雙音頻聲音密碼撥號器的設計

雙音頻聲音密碼撥號器的設計

目前，存在著竊取用戶電話鍵盤操作的潛在風險，以及使用手機連接線監(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器,代替手工撥賬號和密碼,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。對雙音頻聲音密碼撥號器的設計要求是:①采用密碼技術,實現(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。密碼撥號器只代替用戶輸入密碼,其它的操作仍同以前一樣。對系統(tǒng)而言只增加了安全輸入功能,不改變原有的系統(tǒng)工作模式。③密碼撥號器采用聲耦合技術輸入,與電話機沒有任何連線。④密碼撥號器要體積小巧、輕便實用、經(jīng)久耐用。根據(jù)要求,密碼撥號器的總體方案如圖1所示。雙音頻聲音密碼撥號器是一個單片機應用系統(tǒng),它帶有輸入按鍵,每次使用時,首先用戶在安全處輸入密碼,對賬號與密碼用子密鑰加密后,存于撥號器中;用戶在撥通銀行電話服務號碼后,按照語音提示,選擇服務內容,當要求輸入賬號和密碼時,將雙音頻聲音密碼撥號器對準電話聽筒,按動發(fā)送鍵,撥號器隨即發(fā)出經(jīng)加密后的用雙音頻聲音表示的賬號和密碼。為防止撥號器丟失而失密,要求使用完后關機,將所存密碼清除。由于采用了動態(tài)加密技術,對用戶的賬號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)必須長期處在連續(xù)工作狀態(tài)下。本單片機系統(tǒng)是一個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;其指令系統(tǒng)兼容51系列單片機。P87LPC764內部集成了很多非常有用的功能,如內部有4k字節(jié)EPROM、內部復位電路、內部RC振蕩器、內部掉電檢測、內部看門狗和內部比較器和鍵盤中斷等部件。相對于80C51單片機P87LPC76X單片機在降低功耗方面已經(jīng)大大地增強,首先它能在2.7V的電源電壓下工作,(當電壓從5V降低為3V時功耗將減少60%)。它還可以通過設置DIVM寄存器將MCU時鐘降低,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喚醒PowerDown模式。P87LPC764的掉電工作模式是通過將PCON寄存器的PD位置1實現(xiàn)的,在掉電模式下P87LPC764停止工作,此時消耗電流僅1μA。在8051單片機中,掉電模式喚醒只有復位,而P87LPC764可以通過能使某些中斷來喚醒,如可以使用鍵盤中斷來喚醒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電路中功率是開關頻率的函數(shù),較低的時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MCU內部的DIVM寄存器對MCU時鐘進行分頻而實現(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。當用戶輸入密碼并對之作了加密處理后,密碼撥號器進入了等待發(fā)送密碼狀態(tài),為減少功耗,我們在DIVM寄存中存入FFH,在用戶按動發(fā)送密碼鍵時,再將DIVM寄存中存入00H,使單片機全速工作。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作雙多音頻撥號器;目前有代表性的DTMF撥號器型號是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中,帶有與鍵盤的接口,不便與計算機連接。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。各引腳的功能說明如下:●CE:片選信號輸入端,低電平有效;●X1、X2:3.579545MHz晶振接入端;●VDD、VSS:電源正負輸入端,正常工作電壓范圍為2～5.5V,工作電流為2mA左右;待用時只有2μA;●CLK:串行數(shù)據(jù)的同步信號輸入端,fCLK為100kHz左右;●DATA:串行數(shù)據(jù)輸入端;●DTMF:DTMF信號輸出端。圖3所示為HT9200A的輸入輸出時序圖;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CE為低電平時選中芯片,在CLK的下降沿將串行口上的數(shù)據(jù)DATA鎖存。每個5位二進制碼數(shù)據(jù),控制DTMF發(fā)出不同的DTMF信號。當5位二進制碼數(shù)據(jù)均為1時,結束DTMF的發(fā)送。圖4是HT9200A驅動喇叭電路。DTMF信號經(jīng)8050射極跟隨電路的功率放大驅動喇叭。HT9200A功耗非常低,待機時只有2μA,工作時0.2～3Ma.從圖2可見DTMF輸出在不工作時輸出為0電平,這時驅動喇叭的8050中功率管無基極電流,因此待機時消耗電流幾乎為零。在有DTMF信號輸出時,DTMF輸出端DC電壓升高到(0.45～0.75)VDD,從而使8050有一個適當?shù)墓ぷ鼽c。有源器件工作點的電壓與電流的乘積是功率的函數(shù)。因此降低工作點的電壓與電流有助于減小功耗消耗。在本系統(tǒng)中,工作點過高或過低都會使DTMF信號失真,在不失真區(qū)間,工作點變化會影響功率消耗;但功率消耗下降,DTMF聲強也會減弱。實際調試結果,8050中功率管的基極電阻取1kΩ,能保證DTMF聲音