双音频声音密码拨号器的设计

双音频声音密码拨号器的设计

目前，存在着窃取用户电话键盘操作的潜在风险，以及使用手机连接线监视其他用户的安全隐患。因此,研制一种双音频声音密码拨号器,代替手工拨账号和密码,杜绝输入被别人偷窥,防止电话被搭线窃听及重放攻击,是很有必要的。对双音频声音密码拨号器的设计要求是:①采用密码技术,实现安全输入,代替用户手工输入密码;②密码算法和密钥使用与现有的银行密码体系相兼容。密码拨号器只代替用户输入密码,其它的操作仍同以前一样。对系统而言只增加了安全输入功能,不改变原有的系统工作模式。③密码拨号器采用声耦合技术输入,与电话机没有任何连线。④密码拨号器要体积小巧、轻便实用、经久耐用。根据要求,密码拨号器的总体方案如图1所示。双音频声音密码拨号器是一个单片机应用系统,它带有输入按键,每次使用时,首先用户在安全处输入密码,对账号与密码用子密钥加密后,存于拨号器中;用户在拨通银行电话服务号码后,按照语音提示,选择服务内容,当要求输入账号和密码时,将双音频声音密码拨号器对准电话听筒,按动发送键,拨号器随即发出经加密后的用双音频声音表示的账号和密码。为防止拨号器丢失而失密,要求使用完后关机,将所存密码清除。由于采用了动态加密技术,对用户的账号和密码每次加密处理得到的密码是不一样的,即使电话被搭线窃听,重放攻击也是不可能成功的。1降低功耗方面的变化低功耗单片机系统有两种工作情况,其一是系统间断工作,甚至大部分时间,系统处在空闲或掉电模式之下,第二种情况是系统必须长期处在连续工作状态下。本单片机系统是一个间断工作的低功耗系统;在此种系统中,MCU是消耗电能的主要器件。本系统选用P87LPC764低功耗的单片机;其指令系统兼容51系列单片机。P87LPC764内部集成了很多非常有用的功能,如内部有4k字节EPROM、内部复位电路、内部RC振荡器、内部掉电检测、内部看门狗和内部比较器和键盘中断等部件。相对于80C51单片机P87LPC76X单片机在降低功耗方面已经大大地增强,首先它能在2.7V的电源电压下工作,(当电压从5V降低为3V时功耗将减少60%)。它还可以通过设置DIVM寄存器将MCU时钟降低,使MCU以较低频率工作以节省功耗;其次它增加许多中断源来唤醒PowerDown模式。P87LPC764的掉电工作模式是通过将PCON寄存器的PD位置1实现的,在掉电模式下P87LPC764停止工作,此时消耗电流仅1μA。在8051单片机中,掉电模式唤醒只有复位,而P87LPC764可以通过能使某些中断来唤醒,如可以使用键盘中断来唤醒MCU。在本系统中需要使用程序控制指示灯指示系统工作状态。若用掉电工作模式,MCU停止运行,指示灯失去了指示功能;因此本系统改用低频节电模式。由于CMOS电路中功率是开关频率的函数,较低的时钟速率下器件的功耗也较小。在低频节电工作模式下,节电是通过MCU内部的DIVM寄存器对MCU时钟进行分频而实现的,改变DIVM中存放的数据可以将MCU电流最多降低至正常电流的1/10。当用户输入密码并对之作了加密处理后,密码拨号器进入了等待发送密码状态,为减少功耗,我们在DIVM寄存中存入FFH,在用户按动发送密码键时,再将DIVM寄存中存入00H,使单片机全速工作。2dtmf发送器在间断工作的低功耗系统中,外围器件功耗占很大一部分,必须使用低功耗的外围器件。本系统的外围器件主要是发送DTMF声音电路,它由DTMF电路和功放电路两部分组成。双音多频DTMF(DualToneMultiFrequency)电路,包括DTMF发送器与DTMF接收器,前者主要用在按键式话机作双多音频拨号器;目前有代表性的DTMF拨号器型号是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。这些DTMF发送器主要用在电话机中,带有与键盘的接口,不便与计算机连接。最近HOLTEK公司生产带有串行接口的DTMF发送器HT9200A,它采用8脚DIP或SOP封装形式,其DIP管脚排列如图1所示。各引脚的功能说明如下:●CE:片选信号输入端,低电平有效;●X1、X2:3.579545MHz晶振接入端;●VDD、VSS:电源正负输入端,正常工作电压范围为2～5.5V,工作电流为2mA左右;待用时只有2μA;●CLK:串行数据的同步信号输入端,fCLK为100kHz左右;●DATA:串行数据输入端;●DTMF:DTMF信号输出端。图3所示为HT9200A的输入输出时序图;HT9200A输出的DTMF频率由5位串行数据(D4～D0)不同的位码组合决定。当CE为低电平时选中芯片,在CLK的下降沿将串行口上的数据DATA锁存。每个5位二进制码数据,控制DTMF发出不同的DTMF信号。当5位二进制码数据均为1时,结束DTMF的发送。图4是HT9200A驱动喇叭电路。DTMF信号经8050射极跟随电路的功率放大驱动喇叭。HT9200A功耗非常低,待机时只有2μA,工作时0.2～3Ma.从图2可见DTMF输出在不工作时输出为0电平,这时驱动喇叭的8050中功率管无基极电流,因此待机时消耗电流几乎为零。在有DTMF信号输出时,DTMF输出端DC电压升高到(0.45～0.75)VDD,从而使8050有一个适当的工作点。有源器件工作点的电压与电流的乘积是功率的函数。因此降低工作点的电压与电流有助于减小功耗消耗。在本系统中,工作点过高或过低都会使DTMF信号失真,在不失真区间,工作点变化会影响功率消耗;但功率消耗下降,DTMF声强也会减弱。实际调试结果,8050中功率管的基极电阻取1kΩ,能保证DTMF声音