪問MT8880內部寄存器的標準微處理器接口。其內部寄存器包括1個狀態(tài)寄存器、2個數據寄存器和2個控制寄存器，其電路如圖4所示。
該系統采用單端輸入方式，IN-為運放輸入端，R1與R2調節(jié)輸入信號增益。TDNE為音頻輸出，用于發(fā)送DTMF信號。OSCl為時鐘／振蕩器輸入端，OSC2為時鐘輸出端，MT8880采用3.579 5 MHz的工作時鐘。IRQ／CA為中斷請求信號，漏極開路輸出，當有DTMF信號輸入時，IRQ／CA向C8051F020發(fā)放兩部分。并由主控單元控制。由于該系統由電臺的蓄電池供電，所以選用低功耗器件。這里主控單元采用C8051F020。它是完全集成的混合信號系統級芯片(SoC)，具有與8051兼容的高速CIP-51內核，與MCS-51指令集完全兼容。C8051F020的時鐘頻率可達25 MHz，含有64 KB片內Flash程序存儲器，4 352 B的RAM、8個I／O端口、64根I／O線。
3.1 DTMF編／解碼
DTMF編／解碼器選用MT8880。MT8880C是一個帶有呼叫處理濾波器的單片DTMF信號收發(fā)器。該器件采用低功耗、高穩(wěn)定性的ISO-CMOS技術，內置1個帶有可變增益的內部放大器的高性能接收器，1個帶有脈沖計數器的發(fā)射器，以及1個可訪問MT8880內部寄存器的標準微處理器接口。其內部寄存器包括1個狀態(tài)寄存器、2個數據寄存器和2個控制寄存器，其電路如圖4所示。
該系統采用單端輸入方式，IN-為運放輸入端，R1與R2調節(jié)輸入信號增益。TDNE為音頻輸出，用于發(fā)送DTMF信號。OSCl為時鐘／振蕩器輸入端，OSC2為時鐘輸出端，MT8880采用3.579 5 MHz的工作時鐘。IRQ／CA為中斷請求信號，漏極開路輸出，當有DTMF信號輸入時，IRQ／CA向C8051F020發(fā)出中斷申請。D0～D3為微機數據總線，與TTL兼容，輸出測得的DTMF信號和輸入要發(fā)出的DTMF信號，與C8051F020的I／O接口相連。12引腳CP2端為系統時鐘輸入，與讀寫控制端R／W配合完成MT8880的讀寫操作，RS0引腳為寄存器選擇，TTL電平兼容。地址碼可由0～9以及A～D組成。由于該系統應用領域的特殊性，地址碼都經加密算法。當終端作為發(fā)射機時，DTMF編／解碼部分把終端的地址碼經一定算法加密后，調制成DTMF信號，再送入電臺，便于網內其他電臺識別。當終端作為接收機時，DTMF編／解碼部分把所接收的DTMF信號解調成數字碼，再經解密算法得到地址碼?？紤]到該系統阻抗與電臺音頻I／O接口阻抗可能不匹配，應在兩者間加入一個音頻變壓器。
由于MT8880提供的標準微機接口和6800系列兼容，如果改用其他單片機控制。必須通過硬件或軟件的方式模擬其工作時序。筆者在使用MT8880過程中發(fā)現，關鍵是為MT8880提供接口時鐘信號CP2。其時鐘周期tCYC的典型值為250 ns，實際上tCYC在0.167～1 0 s(6 MHz～100 kHz)之間取值，MT8880也仍能正常工作，故tCYC取值范圍較寬，如圖5所示。因此，CP2的產生比較靈活。
該系統中，通過C8051F020的引腳P1.0與MT8880的引腳CP相連，模擬MT8880所需的工作時序。
3.2 語音存儲播放
語音存儲播放模塊選用ISD公司的ISD4004。該語音器件采用多電平直接模擬存儲(Chip Corder)專利技術，聲音無需經A／D轉換和壓縮，每個采樣值直接存儲在片內的閃爍存儲器中，從而避免一般固體錄音電路量化和壓縮造成的量化噪聲和金屬聲。圖6為語音播放原理電路。語音輸人通過話筒(MIC)直接與ISD4004的引腳IN+、IN-連接差分驅動輸入。語音輸出端則是通過LM386放大后連接到電臺的語音輸出端。系統采用鍵控分段錄放音模式。通過錄音鍵可錄制10段不同的語音，每段錄音對應鍵盤上一個按鍵，根據所接收到的語音信號，通過10個按鍵可播放不同的語音，使用方便、靈活。
4 系統軟件設計
系統程序基于匯編語言編寫，所有DTMF的收／發(fā)工作均由中斷服務程序完成。主程序只負責初始化程序和鍵盤掃描。圖7為主程序流程。圖8為接收中斷處理程序流程。圖9為發(fā)送中斷處理程序流程。
5 結束語
在某部隊項目研制中，成功利用上述系統實現了電臺身份識別及語音自動播放功能，實際使用情況證明，該系統接口簡單、可靠，取得令人滿意的效果。
由于電臺多采用全透明的傳輸方式，只要頻段相同，就可以接收到同頻段上發(fā)送的語音信號，這樣就無法準確辨別信號是否有用。帶有語音加密功能的電臺則可以避免這種情況，但在一些要求保密性高的領域或場所，如軍事領域，攔截者一旦破獲我方的加密信號，發(fā)出一段誤導性的語音信號，我方則無法辨別，可能會造成一定損失。因此，這里介紹一種基于C8051F單片機，以DTMF編碼的方式識別電臺身份的系統。該系統使用簡單，在不改變電臺原有特性的基礎上，只需和電臺的擴展口連接，便可實現對電臺身份的識別。即使對方破解了語音信號，還可通過地址編碼來分辨電臺的身份。該系統在保密性要求高的場所有一定應用前景。
2 系統組成與工作原理
圖1為識別電臺身份系統結構圖。單片機選用C8051F020，DTMF單元選用MT8880雙音多頻器，語音存儲播放模塊采用ISD4004，另外還有顯示單元、存儲單元、鍵盤。
電臺一般都預留擴展接口：音頻輸入、音頻輸出、PTT發(fā)射控制、電源、地。該系統通過這些接口與電臺相連，如圖2所示。
系統工作原理：作為發(fā)射機時，電臺按下FTT鍵，PTT從高電平變?yōu)榈碗娖?，并將該信號送入單片機，單片機的中斷程序將本機的地址碼通過數據接口送至MT8880，經MT8880調制后送入電臺的音頻輸入接口，伴隨語音信號一同發(fā)送。作為接收機時需分多種情況，如圖3所示。
接收到語音信號后，判斷是否有DTMF信號輸入。如果有，MT8880解碼，解碼后的數據傳送給C8051F020，C805117020再判斷此地址是否為預先規(guī)定的電臺地址碼。若是，此地址碼在LCD上顯示，否則顯示ERROR；若沒有DTMF信號而只有語音信號，則說明此信號非本網內信號，操作者通過放音鍵回復事預先錄制好的一些語音信號迷惑對方。
3 系統硬件設計
整個系統根據功能可分為DTMF編／解碼和語音存儲播放兩部分。并由主控單元控制。由于該系統由電臺的蓄電池供電，所以選用低功耗器件。這里主控單元采用C8051F020。它是完全集成的混合信號系統級芯片(SoC)，具有與8051兼容的高速CIP-51內核，與MCS-51指令集完全兼容。C8051F020的時鐘頻率可達25 MHz，含有64 KB片內Flash程序存儲器，4 352 B的RAM、8個I／O端口、64根I／O線。
3.1 DTMF編／解碼
DTMF編／解碼器選用MT8880。MT8880C是一個帶有呼叫處理濾波器的單片DTMF信號收發(fā)器。該器件采用低功耗、高穩(wěn)定性的ISO-CMOS技術，內置1個帶有可變增益的內部放大器的高性能接收器，1個帶有脈沖計數器的發(fā)射器，以及1個可訪問MT8880內部寄存器的標準微處理器接口。其內部寄存器包括1個狀態(tài)寄存器、2個數據寄存器和2個控制寄存器，其電路如圖4所示。
該系統采用單端輸入方式，IN-為運放輸入端，R1與R2調節(jié)輸入信號增益。TDNE為音頻輸出，用于發(fā)送DTMF信號。OSCl為時鐘／振蕩器輸入端，OSC2為時鐘輸出端，MT8880采用3.579 5 MHz的工作時鐘。IRQ／CA為中斷請求信號，漏極開路輸出，當有DTMF信號輸入時，IRQ／CA向C8051F020發(fā)放兩部分。并由主控單元控制。由于該系統由電臺的蓄電池供電，所以選用低功耗器件。這里主控單元采用C8051F020。它是完全集成的混合信號系統級芯片(SoC)，具有與8051兼容的高速CIP-51內核，與MCS-51指令集完全兼容。C8051F020的時鐘頻率可達25 MHz，含有64 KB片內Flash程序存儲器，4 352 B的RAM、8個I／O端口、64根I／O線。
3.1 DTMF編／解碼
DTMF編／解碼器選用MT8880。MT8880C是一個帶有呼叫處理濾波器的單片DTMF信號收發(fā)器。該器件采用低功耗、高穩(wěn)定性的ISO-CMOS技術，內置1個帶有可變增益的內部放大器的高性能接收器，1個帶有脈沖計數器的發(fā)射器，以及1個可訪問MT8880內部寄存器的標準微處理器接口。其內部寄存器包括1個狀態(tài)寄存器、2個數據寄存器和2個控制寄存器，其電路如圖4所示。
該系統采用單端輸入方式，IN-為運放輸入端，R1與R2調節(jié)輸入信號增益。TDNE為音頻輸出，用于發(fā)送DTMF信號。OSCl為時鐘／振蕩器輸入端，OSC2為時鐘輸出端，MT8880采用3.579 5 MHz的工作時鐘。IRQ／CA為中斷請求信號，漏極開路輸出，當有DTMF信號輸入時，IRQ／CA向C8051F020發(fā)出中斷申請。D0～D3為微機數據總線，與TTL兼容，輸出測得的DTMF信號和輸入要發(fā)出的DTMF信號，與C8051F020的I／O接口相連。12引腳CP2端為系統時鐘輸入，與讀寫控制端R／W配合完成MT8880的讀寫操作，RS0引腳為寄存器選擇，TTL電平兼容。地址碼可由0～9以及A～D組成。由于該系統應用領域的特殊性，地址碼都經加密算法。當終端作為發(fā)射機時，DTMF編／解碼部分把終端的地址碼經一定算法加密后，調制成DTMF信號，再送入電臺，便于網內其他電臺識別。當終端作為接收機時，DTMF編／解碼部分把所接收的DTMF信號解調成數字碼，再經解密算法得到地址碼?？紤]到該系統阻抗與電臺音頻I／O接口阻抗可能不匹配，應在兩者間加入一個音頻變壓器。
由于MT8880提供的標準微機接口和6800系列兼容，如果改用其他單片機控制。必須通過硬件或軟件的方式模擬其工作時序。筆者在使用MT8880過程中發(fā)現，關鍵是為MT8880提供接口時鐘信號CP2。其時鐘周期tCYC的典型值為250 ns，實際上tCYC在0.167～1 0 s(6 MHz～100 kHz)之間取值，MT8880也仍能正常工作，故tCYC取值范圍較寬，如圖5所示。因此，CP2的產生比較靈活。
該系統中，通過C8051F020的引腳P1.0與MT8880的引腳CP相連，模擬MT8880所需的工作時序。
3.2 語音存儲播放
語音存儲播放模塊選用ISD公司的ISD4004。該語音器件采用多電平直接模擬存儲(Chip Corder)專利技術，聲音無需經A／D轉換和壓縮，每個采樣值直接存儲在片內的閃爍存儲器中，從而避免一般固體錄音電路量化和壓縮造成的量化噪聲和金屬聲。圖6為語音播放原理電路。語音輸人通過話筒(MIC)直接與ISD4004的引腳IN+、IN-連接差分驅動輸入。語音輸出端則是通過LM386放大后連接到電臺的語音輸出端。系統采用鍵控分段錄放音模式。通過錄音鍵可錄制10段不同的語音，每段錄音對應鍵盤上一個按鍵，根據所接收到的語音信號，通過10個按鍵可播放不同的語音，使用方便、靈活。
4 系統軟件設計
系統程序基于匯編語言編寫，所有DTMF的收／發(fā)工作均由中斷服務程序完成。主程序只負責初始化程序和鍵盤掃描。圖7為主程序流程。圖8為接收中斷處理程序流程。圖9為發(fā)送中斷處理程序流程。
5 結束語
在某部隊項目研制中，成功利用上述系統實現了電臺身份識別及語音自動播放功能，實際使用情況證明，該系統接口簡單、可靠，取得令人滿意的效果。
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