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(zhǔn)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(lǐng)域或場所，如軍事領(lǐng)域，攔截者一旦破獲我方的加密信號，發(fā)出一段誤導(dǎo)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(jī)，以DTMF編碼的方式識別電臺身份的系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用簡單，在不改變電臺原有特性的基礎(chǔ)上，只需和電臺的擴(kuò)展口連接，便可實(shí)現(xiàn)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(tǒng)在保密性要求高的場所有一定應(yīng)用前景。

2  系統(tǒng)組成與工作原理

圖1為識別電臺身份系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。單片機(jī)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(yù)留擴(kuò)展接口：音頻輸入、音頻輸出、PTT發(fā)射控制、電源、地。該系統(tǒng)通過這些接口與電臺相連，如圖2所示。


系統(tǒng)工作原理：作為發(fā)射機(jī)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(jī)，單片機(jī)的中斷程序?qū)⒈緳C(jī)的地址碼通過數(shù)據(jù)接口送至MT8880，經(jīng)MT8880調(diào)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(jī)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(shù)據(jù)傳送給C8051F020，C805117020再判斷此地址是否為預(yù)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(wǎng)內(nèi)信號，操作者通過放音鍵回復(fù)事預(yù)先錄制好的一些語音信號迷惑對方。

3  系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

整個系統(tǒng)根據(jù)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(tǒng)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(tǒng)級芯片(SoC)，具有與8051兼容的高速CIP-51內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼容。C8051F020的時鐘頻率可達(dá)25 MHz，含有64 KB片內(nèi)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(shù)，內(nèi)置1個帶有可變增益的內(nèi)部放大器的高性能接收器，1個帶有脈沖計(jì)數(shù)器的發(fā)射器，以及1個可訪問MT8880內(nèi)部寄存器的標(biāo)準(zhǔn)微處理器接口。其內(nèi)部寄存器包括1個狀態(tài)寄存器、2個數(shù)據(jù)寄存器和2個控制寄存器，其電路如圖4所示。


該系統(tǒng)采用單端輸入方式，IN-為運(yùn)放輸入端，R1與R2調(diào)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(dāng)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(tǒng)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(tǒng)級芯片(SoC)，具有與8051兼容的高速CIP-51內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼容。C8051F020的時鐘頻率可達(dá)25 MHz，含有64 KB片內(nèi)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(shù)，內(nèi)置1個帶有可變增益的內(nèi)部放大器的高性能接收器，1個帶有脈沖計(jì)數(shù)器的發(fā)射器，以及1個可訪問MT8880內(nèi)部寄存器的標(biāo)準(zhǔn)微處理器接口。其內(nèi)部寄存器包括1個狀態(tài)寄存器、2個數(shù)據(jù)寄存器和2個控制寄存器，其電路如圖4所示。

該系統(tǒng)采用單端輸入方式，IN-為運(yùn)放輸入端，R1與R2調(diào)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(dāng)有DTMF信號輸入時，IRQ／CA向C8051F020發(fā)出中斷申請。D0～D3為微機(jī)數(shù)據(jù)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(tǒng)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(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性，地址碼都經(jīng)加密算法。當(dāng)終端作為發(fā)射機(jī)時，DTMF編／解碼部分把終端的地址碼經(jīng)一定算法加密后，調(diào)制成DTMF信號，再送入電臺，便于網(wǎng)內(nèi)其他電臺識別。當(dāng)終端作為接收機(jī)時，DTMF編／解碼部分把所接收的DTMF信號解調(diào)成數(shù)字碼，再經(jīng)解密算法得到地址碼。考慮到該系統(tǒng)阻抗與電臺音頻I／O接口阻抗可能不匹配，應(yīng)在兩者間加入一個音頻變壓器。

由于MT8880提供的標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)接口和6800系列兼容，如果改用其他單片機(jī)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(xiàn)，關(guān)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(shí)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(chǎn)生比較靈活。


該系統(tǒng)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(shù)，聲音無需經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換和壓縮，每個采樣值直接存儲在片內(nèi)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(qū)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(tǒng)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(yīng)鍵盤上一個按鍵，根據(jù)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(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)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(wù)程序完成。主程序只負(fù)責(zé)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(jié)束語

在某部隊(duì)項(xiàng)目研制中，成功利用上述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電臺身份識別及語音自動播放功能，實(shí)際使用情況證明，該系統(tǒng)接口簡單、可靠，取得令人滿意的效果。