雙音頻聲音密碼撥號(hào)器的設(shè)計(jì)

雙音頻聲音密碼撥號(hào)器的設(shè)計(jì)

目前，存在著竊取用戶電話鍵盤操作的潛在風(fēng)險(xiǎn)，以及使用手機(jī)連接線監(jiān)視其他用戶的安全隱患。因此,研制一種雙音頻聲音密碼撥號(hào)器,代替手工撥賬號(hào)和密碼,杜絕輸入被別人偷窺,防止電話被搭線竊聽及重放攻擊,是很有必要的。對(duì)雙音頻聲音密碼撥號(hào)器的設(shè)計(jì)要求是:①采用密碼技術(shù),實(shí)現(xiàn)安全輸入,代替用戶手工輸入密碼;②密碼算法和密鑰使用與現(xiàn)有的銀行密碼體系相兼容。密碼撥號(hào)器只代替用戶輸入密碼,其它的操作仍同以前一樣。對(duì)系統(tǒng)而言只增加了安全輸入功能,不改變?cè)械南到y(tǒng)工作模式。③密碼撥號(hào)器采用聲耦合技術(shù)輸入,與電話機(jī)沒有任何連線。④密碼撥號(hào)器要體積小巧、輕便實(shí)用、經(jīng)久耐用。根據(jù)要求,密碼撥號(hào)器的總體方案如圖1所示。雙音頻聲音密碼撥號(hào)器是一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng),它帶有輸入按鍵,每次使用時(shí),首先用戶在安全處輸入密碼,對(duì)賬號(hào)與密碼用子密鑰加密后,存于撥號(hào)器中;用戶在撥通銀行電話服務(wù)號(hào)碼后,按照語(yǔ)音提示,選擇服務(wù)內(nèi)容,當(dāng)要求輸入賬號(hào)和密碼時(shí),將雙音頻聲音密碼撥號(hào)器對(duì)準(zhǔn)電話聽筒,按動(dòng)發(fā)送鍵,撥號(hào)器隨即發(fā)出經(jīng)加密后的用雙音頻聲音表示的賬號(hào)和密碼。為防止撥號(hào)器丟失而失密,要求使用完后關(guān)機(jī),將所存密碼清除。由于采用了動(dòng)態(tài)加密技術(shù),對(duì)用戶的賬號(hào)和密碼每次加密處理得到的密碼是不一樣的,即使電話被搭線竊聽,重放攻擊也是不可能成功的。1降低功耗方面的變化低功耗單片機(jī)系統(tǒng)有兩種工作情況,其一是系統(tǒng)間斷工作,甚至大部分時(shí)間,系統(tǒng)處在空閑或掉電模式之下,第二種情況是系統(tǒng)必須長(zhǎng)期處在連續(xù)工作狀態(tài)下。本單片機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)間斷工作的低功耗系統(tǒng);在此種系統(tǒng)中,MCU是消耗電能的主要器件。本系統(tǒng)選用P87LPC764低功耗的單片機(jī);其指令系統(tǒng)兼容51系列單片機(jī)。P87LPC764內(nèi)部集成了很多非常有用的功能,如內(nèi)部有4k字節(jié)EPROM、內(nèi)部復(fù)位電路、內(nèi)部RC振蕩器、內(nèi)部掉電檢測(cè)、內(nèi)部看門狗和內(nèi)部比較器和鍵盤中斷等部件。相對(duì)于80C51單片機(jī)P87LPC76X單片機(jī)在降低功耗方面已經(jīng)大大地增強(qiáng),首先它能在2.7V的電源電壓下工作,(當(dāng)電壓從5V降低為3V時(shí)功耗將減少60%)。它還可以通過(guò)設(shè)置DIVM寄存器將MCU時(shí)鐘降低,使MCU以較低頻率工作以節(jié)省功耗;其次它增加許多中斷源來(lái)喚醒PowerDown模式。P87LPC764的掉電工作模式是通過(guò)將PCON寄存器的PD位置1實(shí)現(xiàn)的,在掉電模式下P87LPC764停止工作,此時(shí)消耗電流僅1μA。在8051單片機(jī)中,掉電模式喚醒只有復(fù)位,而P87LPC764可以通過(guò)能使某些中斷來(lái)喚醒,如可以使用鍵盤中斷來(lái)喚醒MCU。在本系統(tǒng)中需要使用程序控制指示燈指示系統(tǒng)工作狀態(tài)。若用掉電工作模式,MCU停止運(yùn)行,指示燈失去了指示功能;因此本系統(tǒng)改用低頻節(jié)電模式。由于CMOS電路中功率是開關(guān)頻率的函數(shù),較低的時(shí)鐘速率下器件的功耗也較小。在低頻節(jié)電工作模式下,節(jié)電是通過(guò)MCU內(nèi)部的DIVM寄存器對(duì)MCU時(shí)鐘進(jìn)行分頻而實(shí)現(xiàn)的,改變DIVM中存放的數(shù)據(jù)可以將MCU電流最多降低至正常電流的1/10。當(dāng)用戶輸入密碼并對(duì)之作了加密處理后,密碼撥號(hào)器進(jìn)入了等待發(fā)送密碼狀態(tài),為減少功耗,我們?cè)贒IVM寄存中存入FFH,在用戶按動(dòng)發(fā)送密碼鍵時(shí),再將DIVM寄存中存入00H,使單片機(jī)全速工作。2dtmf發(fā)送器在間斷工作的低功耗系統(tǒng)中,外圍器件功耗占很大一部分,必須使用低功耗的外圍器件。本系統(tǒng)的外圍器件主要是發(fā)送DTMF聲音電路,它由DTMF電路和功放電路兩部分組成。雙音多頻DTMF(DualToneMultiFrequency)電路,包括DTMF發(fā)送器與DTMF接收器,前者主要用在按鍵式話機(jī)作雙多音頻撥號(hào)器;目前有代表性的DTMF撥號(hào)器型號(hào)是MT5087、MT5089、MT5088、MT5091(MITEL公司),MC14410(MOTOROLA公司),S2860,S2559(AMI公司),TEA1075、TEA1046、PCD3310、PCD3312(PHILIPS公司),TP5088、TP5395(NATIONA1SEMICONDUCTOR公司),TP5087、TCM5087、TCM5089(TEXAS公司)及MK5087、MK5089、MK5091(MOSTEK公司)等。這些DTMF發(fā)送器主要用在電話機(jī)中,帶有與鍵盤的接口,不便與計(jì)算機(jī)連接。最近HOLTEK公司生產(chǎn)帶有串行接口的DTMF發(fā)送器HT9200A,它采用8腳DIP或SOP封裝形式,其DIP管腳排列如圖1所示。各引腳的功能說(shuō)明如下:●CE:片選信號(hào)輸入端,低電平有效;●X1、X2:3.579545MHz晶振接入端;●VDD、VSS:電源正負(fù)輸入端,正常工作電壓范圍為2～5.5V,工作電流為2mA左右;待用時(shí)只有2μA;●CLK:串行數(shù)據(jù)的同步信號(hào)輸入端,fCLK為100kHz左右;●DATA:串行數(shù)據(jù)輸入端;●DTMF:DTMF信號(hào)輸出端。圖3所示為HT9200A的輸入輸出時(shí)序圖;HT9200A輸出的DTMF頻率由5位串行數(shù)據(jù)(D4～D0)不同的位碼組合決定。當(dāng)CE為低電平時(shí)選中芯片,在CLK的下降沿將串行口上的數(shù)據(jù)DATA鎖存。每個(gè)5位二進(jìn)制碼數(shù)據(jù),控制DTMF發(fā)出不同的DTMF信號(hào)。當(dāng)5位二進(jìn)制碼數(shù)據(jù)均為1時(shí),結(jié)束DTMF的發(fā)送。圖4是HT9200A驅(qū)動(dòng)喇叭電路。DTMF信號(hào)經(jīng)8050射極跟隨電路的功率放大驅(qū)動(dòng)喇叭。HT9200A功耗非常低,待機(jī)時(shí)只有2μA,工作時(shí)0.2～3Ma.從圖2可見DTMF輸出在不工作時(shí)輸出為0電平,這時(shí)驅(qū)動(dòng)喇叭的8050中功率管無(wú)基極電流,因此待機(jī)時(shí)消耗電流幾乎為零。在有DTMF信號(hào)輸出時(shí),DTMF輸出端DC電壓升高到(0.45～0.75)VDD,從而使8050有一個(gè)適當(dāng)?shù)墓ぷ鼽c(diǎn)。有源器件工作點(diǎn)的電壓與電流的乘積是功率的函數(shù)。因此降低工作點(diǎn)的電壓與電流有助于減小功耗消耗。在本系統(tǒng)中,工作點(diǎn)過(guò)高或過(guò)低都會(huì)使DTMF信號(hào)失真,在不失真區(qū)間,工作點(diǎn)變化會(huì)影響功率消耗;但功率消耗下降,DTMF聲強(qiáng)也會(huì)減弱。實(shí)際調(diào)試結(jié)果,8050中功率管的基極電阻取1kΩ,能保證DTMF聲音