摘 要：提出了一種以CPLD芯片作為控制核心的智能報警系統(tǒng)。系統(tǒng)主要通過檢測電路、DTMF撥號電路、VHDL語言編寫的邏輯硬件電路實現(xiàn)報警。利用EDA技術(shù)進行系統(tǒng)設(shè)計，外圍器件少，結(jié)構(gòu)簡單，升級和維護方便。通過邏輯仿真，驗證了系統(tǒng)設(shè)計的可行性和穩(wěn)定性，具有實用價值。
關(guān)鍵詞： CPLD； DTMF； VHDL； EDA

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，個人安全和財產(chǎn)安全越來越被人們重視。為了不受到傷害和損失，就需要有安全的報警系統(tǒng)。現(xiàn)在的報警系統(tǒng)多數(shù)是以單片機作為主控制器,連線復(fù)雜,可靠性和穩(wěn)定性不高[1-2]。針對以上不足，本文利用EDA技術(shù)對報警系統(tǒng)進行設(shè)計，系統(tǒng)以CPLD芯片作為控制核心，采用VHDL語言硬件描述來實現(xiàn)遠(yuǎn)程的智能報警，結(jié)構(gòu)和接口簡單，工作可靠性高。
1 系統(tǒng)原理和組成
系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。系統(tǒng)由兩部分組成：外圍電路和CPLD控制電路。外圍電路包括檢測電路、語音電路、DTMF撥號電路、摘機/掛機電路、時鐘頻率電路、電源電路。CPLD控制電路包括電話信號音檢測模塊、雙音多頻信號DTMF收發(fā)時序模塊和摘機/掛機控制模塊。外圍電路和CPLD控制電路相協(xié)同來實現(xiàn)系統(tǒng)的報警。

系統(tǒng)工作原理：當(dāng)有人非法進入室內(nèi)時，檢測電路中的傳感器便采集到入侵信號，入侵信號會啟動摘機/掛機控制模塊控制摘掛機電路實現(xiàn)電話摘機。摘機后，電話信號音檢測模塊識別電話系統(tǒng)的狀態(tài)是否處于可撥號狀態(tài)。如果是,則DTMF收發(fā)時序模塊控制DTMF撥號電路以雙音頻DTMF方式撥預(yù)定的電話號，語音電路播放所要報警的報警信息；否則，通過摘機/掛機控制模塊控制掛機電路實現(xiàn)電話掛機，延時后再撥。
系統(tǒng)中檢測、DTMF撥號、摘機/掛機等功能使用硬件電路來實現(xiàn)，電話語音識別、DTMF收發(fā)時序、摘機/掛機控制等功能使用軟件編程來實現(xiàn)。
2 系統(tǒng)外圍電路
2.1 檢測電路
本系統(tǒng)采用熱釋電紅外傳感器P228進行探測[3]，檢測電路如圖2所示。當(dāng)有人進入時，P288檢測到的信號經(jīng)C11高頻濾波直接輸入到放大器IC1進行低噪聲、高穩(wěn)定放大。當(dāng)IC1輸出電壓高于IC2的基準(zhǔn)電壓時, IC2也輸出高電平,驅(qū)動光電隔離器4N25導(dǎo)通，輸出入侵信號EN，作為報警系統(tǒng)的啟動信號提供給主控電路。

2.2 語音電路
語音電路用于錄制和播放所要報警的語音信號或其他報警信息，相應(yīng)信息可由用戶預(yù)先設(shè)定并可隨時修改。本系統(tǒng)中的語音電路選用語音錄放芯片APR9600。錄音時外部音頻信號經(jīng)芯片APR9600內(nèi)部具有自動增益調(diào)節(jié)的話筒放大器放大，由內(nèi)部濾波器和采樣電路處理后存入專用快閃存儲器Flash RAM中。放音時芯片內(nèi)部邏輯電路從Flash RAM 中取出信號，經(jīng)過一個低通濾波器送到功率放大器，然后經(jīng)音頻功率放大器放大后輸送到電話線路上，電路如圖3所示。

2.3 DTMF撥號電路和摘機/掛機電路
DTMF撥號電路是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它的運行狀態(tài)決定了系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)采用專用雙音頻解碼集成芯片MT8880，MT8880是專門用于處理DTMF信號的專用集成電路，具有接收和發(fā)送該信號的雙重功能，其電路如圖4所示。MT8880以1、2腳IN+、IN-作為DTMF的輸入端，對應(yīng)內(nèi)部一個差分放大器，可以雙端輸入，又可單端輸入，本電路采用單端輸入。8腳是DTMF信號的輸出端，主控電路將預(yù)先存儲的電話號碼通過數(shù)據(jù)線D0～D3送入MT8880內(nèi)部的數(shù)據(jù)緩沖器，此時RS和R_W都是低電平,數(shù)據(jù)寫入TDR,再通過內(nèi)部線路處理，利用D/A變換，在電路選通CS=0時，從8腳輸出標(biāo)準(zhǔn)的DTMF信號。MT8880輸出的DTMF信號不能直接與電話線連接，因為36 V左右的電話線空載電壓極易燒毀MT8880，故在它們之間通過一個放大器與電話線路相接，此放大器可以用運放也可以用分立電路,圖4為分立電路。
摘機/掛機電路主要由Q1、Q2、D1、R12構(gòu)成，利用Q1和Q2的截止和飽和起到開關(guān)作用，從而實現(xiàn)摘機和掛機。
DTMF撥號電路和摘機/掛機電路的工作過程：當(dāng)需要向電話網(wǎng)發(fā)送預(yù)先存儲的電話號碼時，PICK=1，通過D1和R12使Q1和Q2處于飽和狀態(tài)。從電話線TIP和RING兩端來的電壓使Q3和Q4得到正常偏置處于放大狀態(tài)，此時R_W=0。使MT8880的CS=0，芯片被選中，DTMF信號從MT8880的8腳輸出，經(jīng)過R14、C18送到Q3的基極，經(jīng)Q3、Q4的放大后從電話線路輸出，此時發(fā)光管LED點亮顯示發(fā)送狀態(tài)，平時非發(fā)送狀態(tài)時，PICK=0，Q1、Q2、Q3、Q4處于截至狀態(tài)，CS=1，MT8880不能被選中，它的8腳內(nèi)部電路處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，電路與電話線隔離，不影響正常電話機的使用。接口電路由電話線電壓供電，平時36 V左右，工作時為9 V。
2.4 時鐘頻率電路
時鐘頻率電路由555定時器和外接元件R3、RP1、C6構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連，如圖5所示。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，且不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過R3、RP1向C6充電，以及C6通過RP1向放電端放電，使電路產(chǎn)生振蕩，從而在輸出端為主控電路提供1.1 kHz 的時鐘頻率。

3 CPLD的系統(tǒng)設(shè)計和邏輯仿真
　 系統(tǒng)控制核心CPLD的三個控制模塊都是采用VHDL語言編程來實現(xiàn)的[4-5]，其中電話信號音檢測模塊DJF1用來檢測公用電話網(wǎng)絡(luò)傳遞的語音信號，摘機/掛機控制模塊DJF2用來控制摘機/掛機電路，實現(xiàn)電話的接通和關(guān)斷，DTMF收發(fā)時序模塊DJF3控制DTMF撥號電路自動撥打預(yù)先設(shè)定好的電話號碼。系統(tǒng)的主程序流程圖如圖7所示。