基于VHDL語言的智能撥號報警器的設計

介紹了以EDA技術(shù)作為開發(fā)手段的智能撥號報警系統(tǒng)的實現(xiàn)。本系統(tǒng)基于VHDL語言，采用FPGA作為控制核心，實現(xiàn)了遠程防盜報警。該報警器具有體積小、可靠性高、靈活性強等特點。

　　關(guān)鍵詞：VHDL語言 FPGA ASIC DTMF

　　目前，智能撥號報警器大多采用單片機作為控制核心，這種傳統(tǒng)設計方法的特點是硬件和軟件截然不同，設計中不可相互替代；而且硬件連線復雜，可靠笥較差。

　　硬件描述語言（VHDL）和可編程ASIC器件的廣泛應用第一次打破了硬件和軟件的屏障。基于VHDL語言、以EDA技術(shù)作為開發(fā)手段、采用現(xiàn)場可編程門陣列FPGA（Field Porogrammable Gate Array）作為控制核心實現(xiàn)的與電話線連接的智能撥號遠程報警器，與傳統(tǒng)設計相比較，不僅簡化了接口和控制，提供了系統(tǒng)的整體性能和工作可靠性，也為進一步提高系統(tǒng)集成創(chuàng)造了條件。

1 系統(tǒng)原理及組成

　　系統(tǒng)組成原理框圖如圖1所示。系統(tǒng)的控制核心是一片F(xiàn)PGA芯片，它由3個功能模塊構(gòu)成：電話信號音識別模塊，DTMF收發(fā)時序仿真模塊和摘機/掛機控制模塊。3個模塊的功能分別為識別電話系統(tǒng)送來的信號音、控制DTMF撥號電路自動撥號、控制摘掛機電路完成摘掛機操作。

　

2 PFGA功能模塊設計

　　智能撥號報警器的控制核心FPGA的三個功能模塊皆用VHDL語言編程實現(xiàn)，下面主要介紹FPGA的三個功能模塊的設計。

2.1 電話信號音識別模塊JUDGE

　　信號音判斷的實現(xiàn)原理是：由于電話系統(tǒng)信號音的撥號音、回鈴音和忙音的音源頻率均為450Hz(±25Hz)的正弦波，只是斷續(xù)比不同且在時間上有明顯的差異（撥號音為450Hz±25Hz連續(xù)信號，忙音為 0.35s通0.35s斷，回鈴音為1s通4s斷）。要判斷信號音，首先應將處理DTMF信號的MT8880芯片設置為呼叫處理模式，使電話呼叫過程中的各種信號音經(jīng)MT8880濾波、限幅后得到方波，并由MT8880的IRQ端輸出。然后對MT8880輸出的IRQ信號計數(shù)5秒，撥號音的計數(shù)下限為（450-25）×5=2125，計數(shù)上限為（450+25）×5=2375，即計數(shù)范圍為2125～2375。同理，忙音的計數(shù)范圍為 1041～1212，回鈴音的計數(shù)范圍為425～475，無信號音的計數(shù)應為零。但在實際編程中，需要考慮一定的計時計數(shù)誤差，并且使程序簡化，因此采用不同信號音相鄰計數(shù)界限的中間值為區(qū)分不同的信號音。同時，為合理利用FPGA硬件資源，中間值應盡量選為2的n次方(整數(shù))。最后設定為計數(shù)值大于 1792為撥號音，在1024～1791之間的忙音，在256～1023之間的回鈴音，小于255為無信號音。

　　基于此原理設計的信號音識別模塊JUDGE如圖2所示。

CLK為時鐘信號輸入端；IRQ與MT8880芯片的IRQ輸出端相連接，是IRQ信號的計數(shù)輸入端；PICK是摘機信號輸入端；BUSY為電話忙狀態(tài)標志信號輸出端；DIAL是撥號使能信號端。該模塊的功能為：在摘機信號PICK產(chǎn)生大約1s后，即 MT8880芯片被設置為呼叫處理模式后啟動該模塊。在該模塊的內(nèi)部，設置了兩個計數(shù)器。一個為對CLK時鐘信號進行計數(shù)，產(chǎn)生5s控制信號；另一個對 IRQ送來的脈沖進行計數(shù)。兩個計數(shù)器由摘機信號PICK啟動，5s后判斷第二個計數(shù)器的計數(shù)值。如果計數(shù)值大于1792，則說明電話交換機系統(tǒng)處于可撥號的狀態(tài)，DIAL置為有效、BUSY置為無效，以觸發(fā)DTMF收發(fā)時序仿真模塊進行撥號操作。否則，電話處于不可撥號的狀態(tài)，DIAL無效、BUSY有效，驅(qū)動摘/掛機模塊產(chǎn)生掛機信號。撥號音識別的部分VHDL程序如下：

process(irq,pick,stop)

variable cnt:integer;

constant lm_1792:integer:=1792;

begin

if(pick=‘0’);

dial=‘0’;

cnt:=0;