基于fx224的手持对讲机设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于fx224的手持对讲机设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

XIV The Design of Handhold Interphone Based on FX224 Student : school of electronic information engineering Teacher: school of electronic information engineering [ABSTRACT] In this paper, I introduced the design of handheld walkietalkie voice signal rolling encryption which based on the 89C51 series microcontroller and the FX224 voice encryption chip. Introduces encryption, decryption principles and key generation, and according to the actual situation in a reasonable synchronization scheme to solve the synchronization problem of a walkietalkie in the encrypted call. Hardware and software design detailed, reasonable actual design has encountered a problem and the circuit parameters to do the labeling, the use protues of the functional modules do the simulation test. [Keywords]: FX224。 89C51。 handheld walkietalkie。 rolling encryption。 protues simulation test前言 第 1 页（共 31 页） 前言 随着时代的发展，信息保密也成为人们愈来愈关注的问题。 作为实时通讯手段，对讲机的保密性也成为客户在挑选产品是的标准。 国内对讲机多采用固定分割频加密信号，加密简单容易破解。 而国外则多采用跳变的分割频加密语音信号。 但国内已有 很多学者对对讲机加密方式做了改进，也有基于 FX224 的加密设计方案。 本次参考海军航空工程学院田伟等的《基于单片机的滚动加密电台设计》，并论证后设计采用 FX224 的微处理机模式进行信号加密，有保密性能强， 响应 快速，电路简单，易于操作的特点。 本文就设计的原理，步骤及设计完成后的仿真结果做了较详细的介绍。 经过仔细的论证和设计，能够达到任务书的要求。 第 2 页 （ 共 31 页 ） 第 1 章 绪 论 课题的背景与意义 对讲机的英文名称是 two way radio，它是一种双向移动通信工具，在不需要任何网络支持的情况下，就可以通话，没有话费产生，适用于相对固定且频繁通话的场合。 对讲机技术最早产生在二十年代，诞生 Westinghouse 的实验室里。 一位名叫 John Kermode 性格古怪的发明家“异想天开”地想对邮政单据实现自动分检，那时候对电子技术应用方面的每一个设想都使人感到非常新奇。 他的想法是在信封上做对讲机标记，对讲机中的信息是收信人的地址，就象今天的邮政编码。 为此 Kermode 发明了最早的对讲机标识，设计方案非常的简单，即一个“条”表示数字“ 1”，二个“条”表示数字“ 2”，以次类推。 然后，他又发明了由基本的元件组成的对讲机识读设备：一个 (能够发射光并接收反射光 )测定反射信号条和空的方法，即边缘定位线圈；和使用测定结果的方法，即译码器。 直到 1949 年的专利文献中才第一次有了 Norm Woodland 和 Bernard Silver 发明的全方位对讲机符号的记载，在这之前的专利文献中始终没有对讲机技术的记录，也没有投入实际应用的先例。 Norm Woodland 和 Bemard Silver 的想法是利用 Kermode和 YOung 的垂直的“条”和“空”，并使之弯曲成环状，非常象射箭的靶子。 这样通过扫描图形的中心，能够对对讲机符号解码，不管对讲机符号方向的朝向。 此后不久，随着 LED(发光二极管 )、微处理器和激光二极管的不断发展，迎来了新的标识符号 (象征学 )和其应用的大爆炸，人们称之为“对讲机工业”。 今天很少能找到没有直接接触过即快又准的对讲机技术的公司或个人。 由于在这一领域的技术进步与发展非常迅速，并且每天都有越来越多的应用领域被开发，用不了多久对讲机就会象灯泡和半导体收音机一样普及，将会使我们每一个人的生活都变得更加轻松和方便。 如今对讲机主要应用在公安、民航、运输、水利、铁路、制造、建筑、服务等行业，用于团体成员间的联络和指挥调度，以提高沟通效率和提高处理突发事件的快速反应能力。 随着对讲机进入民用市场，人们外出旅游、购物也开始越来越多地使用对讲机。 另外还 有一些特定场合使用的对讲机，如防爆对讲机、防水对讲机、警用对讲绪论 第 3 页（共 31 页） 机等。 车载台也可以纳入对讲机的使用范畴 现代通信中，通信的保密性已经成为 — 项基本的要求 ，如今国内 对讲机大多有CTCSS、 DTCSS 等私密功能，一般来讲，当对讲机设置这些私密功能后，不了解所用私线码是无法听到通话内容的，但这并非是真正意义上的语音保密。 因为它的保密功能非常有限，只对无意窃听者有用，而对有意窃听者是无用的。 对于需要有保密要求的用户是不能依靠“私密”线来做保密的。 所以研究更为安全便捷的保密方式是有必要的。 国内外研究状况及相关领域中已有的研究成果 通信系统的加密技术主要分为数字加密和模拟加密两种。 其中模拟加密技术因其加密的原理相对简单、加密的实现相对容易，在通信系统的话音加密方面一直得到广泛应用。 对话音的模拟加密可采用固定分割频带的倒频加密方式，目前国内对讲机大多采用这种方式。 这种加密方式虽然简单实用，但因其频带分割点单一，因而易于被破解，无法满足对加密功能要求较高的应用场合。 可变分割频带加密技术的应用，使得频带的分割点可以不断变化，加密的密钥可以程序控制，因而更加难以破解，从而可大大增强通信的安全性。 国外电 台则大多使用这一方式进行信号的加密。 对设计任务的分析与方案选择 FX224 有两种典型工作模式：单片模式和微处理。 单片模式是指采用单片 FX224 完成话音保密工作， 图 1为单片模式的典型应用， FX224 的外围电路十分简单。 在单片模式中， FX224 与电台的连接非常方便简单，只有 4 根话音信号线， 2 根控制线，以及电源，因此特别适合安装在手持机及各类型电台中，电台的改装也很方便，只需把接收发射话音信号、 PTT、电源端引出即可，十分适合现有电台的改造及其它话音保密场合的需要。 在单片模式中，密钥的总数为 32 种，可通过对 A0~A4 端（ 73 脚）接高电平或 图 1 FX224 的单片模式电路图 基于 FX224 的手持对讲机设计 第 4 页 （ 共 31 页 ） 低电平得到所需的密钥。 微处理机模式是指 FX224 与单片机配合使用，由单片机控制密钥在通话过程中不断变化，且变化的速率也可变，称为滚动式加（ rolling code），此时密钥可达无穷。 其应用框图如下 如今国内大多民用对讲机采用单片模式，其设计简单且密匙容易破解， 图中有一个同步电路，该电路完成收发双方密钥变换时的同步，以避免出现收发双方的密钥在同一时刻不一致，该同步电路由单片机控制，同时单片机还完成对FX224 各功能及密钥变换的控制。 在微处理机模式中，密钥的变换可达每分钟连续变化 1 000 次以上，这种加密方法称为滚动式加密，根据不同的算法，密钥的变化可达无穷，这种滚动式加密的保密性能极好，国外的不少电台就采用了这种加密方法。 单片模式应用简单，外围电路连接方便，但在通信过程中其密匙固定易于破解，且国内已有相应的产品；而微处理模式加密密匙多变，根据算法的不同密匙的变化可达无穷多个，这样加大了密匙破解的难度，提高了对讲机的保密性能。 因此在方案的选择上采用微处理机模式。 所以本次设计主要基于对 FX224 加密方式的了解，通过单片机控制并实现密码的滚动产生，其中最主要的是两对讲机间的密码同步问题。 预 期 结 果 采用 C51 单片机作为主控 CPU， FX224 作为加密模块，通过与单片机的控制，实现滚动加密的完成。 要求完成硬件模块的设计。 软件模块则主要是滚动加密模块。 密码个数 ，密匙周期为 ，传输距离 30m。 单片机 FX224 对讲机 同步电路 控制信号 语音信号 图 2 微处理型式应用框图 绪论 第 5 页（共 31 页） 论文的结构安排 本文基于本次毕业设计的过程与要求，将论文分为五章。 具体内容如下： 第 1 章 绪论 本章简单介绍了课题的研究背景、目的和意义，国内外发展现状和相关领域中已有的研究结果，该设计的预期结果和意义。 第 2 章 主控芯片及编程环境的介绍 本章介绍了本次毕业设计的主控芯片、对讲机基本原理及相应的编程环境，让我们熟悉了整个系统的调试方法。 第 3 章 硬件系统的设计与实现 本章介绍本课题硬件系统各部分电路的设计、实现，讲述了各模块的功能。 第 4 章软件 系统的设计与实现 本章根据系统的总方案，设计出程序的总流程图，并利用 C 语言编写相应的程序。 第 5 章系统的调试及实验结果 本章根据已有的软硬件，进行调试，得到的相应成果。 最后总结本论文，得出相关结论。 基于 FX224 的手持对讲机设计 第 6 页 （ 共 31 页 ） 第 2 章 主控芯片及编程环境的介绍 FX224 简介 FX224 是 CML 公司推出的 — 种具有 32 种可编程频带分割点的半双工话音加密芯片。 采用低功耗 CMOS 工艺， 有多个可连续变动的可变分离频带（ VSB），具有密钥多、保密度高、音质好，插入损耗为 0 dB，话音恢复质量相当优良，失真极小， FX224还具有省电 / 工作模式，保密 / 普通模式、这几种模式均为可选模式并可切换，使得FX224 的应用更为灵活方便。 其内嵌的 CTCSS(连续单音控制静噪系统 )高通滤波器可自动切换到接收或励羞通道，以兼容亚音频信令。 FX224 既可单独使用，也可与微处理器接口构成更高级的滚动式话音保密系统，性能远优于国内常 见的 AK2356 等 AK 系列话音保密器件；在国外， FX224 是作为高级通信保密器件用于跳频电台的保密通信，因而在国内较少见到。 FX224 芯片采用 1 MHz 时钟振荡器，其引脚如图所示。 其中， X1：时钟版荡器输入； X2：时钟振荡器输出； A0～ A4： ROM 地址码编程输入端； R/fx：接收 /发送通道选择控制： CLR：直通 /加密模式选择控制，逻辑“ 1”置器件为直通 (非加密 )模式，逻辑“ O”置器件为加密模式； EN／ MU：接收或发送信号通道的使能带音控制，逻辑“ l”使能信号通道，逻辑 “ 0” 关闭信号通道； Load：数据加载／锁存控制端；through：省电模式控制端，逻辑“ l”置为省电模式，逻辑 “ 0” 置为正常工作模式： Vss：电源地； Rx OUT：经过处理的接收话音信号输出； Tx OUT：经过处理的发送话音信号输出； VBIAS： Vdd／ 2偏压，该脚需对 Vss 接一外部去耦合电容； Rx IN：接收的话音信号输入端：HLPF OUT：高子带输入低通滤波器的输出，该端须通过电容 c6 连接到高子带平衡调图 3 FX224 引脚示意图 主控芯片及编程环境的介绍 第 7 页（共 31 页） 制器的输入端； HBM IN：高子 带平衡调制器的输入端； LBM IN：低子带平衡调制器的输入； TX 烈：发送的话音信号输入端； LLPF OUT：低子带输入低通滤波器的输出，该端须通过电容 C5连接到低子带平衡调制器的输入端呸 Vdd： +5 V 电源。 FX224 的工作原理： 加密基本原理是在发送端把原始信号按一定的规则加以改变，在接收端再按相反的规则把信号恢复到最初的状态。 分割频带加密是将话黼频谱分割为若干子带，然后按密钥将它们的次序打乱、倒频或不倒频后重新排列在原频谱位置。 FX224 采用的是可变分割频带加密技术。 加密时， FX224 首先按照其 ROM 收到的地址码，选择设定相应的频带分割点以及对应的高、低子带载频，然后通过使用截止频率 (一 3 dB)为 2 700Hz 的低通滤波器及截止频率 (一 3西 )为 2 900 Hz 的低通滤波器将输入的话音信号分割为高、低两个子带信号，再用所对应的高、低子带载频调制每个子带，进行频率倒相，最后再合成输出，从而完成话音信号的加密。 类似地可完成加密信号的解密。 a) 加密 假设在某种密钥情况下的载频为 和输入的单音频为 ，经过输入滤波后与 作用则有 :。 经过低通以后输出。 因为没有信号与 的作用，所以 ，且。