基于VHDL語(yǔ)言的智能撥號(hào)報(bào)警器的設(shè)計(jì)

介紹了以EDA技術(shù)作為開(kāi)發(fā)手段的智能撥號(hào)報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)基于VHDL語(yǔ)言，采用FPGA作為控制核心，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程防盜報(bào)警。該報(bào)警器具有體積小、可靠性高、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：VHDL語(yǔ)言 FPGA ASIC DTMF

　　目前，智能撥號(hào)報(bào)警器大多采用單片機(jī)作為控制核心，這種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)是硬件和軟件截然不同，設(shè)計(jì)中不可相互替代；而且硬件連線復(fù)雜，可靠笥較差。

　　硬件描述語(yǔ)言（VHDL）和可編程ASIC器件的廣泛應(yīng)用第一次打破了硬件和軟件的屏障。基于VHDL語(yǔ)言、以EDA技術(shù)作為開(kāi)發(fā)手段、采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA（Field Porogrammable Gate Array）作為控制核心實(shí)現(xiàn)的與電話線連接的智能撥號(hào)遠(yuǎn)程報(bào)警器，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比較，不僅簡(jiǎn)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(jìn)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(gè)功能模塊構(gòu)成：電話信號(hào)音識(shí)別模塊，DTMF收發(fā)時(shí)序仿真模塊和摘機(jī)/掛機(jī)控制模塊。3個(gè)模塊的功能分別為識(shí)別電話系統(tǒng)送來(lái)的信號(hào)音、控制DTMF撥號(hào)電路自動(dòng)撥號(hào)、控制摘掛機(jī)電路完成摘掛機(jī)操作。

　

2 PFGA功能模塊設(shè)計(jì)

　　智能撥號(hào)報(bào)警器的控制核心FPGA的三個(gè)功能模塊皆用VHDL語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)，下面主要介紹FPGA的三個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)。

2.1 電話信號(hào)音識(shí)別模塊JUDGE

　　信號(hào)音判斷的實(shí)現(xiàn)原理是：由于電話系統(tǒng)信號(hào)音的撥號(hào)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(shí)間上有明顯的差異（撥號(hào)音為450Hz±25Hz連續(xù)信號(hào)，忙音為 0.35s通0.35s斷，回鈴音為1s通4s斷）。要判斷信號(hào)音，首先應(yīng)將處理DTMF信號(hào)的MT8880芯片設(shè)置為呼叫處理模式，使電話呼叫過(guò)程中的各種信號(hào)音經(jīng)MT8880濾波、限幅后得到方波，并由MT8880的IRQ端輸出。然后對(duì)MT8880輸出的IRQ信號(hào)計(jì)數(shù)5秒，撥號(hào)音的計(jì)數(shù)下限為（450-25）×5=2125，計(jì)數(shù)上限為（450+25）×5=2375，即計(jì)數(shù)范圍為2125～2375。同理，忙音的計(jì)數(shù)范圍為 1041～1212，回鈴音的計(jì)數(shù)范圍為425～475，無(wú)信號(hào)音的計(jì)數(shù)應(yīng)為零。但在實(shí)際編程中，需要考慮一定的計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)誤差，并且使程序簡(jiǎn)化，因此采用不同信號(hào)音相鄰計(jì)數(shù)界限的中間值為區(qū)分不同的信號(hào)音。同時(shí)，為合理利用FPGA硬件資源，中間值應(yīng)盡量選為2的n次方(整數(shù))。最后設(shè)定為計(jì)數(shù)值大于 1792為撥號(hào)音，在1024～1791之間的忙音，在256～1023之間的回鈴音，小于255為無(wú)信號(hào)音。

　　基于此原理設(shè)計(jì)的信號(hào)音識(shí)別模塊JUDGE如圖2所示。

CLK為時(shí)鐘信號(hào)輸入端；IRQ與MT8880芯片的IRQ輸出端相連接，是IRQ信號(hào)的計(jì)數(shù)輸入端；PICK是摘機(jī)信號(hào)輸入端；BUSY為電話忙狀態(tài)標(biāo)志信號(hào)輸出端；DIAL是撥號(hào)使能信號(hào)端。該模塊的功能為：在摘機(jī)信號(hào)PICK產(chǎn)生大約1s后，即 MT8880芯片被設(shè)置為呼叫處理模式后啟動(dòng)該模塊。在該模塊的內(nèi)部，設(shè)置了兩個(gè)計(jì)數(shù)器。一個(gè)為對(duì)CLK時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，產(chǎn)生5s控制信號(hào)；另一個(gè)對(duì) IRQ送來(lái)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。兩個(gè)計(jì)數(shù)器由摘機(jī)信號(hào)PICK啟動(dòng)，5s后判斷第二個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。如果計(jì)數(shù)值大于1792，則說(shuō)明電話交換機(jī)系統(tǒng)處于可撥號(hào)的狀態(tài)，DIAL置為有效、BUSY置為無(wú)效，以觸發(fā)DTMF收發(fā)時(shí)序仿真模塊進(jìn)行撥號(hào)操作。否則，電話處于不可撥號(hào)的狀態(tài)，DIAL無(wú)效、BUSY有效，驅(qū)動(dòng)摘/掛機(jī)模塊產(chǎn)生掛機(jī)信號(hào)。撥號(hào)音識(shí)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;