摘  要：本装置以AT89C51为核心，在声音和文字双重提示下，实现个人身份验证。文中给出了软硬件的设计方法。
关键词：单片机；键盘；液晶屏；ISD25120芯片；串行通信

1   引言

信息安全能力将是21世纪综合国力、经济竞争实力和生存能力的象征。现在流行的各种安全技术，如防火墙技术、VPN技术、数据加密技术、网络入侵检测技术等，虽然解决了计算机系统安全不同方面的问题，然而如果不能可靠确认系统访问者的合法身份，那么其他安全措施就会形同虚设。因此可以说身份认证技术是计算机系统安全的基础。它在金融、户籍管理等系统中起着非常重要的作用。

图1为一个简单的身份认证系统模型。当用户需要访问系统资源时，系统将会要求其输入用户名和密码，系统将用户名和密码传送到服务器。由服务器将其和保存的用户信息比较，如果身份合法，则允许用户访问，否则拒绝访问。我们开发的身份认证装置是基于单片机的，下面将简要地介绍它的硬件和软件设计过程。

2   硬件设计

2.1硬件组成
本装置的总体设计思路为：采用上/下位机结构，上位机可以是普通的PC机，作为服务器；下位机采用单片机设计，作为客户端，其硬件电路包括复位电路、键盘输入模块、液晶显示模块、声音提示模块和串行通信模块五个部分。电路组成框图如图2所示。单片机采用ATMEL公司的AT89C51系列，因为该系列具有低功耗、高速等良好的性能，并拥有64KB的Flash，具有ISP功能。
2.2复位电路
当系统混乱时，主要对单片机和LCD进行复位。采用MAX707芯片，具体电路较简单。
2.3 键盘输入模块
 
        直接用P0口连接键盘，构成4X4矩阵式结构。它是本装置中用户输入信息的主要手段。

图2 硬件组成框图

图3 ISD25120硬件连接图

2.4液晶显示模块
LCD由于其良好的性能，已经取代LED，广泛应用于各种仪器仪表设备。考虑到本装置中需要对用户提示操作以及显示相关资料，我们采用SDEC公司的128X64点阵的LMG-SSC12J64系列，内置中文字库，可以显示图形、字符或合成显示，并且可以直接与单片机连接。现今国内生产LCD的厂商不多，其产品规格、电器性能基本相同，更多的资料可参看相关的说明文档。
2.5声音提示模块
为了确保操作的无误性，运用声音进行第二重的提示。本装置用到的ISD25120语音芯片是美国ISD公司生产的高保真录放一体化的单片固态语音集成电路，录放时间为120秒。可进行多段信息处理，可反复录音十万次，并且无需开发系统。图3为该语音芯片硬件连接图。ISD2500系列有六种操作模式，能够用最少的外部设备实现最大的功能。本装置采用M0和M4模式，M0用来快进到需要的某段信息，M4可连续地播放所有的信息。图中，信息结束输出端EOM为低时，标志一段信息的结束；给PD端一个正脉冲可以对地址进行复位；片选CE负脉冲使能芯片。
2.6串行通信模块
本装置中的上/下位机之间的数据传送采用异步串行方式。由于单片机的串行口是一个标准的TTL电平接口，而通常PC机配置的是RS-232C标准串行口，此处采用MAX232来解决电平转换问题。

3   软件设计

3.1主程序设计
 
主程序框图如图4所示。上位机传送的命令包括查询下位机是否在线、显示器开、显示器关、清屏、显示半字符、显示汉字、读键盘、取消读键以及发声提示。串行通信采用方式1，传送一帧信息为10位，包括一位起始位（0），8位数据位和1位停止位（1），无奇偶校验位；波特率为9600bps；采用中断方式来接收数据。下面，我们介绍几个重要的子程序模块。

图4 主程序流程图

3.2读键子程序
当收到读键命令后，循环扫描键盘直到有键闭合，或上位机取消读键。如果有键闭合，首先延时去抖动，再次扫描键盘，如仍有键闭合则计算键值并发送给上位机。
3.3显示子程序
首先对显示器进行初始化，将其功能设置为8位接口、2行显示方式，则第一行AC（DDRAM位址计数器）的起始地址为80H，第二行AC起始地址为90H。进入点设定为光标右移，AC加1。该LCD可显示02H-7FH的半宽英数字，而A1以上的编码将自动结合下一个元素，组成中文字型的编码。在送出一个指令之前并不检查BF标志位，而是采取在前一指令和当前指令中间延迟一端较长的时间。
3.4发声子程序
对ISD25120的编程采用M0和M4操作模式，从而省去了计算地址的麻烦。每次总是先对声音芯片进行复位，寻找到需要的信息段，进行放音。在M0方式下快进到需要的信息段的方法如下：（1）复位后给CE端加低脉冲；（2）等待直到EOM端为低，表示一段信息结束；（3）重复1、2，寻找到需要的信息段后结束循环。
对上位机的编程运用VB6.0，通过MSComm控件与AT89C51通信，具体程序不再详述。

4   结束语

本装置具备了身份认证系统的基本要素，能够通过用户口令等进行身份验证，并具有文字和声音双重提示功能，简单且实用。鉴于传统口令验证方法在安全方面的有限性，可在本装置的基础上增加指纹识别等生物识别技术，实现安全可靠的双因素身份认证系统。

参考文献

[1]  ISD公司. ISD data book: VoICe record and play back ICS. [S].
[2]  杨文龙. 单片机原理及应用[M]. 西安：西安电子科技大学出版社，1999.