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cxj370266

2013.05.15

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基于VHDL语言的智能拨号报警器的设计

武汉理工大学信息工程学院4I$""T") 刘桂华

绵阳西南科技大学信息与控制工程系4W!#""!) 马建国

目 前 ，智 能 拨 号 报 警 器 大 多 采 用 单 片 机 作 为 控 制

核 心 ，这 种 传 统 设 计 方 法 的 特 点 是 硬 件 和 软 件 截 然 不

同 ，设 计 中 不 可 相 互 替 代 ；而 且 硬 件 连 线 复 杂 ，可 靠

性 较 差 。

硬 件 描 述 语 言 456.&7 和 可 编 程 /*+% 器 件 的 广 泛

应 用 第 一 次 打 破 了 硬 件 和 软 件 的 屏 障 。基 于 56.& 语

言 、以 3./ 技 术 作 为 开 发 手 段 、采 用 现 场 可 编 程 门 阵

列 802/ (89:;< 0=>?=@AA@B;: 2@C: /==@D)作 为 控 制 核

心 实 现 的 与 电 话 线 连 接 的 智 能 拨 号 远 程 报 警 器 ，与 传

统 设 计 相 比 较 ，不 仅 简 化 了 接 口 和 控 制 ，提 高 了 系 统

的 整 体 性 能 和 工 作 可 靠 性 ，也 为 进 一 步 提 高 系 统 集 成

创 造 了 条 件 。

! 系统原理及组成

系 统 组 成 原 理 框 图 如 图 # 所 示 。系 统 的 控 制 核 心

是 一 片 802/ 芯 片 E 它 由 $ 个 功 能 模 块 构 成 ：电 话 信

号 音 识 别 模 块 ，.FG8 收 发 时 序 仿 真 模 块 和 摘 机 H 挂

机 控 制 模 块 。$ 个 模 块 的 功 能 分 别 为 识 别 电 话 系 统 送

来 的 信 号 音 、控 制 .FG8 拨 号 电 路 自 动 拨 号 、控 制 摘

挂 机 电 路 完 成 摘 挂 机 操 作 。

电话信号音识别 .FG8 拨号电路

传

感 .FG8 收 发 时 序 仿 真

摘 机 H 挂 机 电 路

器

摘 机 H 挂 机 控 制 电话线

用 户

802/

图 # 系 统 组 成 原 理 框 图

系 统 工 作 原 理 ：当 有 人 进 入 室 内 时 ，人 体 检 测 传

感 器 便 采 集 盗 窃 信 号 ， 盗 窃 信 号 启 动 摘 机 H 挂 机 控 制

模 块 控 制 摘 挂 机 电 路 ，实 现 电 话 摘 机 。 电 话 信 号 音 识

别 模 块 识 别 摘 机 后 电 话 系 统 的 状 态 是 否 处 于 可 拨 号

状 态 。 若 为 可 拨 号 状 态 ，.FG8 收 发 时 序 仿 真 模 块 控

制 .FG8 拨 号 电 路 以 双 音 频 .FG8 方 式 拨 预 定 的 电 话

(或 传 呼 机 )号 ；若 为 不 可 拨 号 状 态 ，通 过 摘 机 H 挂 机

控 制 模 块 实 现 电 话 挂 机 ，延 时 后 再 重 拨 。

" #$%& 功能模块设计

智 能 拨 号 报 警 器 的 控 制 核 心 802/ 的 三 个 功 能 模

块 皆 用 56.& 语 言 编 程 实 现 ， 下 面 主 要 介 绍 802/ 的

三 个 功 能 模 块 的 设 计 。

"’! 电 话 信 号 音 识 别 模 块 ()*%+

信号音判断的实现原理是：由于电话系统信号音的

拨号音、回铃音和忙音的音源频率均为 IJ"6K(L!J6K)

的 正 弦 波 ，只 是 断 续 比 不 同 且 在 时 间 上 有 明 显 的 差 异

(拨 号 音 为 IJ"6KL!J6K 连 续 信 号 ，忙 音 为 "M$JN 通 "M

$JN 断 ，回 铃 音 为 #N 通 IN 断 )。 要 判 断 信 号 音 ，首 先

应 将 处 理 .FG8 信 号 的 GFOOO" 芯 片 设 置 为 呼 叫 处理

模式，使电话 呼 叫 过 程 中 的 各 种 信 号 音 经 GFOOO" 滤

波 、限 幅 后 得 到 方 波 ，并 由 GFOOO" 的 +,- 端 输 出 。然

后 对 GFOOO" 输 出 的 +,- 信 号 计 数 J 秒 ， 拨 号 音 的 计

数 下 限 为 (IJ"P!J)QJR!#!J，计 数 上 限 为 (IJ"S!J)Q

JR!$TJ ，即 计 数 范 围 为 !#!JU!$TJ 。同 理 ，忙 音 的 计 数

范 围 为 #"I#U#!#!，回 铃 音 的 计 数 范 围 为 I!JUITJ，无

信 号 音 的 计 数 应 为 零 。 但 在 实 际 编 程 中 ，需 要 考 虑 一

定 的 计 时 计 数 误 差 ，并 且 使 程 序 简 化 ，因 此 采 用 不 同

信 号 音 相 邻 计 数 界 限 的 中 间 值 来 区 分 不 同 的 信 号 音 。

同 时 ， 为 合 理 利 用 802/ 硬 件 资 源 ， 中 间 值 应 尽 量 选

为 !!4! 为 整 数7。最 后 设 定 为 计 数 值 大 于 #TV! 为 拨 号

音 ，在 #"!IU#TV# 之 间 为 忙 音 ，在 !JWU#"!$ 之 间 为 回

铃 音 ，小 于 !JJ 为 无 信 号 音 。

基 于 此 原 理 设 计 的 信 号 音 识 别 模 块 1).23 如 图 !

所 示 。 %&’ 为 时 钟 信 号 输 入 端 X

+,- 与 GFOOO" 芯 片 的 +,- 输 出

%&’ ()*’

端 相 连 接 ，是 +,- 信 号 的 计 数 输

+,- .+/&

入 端 X0+%’ 是 摘 机 信 号 输 入 端 X

0+%’

()*Y 为 电 话 忙 状 态 标 志 信 号 输

图 ! 1).23 模 块

出 端X .+/& 是 拨 号 使 能 信 号 端 。

该 模 块 的 功 能 为 ： 在 摘 机 信 号 0+%’ 产 生 大 约 #N 后 ，

即 GFOOO" 芯 片 被 设 置 为 呼 叫 处 理 模 式 后 启 动 该 模

块 。 在 该 模 块 的 内 部 ，设 置 了 两 个 计 数 器 。 一 个 为 对

%&’ 时 钟 信 号 进 行 计 数 E 产 生 JN 控 制 信 号 ；另 一 个 对

+,- 送 来 的 脉 冲 进 行 计 数 。两 个 计 数 器 都 由 摘 机 信 号

0+%’ 启 动 E JN 后 判 断 第 二 个 计 数 器 的 计 数 值 。 如 果

计 数 值 大 于 #TV!，则 说 明 电 话 交 换 机 系 统 处 于 可 拨 号

的状态E.+/& 置为有效、()*Y 置为无效，以触发 .FG8

收 发 时 序 仿 真 模 块 进 行 拨 号 操 作 。 否 则 A 电 话 处 于 不 .’ 。 信 号 控 制 。 当 ===" 芯 片 被 访 问 时 ，)1 脚 应 出

可 拨 号 的 状 态 ，425* 无 效 、%&’( 有 效 A 驱 动 摘 B 挂 机 现 一 次 带 上 升 沿 的 高 电 平 ，其 周 期 应 为 #!J;#"""!J。

模 块 产 生 挂 机 信 号 。 拨 号 音 识 别 的 部 分 CD4* 程 序 这 是 关 键 信 号 ，其 它 信 号 均 以 此 信 号 作 为 依 据 。因 此 ，

如 下 ： @1f5 中 的 .,),2 6’,-4 模 块 模 拟 产 生 )1 及 其 它 信

EFGHIJJKLFMAELHNAJOGEP 号 的 时 序 。 图 > 为 .,),26’,-4 模 块 写 ===" 内 部

QRFLRSTI HUO9 LUOIVIFW 寄 存 器 ).5、).% 的 时 序 。 图 ? 是 .,),26’,-4 模 块

HGUJORUO TXY#3Z!9LUOIVIF9[#3Z!W 控 制 ===" 发 送 4/

SIVLU 的 CD4* 程 序 结 构 如 图 g 所 示 。

L\KELHN[]"]P O^IU

)’ )’

_LRT‘[]"]W

.’ " .’ "

SaJb‘[]"]W

HUO9["W . 6 7 . 6 7

ITJL\KJOGE RU_ HUO‘[TXY#3Z!P O^IU )1 )1

_LRT‘[]"]W B c 电 话 遇 忙 ，发 忙 状 态 标 志 c B 4 " ; 4 $ 4 " ; 4 $

SaJb‘[]#]W 图 > 写 ).5 、).% 时 序 图 图 ? 发 送 4/

ITJL\KJOGE RU_ HUOd[TXY#3Z!P O^IU

_LRT‘[]#]W B c 电 话 接 通 ，拨 号 使 能 有 效 c B

SaJb‘[]"]W - 摘 机 (12)+ )和 拨 号

ITJL\KLFM]IQIUO RU_ LFM[]#]P O^IU (425* )同 时 有 效 ？

HUO9[HUOe#W B c 电 话 音 检 测 计 数 c B 信 号 初 始 化

(

IU_ L\W

===" 置为 4/

IU_ EFGHIJJW 预置电话号码

().5 ：i)Dj).%9i"DP (’/01 )有 效

!"! #$%& 收 发 时 序 仿 真 模 块 ’()(* +

,(-# ===" 置为呼叫处理模式

拨 预 置 电 话 号 码 延 时

().5 ：i@Dj).%9i"DP

<2/,* 公 司 生 产 的 集 成 芯 片 ==="

是 专 门 用 于 处 理 4/

图 g .,),26’,-4 模 块 程 序 框 图

电路，具有接受和发送 4/

统中，===" 的作 用 是 ：把 电 话 系 统 送 来 的 4/

)*+ 12)+

号 处 理 成 @1f5 能 够 识 别 的 逻 辑 信 号W 将 @1f5 送 出 电 话 摘 B 挂 机 的 实 现 是 由 摘 B

,-

的用于拨号的 //* 逻辑信号转换成电话系统能够识别 挂 机 控 制 模 块 12)+ 控 制 摘 B 挂 机 .,’,/

的 4/

.,),2 6’,-4 用 于 控 制 ===" 以 实 现 按 4/

图 3 12)+ 模 块

方 式 自 动 拨 预 定 的 电 话 号 码 。 .,),2 6’,-4 模 块 与 入 ；,- 是 人 体 检 测 传 感 器 采 集 的

===" 芯 片 的 互 连 接 口 如 图 $ 所 示 。 二 者 的 接 口 信 盗 窃 信 号 输 入 ；.,’,/ 是 系 统 复 位 信 号 输 入 ；’/01 为

号 线 直 接 连 接 并 由 .,),2 6’,-4 模 块 模 拟 产 生 拨 号 完 成 的 挂 机 控 制 信 号 输 入 ；%&’( 为 遇 忙 信 号 输

===" 芯 片 的 各 个 接 口 信 号 ，完 成 4/

以 及 对 电 话 线 路 拨 号 。 ===" 的 工 作 模 式 由 内 部 寄 输 入 信 号 有 效 ， 该 模 块 使 摘 机 输 出 信 号 12)+ 有 效 ，

存 器 ().5、).%、’.、/4. 和 .4.)中 的 控 制 字 决 定 ， 从 而 驱 动 摘 B 挂 机 电 路 产 生 摘 机 动 作 。如 果 摘 机 后 电

内 部 寄 存 器 的 数 据 写 入 和 读 出 都 由 . 67、)’、)1、 话 信 号 音 识 别 模 块 h&4f, 送 来 的 是 系 统 忙 的 信 号 ，

即 %&’( 输 入 信 号 有 效 时 ，输 出 挂 机 信 号 12)+。 两

)’ )’ 秒 钟 后 重 新 启 动 摘 机 ， 直 到 电 话 信 号 音 为 可 拨 号 状

)*+ )1 )1 态 。 拨 号 完 成 后 ，’/01 信 号 有 效 ，12)+ 模 块 产 生 挂

425* .’ " .’ " 机 信 号 。当 .,’,/ 有 效 时 ，挂 机 输 出 信 号 有 效 。摘 B

12)+ . 6 7 . 6 7 挂 机 控 制 模 块 12)+ 的 部 分 CD4* 程 序 如 下 ：

’/01

EFGHIJJKHTNAJOGEASaJbAIUA_ITRbP

/ 6 . / 6 .

SIVLU

45/5 8 $ 9 " : 4 " ; 4 $

L\KHTN]IQIUO RU_ HTN[]#]P O^IU

.,),2 6 ’,-4 ==="

图 $ .,),26’,-4 模 块 与 ===" 的 互 连 接 口 L\K FIJIO[]#] GF JOGE[]#]P O^IU

《电子技术应用》!""# 年第 $ 期 四通工控 2+3 软起动器经销商 ( ) 454 6!6!6577 6!6!6578 3Z

% & 复 位 或 拨 号 完 成 后 挂 机 & % 开发。设计输入完成后，进行整体的编译和逻辑仿真，

’()*+,-"-. 然后进行转换、布局、布线、延时仿真生成配置文件，最

/01(23/4,-#-5 67/4 % & 报 警 信 号 触 发 摘 机 & % 后下载至 ?@AB 器件，完成结构功能配置，实现其硬件

(23891:,-"-5 67/4

功能。?@AB 的系统逻辑功能仿真波形如图 Z 所示。各

’()*+,-#-.

信号的逻辑功能和时序配合完全达到设计要求。

/01(23;/0<:>

’()*+,-#-.

/01/

’()*+,-"-. % & 遇忙挂机 & %

/4; (2.

/4; (2.

/4; (2.

/4; ’=>)/11.

! 系统设计和逻辑仿真

?@AB 中 的 $ 个 功 能 模 块 用 CDEF

语 言 描 述 进 行 综 合 仿 真 后 ，连 接 起 来 的

系 统 电 路 原 理 图 如 图 G 所 示 。系 统 的 工

作 过 程 ：HIJBF 报 警 信 号 输 入 @KLM 模

块 ，产 生 @KLM 摘 机 信 号 ，控 制 摘 机 % 挂 机 电 路 。 摘 机 本 系 统 是 用 ?@AB 实 现 的 智 能 报 警 器 ， 全 部 通 过

后 ，NJLJKOHJPE 模 块 将 呼 叫 处 理 控 制 字 写 入 QIGGG" 编 译 仿 真 和 系 统 测 试 。由 于 系 统 的 很 多 逻 辑 功 能 由 一

芯 片 中 ，将 QIGGG" 设 置 为 呼 叫 处 理 模 式 。然 后 电 话 信 片 ?@AB 实 现 ，外 围 器 件 很 少 ，所 以 系

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