雙音多頻檢測(cè)模塊設(shè)計(jì).

1、四川師范大學(xué)成都學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)雙音多頻檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)學(xué)生；胡小林指導(dǎo)教師：段恒利內(nèi)容摘要：電話撥號(hào)有兩種，脈沖和音頻，所謂音頻也稱雙音多頻（ DTMF信 號(hào)的撥號(hào)方式，雙音多頻既是電話撥號(hào)時(shí)每按一個(gè)鍵， 有兩個(gè)音頻頻率疊加成一 個(gè)雙音頻信號(hào)，十二個(gè)按鍵由七個(gè)音頻頻率區(qū)分。雙音多頻信號(hào)（DTMF，電話系統(tǒng)中電話機(jī)與交換機(jī)之間的一種用戶信令，通常用于發(fā)送被叫號(hào)碼。在使用雙音多頻信號(hào)之前，電話系統(tǒng)中使用一連串的斷續(xù)脈沖來(lái)傳送被叫號(hào)碼，稱為脈沖撥號(hào)。脈沖撥號(hào)需要電信局中的操作員手工完成長(zhǎng)途接續(xù)。雙音多頻信號(hào)是貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明的，其目的是為了自動(dòng)完成長(zhǎng)途呼叫。雙音多頻的撥號(hào)鍵盤是4X 4的矩陣，每一行代表

2、一個(gè)低頻，每一列代表一個(gè)咼頻。每按一個(gè)鍵就發(fā)送一個(gè)咼 頻和低頻的正弦信號(hào)組合，比如1相當(dāng)于697和1209赫茲（Hz）。交換機(jī)可以解 碼這些頻率組合并確定所對(duì)應(yīng)的按鍵。本設(shè)計(jì)主要采用8870以及外圍電路完成雙音多頻的檢測(cè)，DTMF（雙音頻）編譯碼技術(shù)普遍用于程控電話系統(tǒng)，由于其功耗低、抗噪擾性能好、外圍元件少， 可與各種載體配用。碼容量大，可自動(dòng)控制也可鍵盤控制，能方便地與各類傳感 器接口，輸出可通過(guò)數(shù)碼管顯示，也可驅(qū)動(dòng)光耦合器、繼電器及可控硅等，因此 近年來(lái)也被廣泛應(yīng)用于工業(yè)遙控遙測(cè)、家電自動(dòng)控制、舞臺(tái)燈光、集群報(bào)警、多 路尋呼等技術(shù)領(lǐng)域。本文介紹的 DTMF僉測(cè)電路。關(guān)鍵詞：DTMT產(chǎn)生電

3、路檢測(cè)模塊8870DCDesign for vending machines PLC systemAbstract： There are two kinds of teleph one dial-up, pulse and audio,audio so-called also called dual tone multiple freque ncy (DTMF) sig nal way of dial-up, dual tone multiple freque ncy is when the teleph one dial-up every press a key, there are two

4、 audio stack in to a double audio freque ncy sig nal, twelve keys by seve n audio freque ncy. Dual tone multi-freque ncy(DTMF) sig nal, the telepho ne system in the teleph one switch betwee n a user and signaling,usually called number to send. Before using the dual tonemultiple freque ncy sig nal, t

5、he teleph one system used in a series of intermittent pulse to transfer was called number, called pulse dialing.Dial pulse n eed operator manu ally Ion g-dista nee succeeded in telecom muni eatio n bureau. Dual tone multiple freque ncy sig nal was inven ted by bell LABS, its purpose is to automatica

6、lly complete the long dista nee call. Dual tone multiple freque ncy dial key .Keywords: DTMT produce 8870 dc circuit detection module20目錄前言 41 雙音多頻（DTMF信號(hào)的設(shè)計(jì) 41.1 設(shè)計(jì)目的及意義 41.2 雙音多頻（DTMF信號(hào)的組成 51.3 DTM信號(hào)的應(yīng)用 61.4 仿真軟件介紹 71.4.1 PROTEL 軟件概述 71.4.2 MATLAB 軟件概述 81.5 電路設(shè)計(jì)中的核心器件 81.5.1 MT8870 81.5.2 MT8870 在

7、 DTMF中的應(yīng)用91.5.3 MC74HC4511 101.6 主要參數(shù)設(shè)置 102 雙音多頻（DTMF信號(hào)的產(chǎn)生與檢測(cè) 112.1雙音多頻信號(hào)的產(chǎn)生 112.2 雙音多頻信號(hào)檢測(cè) 132.3 MATLA工具箱函數(shù) GOERTZEL 143 雙音多頻（DTMF信號(hào)的仿真 143.1 DTM信號(hào)方針 153.2 仿真程序運(yùn)行結(jié)果 164 總結(jié) 18參考文獻(xiàn)： 20雙音多頻檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)刖言雙音多頻DTMF( Dual Tone Multi-Frequency )信令，就是用兩個(gè)頻率行頻和列頻來(lái)表示電話機(jī)鍵盤上的一個(gè)數(shù)字。 雙音多頻信號(hào)是音頻電話中的撥號(hào) 信號(hào)，由美國(guó)AT&T貝爾公司實(shí)驗(yàn)室研制，并

8、用于電話網(wǎng)絡(luò)中。這種信號(hào)制式具 有很高的撥號(hào)速度，且容易自動(dòng)監(jiān)測(cè)識(shí)別，很快就代替了原有的用脈沖計(jì)數(shù)方式 的撥號(hào)制式。逐漸在全世界范圍內(nèi)使用在按鍵式電話機(jī)上，這種雙音多頻信號(hào)制式不僅用在電話網(wǎng)絡(luò)中，還可以用于傳輸十進(jìn)制數(shù)據(jù)的其它通信系統(tǒng)中，用于電子郵件和銀行系統(tǒng)中。這些系統(tǒng)中用戶可以用電話發(fā)送DTMF言號(hào)選擇語(yǔ)音菜單進(jìn)行操作。作為實(shí)現(xiàn)電話號(hào)碼快速可靠傳輸?shù)囊环N技術(shù)，它具有很強(qiáng)的抗干擾能力和較高的傳輸速度，因此，可廣泛用于電話通信系統(tǒng)中。但絕大部分是用作電 話的音頻撥號(hào)。另外，它也可以在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中廣泛地用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)流和 語(yǔ)音等信息的遠(yuǎn)程傳輸。近年來(lái)DTMF也應(yīng)用在交互式控制中，諸如語(yǔ)言菜單

9、、語(yǔ)言郵件、電話銀行和ATM終端等。通過(guò)軟件產(chǎn)生與檢測(cè) DTM信令，是一項(xiàng)較 有價(jià)值的工程應(yīng)用。這是一種技術(shù)，就是電話機(jī)上的一個(gè)按鍵按下去時(shí)， 電話機(jī) 向交換機(jī)同時(shí)發(fā)送兩個(gè)頻率的信號(hào)， 告訴交換機(jī)按的是哪個(gè)按鍵，以前采用脈沖 方式，速度慢，一共有8個(gè)頻率的音頻信號(hào)，分為2組，每組4個(gè)，兩兩組合共 可以代表16個(gè)按鍵，分別代表0-9、#、*等按鍵。1雙音多頻(DTMF信號(hào)的設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)目的及意義雙音多頻信號(hào)(DTMF是電話系統(tǒng)中電話機(jī)與交換機(jī)之間的一種用戶信令， 通常用于發(fā)送被叫號(hào)碼。雙音多頻信號(hào)是貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明的，其目的是為了自 動(dòng)完成長(zhǎng)途呼叫。電話撥號(hào)有兩種，脈沖和音頻，所謂音頻也稱雙音

10、多頻(DTMF信號(hào)的撥號(hào)方式，雙音多頻既是電話撥號(hào)時(shí)每按一個(gè)鍵，有兩個(gè)音頻頻率疊加成一個(gè)雙音 頻信號(hào)，十二個(gè)按鍵由七個(gè)音頻頻率區(qū)分。在使用雙音多頻信號(hào)之前，電話系 統(tǒng)中使用一連串的斷續(xù)脈沖來(lái)傳送被叫號(hào)碼，稱為脈沖撥號(hào)。脈沖撥號(hào)需要電 信局中的操作員手工完成長(zhǎng)途接續(xù)。雙音多頻的撥號(hào)鍵盤是4X4的矩陣，每一 行代表一個(gè)低頻，每一列代表一個(gè)咼頻。每按一個(gè)鍵就發(fā)送一個(gè)咼頻和低頻的 正弦信號(hào)組合，比如1相當(dāng)于697和1209赫茲(Hz)。交換機(jī)可以解碼這些頻率 組合并確定所對(duì)應(yīng)的按鍵。本次課設(shè)的目的就是通過(guò)學(xué)習(xí)和掌握現(xiàn)代交換原理 的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè)雙音多頻檢測(cè)模塊并對(duì)電路進(jìn)行仿真，綜合應(yīng)用所學(xué)知 識(shí)，進(jìn)

11、行一次比較全面的訓(xùn)練，為今后的學(xué)習(xí)和工作積累經(jīng)驗(yàn)。此外，該題目還涵蓋了通信原理、電路分析、交換原理等主要 課程的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生通過(guò)該題目的設(shè)計(jì)過(guò)程，可以初步掌握DTMF編/解碼技術(shù)原理和相關(guān)電路設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)原理，得到系統(tǒng)的訓(xùn)練，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能 力。1.2 雙音多頻(DTMF信號(hào)的組成雙音多頻信號(hào)作為實(shí)現(xiàn)電話號(hào)碼快速可靠傳輸?shù)囊环N技術(shù)，它具有很強(qiáng)的抗干擾能力和較高的傳輸速度，因此，廣泛應(yīng)用于電話通信系統(tǒng)中。近年來(lái)， 雙音多頻信號(hào)也應(yīng)用在交互式控制中，如在語(yǔ)言控制、語(yǔ)言郵件、電話銀行和ATM終端等的應(yīng)用。一般電話的撥號(hào)鍵盤就是一個(gè)雙音多頻信號(hào)發(fā)生器，它的構(gòu)成和形式如圖1.1_1所示。_R0HzW

12、lHz圖1.2-1雙音多頻鍵盤組成圖圖雙音頻撥號(hào)電話當(dāng)人們按下某一個(gè)按鍵時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一組特定的雙音信號(hào)， 稱為雙音多頻信號(hào)，電話交換機(jī)會(huì)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)兩個(gè)單音頻率來(lái)識(shí) 別所按下的號(hào)碼。將電話撥號(hào)盤上的數(shù)字09和兩個(gè)標(biāo)有“*”和“#”的特殊按鈕進(jìn)行頻率分配，如圖1.2-2所示。包括兩個(gè)頻率低頻段包括的頻率是697Hz, 770Hz, 852Hz和941Hz,稱為行頻。咼頻段內(nèi)含的頻率1209Hz ,1336Hz 1477Hz, 1633Hz,稱為列頻，它們可頻率分配構(gòu)成 16種頻率組合， 每一種組合由一對(duì)正弦頻率信號(hào)唯一確定。其中第四列1633Hz對(duì)應(yīng)的按鍵目前并沒(méi)有使用，留待將來(lái)擴(kuò)展使用

13、行1209Hz1336Hz1477Hz1633Hz697Hz123A770Hz456B852Hz789C941Hz*0#D圖1.2-2雙音多頻撥號(hào)的頻率分配圖1.3 DTMF信號(hào)的應(yīng)用DTMF信號(hào)即雙音多頻信號(hào),最先用于程控電話交換系統(tǒng)來(lái)代替號(hào)盤脈沖信號(hào)，如圖1.3-1所示：主叫用戶祓叫用戶圖1.3-1 DTMF用于撥號(hào)系統(tǒng)圖主叫用戶摘機(jī)按鍵撥號(hào)后，電話號(hào)碼所對(duì)應(yīng)的DTMF言號(hào)通過(guò)電話線傳到程控交換機(jī)中的DTMF受電路，交換機(jī)中的微機(jī)識(shí)別被叫電話號(hào)碼后，接通主被 叫用戶實(shí)現(xiàn)雙方通話。DTM信號(hào)還用于自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果把 DTMF勺發(fā)送電路用于主控系統(tǒng)，接 受電路用于被控系統(tǒng)，就可以方便地組成有

14、線或無(wú)線通信系統(tǒng)，如圖圖1.3-2所示，其通道數(shù)視需要而定，16通道以內(nèi)每通道只需編一位號(hào)碼即可，若需要 更多通道，則可象電話號(hào)碼編號(hào)一樣編為兩位或兩位以上的號(hào)碼。被控系統(tǒng)主控系統(tǒng)圖1.3-2 DTMF用于控制系統(tǒng)圖1.4仿真軟件介紹1.4.1 PROTEL軟件概述PROTE是PORTE公司在80年代末推出的EDA軟件，在電子行業(yè)的 CAD軟 件中，它當(dāng)之無(wú)愧地排在眾多 EDA軟件的前面，是電子設(shè)計(jì)者的首選軟件，它 較早就在國(guó)內(nèi)開(kāi)始使用，在國(guó)內(nèi)的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門 開(kāi)設(shè)了課程來(lái)學(xué)習(xí)它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電 子設(shè)計(jì)人才時(shí)在其條件欄上常會(huì)寫著要求會(huì)使

15、用PROTEJL早期的PROTEI主要作為印制板自動(dòng)布線工具使用，運(yùn)行在DOS境，對(duì)硬件的要求很低，在無(wú)硬盤286機(jī)的1M內(nèi)存下就能運(yùn)行，但它的功能也較少，只 有電原理圖繪制與印制板設(shè)計(jì)功能，其印制板自動(dòng)布線的布通率也低，而現(xiàn)今 的PROTEE發(fā)展到PROTEL9（網(wǎng)絡(luò)上可下載到它的測(cè)試板），是個(gè)龐大的EDA軟件，完全安裝有200多M,它工作在WINDOWS環(huán)境下，是個(gè)完整的板級(jí)全方 位電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它包含了電路原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號(hào)仿 真、多層印制電路板設(shè)計(jì)（包含印制電路板自動(dòng)布線）、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、 圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Serv

16、er（客戶/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)還兼容一些其它設(shè)計(jì)軟件的文件格式，如ORCA，PSPICE EXCEL等，其多層印制線路板的自動(dòng)布線可實(shí)現(xiàn)高密度PCB的100%布通率。在國(guó)內(nèi)PROTE軟件較易買到，有關(guān) PROTE軟件和使用說(shuō)明的書(shū)也有很 多，這為它的普及提供了基礎(chǔ)。想更多地了解PROTEL的軟件功能或者下載PROTEL9的試用版，可以在INTERNE上。142 MATLAB軟件概述MATLAB!矩陣實(shí)驗(yàn)室(Matrix Laboratory )的簡(jiǎn)稱，是美國(guó) MathWorks公 司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算 的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括

17、 MATLA和口 Simulink兩大部分。MATLAB!由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交 互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化 以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗 環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提 供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(如C、Fortran )的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。MATLA和 Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用 軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MA

18、TLA列以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì) 算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析 等領(lǐng)域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形 式十分相似，故用MATLA來(lái)解算問(wèn)題要比用C, FORTRAN語(yǔ)言完成相同的事情 簡(jiǎn)捷得多，并且MATLA也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn),使MATLA成為一個(gè)強(qiáng) 大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C, FORTRANC+，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的 MA

19、TLA愛(ài)好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直 接進(jìn)行下載就可以用。1.5 電路設(shè)計(jì)中的核心器件1.5.1 MT8870MT8870音調(diào)譯碼器(Tone Decoder)是MITEL公司所開(kāi)發(fā)生產(chǎn)為一顆常用 復(fù)頻譯碼IC,這個(gè)電路可以接收DTMF信號(hào)，是一個(gè)完整的DTMF接收器。它接收了 DTMF信號(hào)后，內(nèi)部將信號(hào)分成高頻帶和低頻帶，并將此信號(hào)送至數(shù)字譯 碼器，然后將訊號(hào)送至數(shù)字譯碼器以解出按鍵值，接著將解出的按鍵值以二進(jìn)制的方式以四條線（Q1、Q2 Q3 Q4）輸出到外部共享 Bus上，其MT8870接腳 說(shuō)明如表1及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2。值得一提的是，當(dāng)MT8870解出一個(gè)按鍵值且輸 出到外部時(shí)

20、，其STD接腳會(huì)由低態(tài)升為高態(tài)，經(jīng)一段時(shí)間后再降為低態(tài)，我們 便可利用此特點(diǎn)偵測(cè)到此腳有訊號(hào)時(shí)便馬上將Q1-Q4接腳所產(chǎn)生的值讀入CPU然后解出電話的按鍵值。R7R8VCC1 00 KC30.1 g信號(hào)輸入100 KY13.5 795 45MGSVDDIN-St/GT，OSC1EStQ4Q3Q2OSC2Q1INHStDPWDNTOEVSSVRefIN+31 821 7781MT8 87016 R956941 312TT1 51 0 11 4 100K IN5C40.1 g74LS0 42 IN1IN4IN3IN2圖1.511-1 MT8870 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1.5.2 MT8870 在 DTMF中

21、的應(yīng)用MT8870組成收號(hào)電路，它的輸入為來(lái)自模擬用戶接口雙音多頻信號(hào)，輸出 為4位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，供處理器從數(shù)據(jù)總線讀入。MT8870勺功能模塊圖見(jiàn)圖2。其收號(hào)過(guò)程如下：模擬信號(hào)從 IN-腳引入后，經(jīng)雙音濾波器初步濾除帶外 干擾信號(hào)，隨后，此濾出信號(hào)在經(jīng)高群濾波器和低群濾波器分別濾出其中的高 頻和低頻分量，這兩種分量分別通過(guò)過(guò)零檢測(cè)后送給數(shù)字檢測(cè)計(jì)算電路；該電 路對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，能排除外部噪聲因偶然含有默寫特定頻率而 被編碼器編碼，或則影響編碼器的編碼，從而引起后續(xù)的收號(hào)錯(cuò)誤。當(dāng)高、低 頻組信號(hào)同時(shí)被編碼器測(cè)到時(shí)，ESt腳將輸出高電平作為有效檢測(cè) DTMF信號(hào)的 標(biāo)志，而當(dāng) DTMF

22、信號(hào)消失時(shí)，ESt腳將輸出低電平。為了防止外部噪聲被 MT8870誤編碼，編碼器要求被編碼的音頻信號(hào)能維持一段時(shí)間，這段時(shí)間由外部的一個(gè)RC電路來(lái)決定。如前所述，當(dāng)音頻信號(hào)被檢測(cè)到時(shí)。ESt輸出高電平l，電容放電，VC上的電壓值上升（假設(shè)信號(hào)在整個(gè)要求時(shí)間內(nèi)部存在），VC升 到一個(gè)門限值VTST時(shí)，該音頻信號(hào)被編碼，變成了數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)將被 鎖存起來(lái)，此時(shí)，GT就為高，使VC點(diǎn)的電壓由門限值升到 VDD此后，只要 ESt仍保持為高，GT就為高，外部的RC電路回到初始狀態(tài)，隨后，經(jīng)過(guò)一段鎖 存操作引起的延時(shí)后，StD腳輸出高電平，表示信號(hào)鎖存完畢。這時(shí)，外部期 間若要從D1 D4上讀這四位

23、編碼，應(yīng)使 TOE為高，打開(kāi)鎖存器，這就完成了 DTMF勺收號(hào)任務(wù)。1.5.3 MC74HC4511雙列16腳封裝，BCD-7段鎖存或譯碼或驅(qū)動(dòng)器，它將輸入 BCD標(biāo)準(zhǔn)代碼變 換成驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管所需的碼信號(hào)。它又稱四線一七段鎖存譯碼器，其中四線 A-D為BCD碼輸入端，高電平有效，A為低位輸入端，D為高位輸入端，七段a-g 輸出高電平以驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管發(fā)光，LE為鎖存控制端，高電平時(shí)能夠鎖存輸 入的BCD碼，LT為燈側(cè)試反相控制端，BI為消隱反相控制端。MC74HC451芯片 引腳結(jié)構(gòu)如圖1.5.3-1所示。1 -1BJ162Cf一 is3YLTg144 YbTa135 nLEb126 Dc1

24、17Ad108Ve9圖 1.531 MC74HC4511 引腳圖1.6 主要參數(shù)設(shè)置檢測(cè)DTMF言號(hào)的DFT參數(shù)選擇DFT檢測(cè)模擬DTMF言號(hào)所含有的兩個(gè)音頻頻率，是一個(gè)用 DFT對(duì)模擬信號(hào) 進(jìn)行頻譜分析的問(wèn)題。根據(jù)第三章用DFT對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行譜分析的理論，確定三個(gè)參數(shù)：（1）采樣頻率Fs， （ 2）DFT的變換點(diǎn)數(shù)N,（ 3）需要對(duì)信號(hào)的觀 察時(shí)間的長(zhǎng)度Tp。這三個(gè)參數(shù)不能隨意選取，要根據(jù)對(duì)信號(hào)頻譜分析的要求進(jìn) 行確定。這里對(duì)信號(hào)頻譜分析也有三個(gè)要求：（1）頻率分辨率，（2）譜分析的頻譜范圍，（3）檢測(cè)頻率的準(zhǔn)確性。確定 Fs = 8KHz N= 205，Tp -40mso2雙音多頻（DTM

25、F信號(hào)的產(chǎn)生與檢測(cè)DTMF信號(hào)系統(tǒng)是一個(gè)典型的小型信號(hào)處理系統(tǒng)，它要用數(shù)字方法產(chǎn)生模擬 信號(hào)并進(jìn)行傳輸，其中還用到了 D/A變換器；在接收端用A/D變換器將其轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理與識(shí)別。為了系統(tǒng)的檢測(cè)速度并降低成本，還 開(kāi)發(fā)一種特殊的DFT算法，稱為戈澤爾（Goertzel）算法，這種算法既可以用硬 件（專用芯片）實(shí)現(xiàn)，也可以用軟件實(shí)現(xiàn)。下面首先介紹雙音多頻信號(hào)的產(chǎn)生方 法和檢測(cè)方法，戈澤爾算法。2.1雙音多頻信號(hào)的產(chǎn)生DTMF雙音頻信號(hào)由兩個(gè)二階數(shù)字正弦振蕩器產(chǎn)生，一個(gè)用來(lái)產(chǎn)生行音頻信 號(hào)，另個(gè)一產(chǎn)生列音頻信號(hào)。DTMF編解碼器的音頻信號(hào)產(chǎn)生部分是基于兩個(gè)二 階的數(shù)字正弦波振

26、蕩器，一個(gè)產(chǎn)生行頻，一個(gè)產(chǎn)生列頻。振蕩器的框圖如2.1-1所示。圖2.1-1 振蕩器框圖假設(shè)時(shí)間連續(xù)的DTMF信號(hào)用x(t)二sin(2fit) sin(2二f2t)表示，式中fi和f2 是按照表1選擇的兩個(gè)頻率，fl代表低頻帶中的一個(gè)頻率，f2代表高頻帶中的 一個(gè)頻率。顯然采用數(shù)字方法產(chǎn)生 DTMF言號(hào)，方便而且體積小。下面介紹采用 數(shù)字方法產(chǎn)生DTMF言號(hào)。規(guī)定用8KHz對(duì)DTMF言號(hào)進(jìn)行采樣，采樣后得到時(shí)域 離散信號(hào)為x(n) =si n( 2f1 n/8000) s in (2：f2 n/8000)形成上面序列的方法有兩種，即計(jì)算法和查表法。用計(jì)算法求正弦波的 序列值容易，但實(shí)際中要占

27、用一些計(jì)算時(shí)間，影響運(yùn)行速度。查表法是預(yù)先將 正弦波的各序列值計(jì)算出來(lái)，寄存在存儲(chǔ)器中，運(yùn)行時(shí)只要按順序和一定的速 度取出便可。這種方法要占用一定的存儲(chǔ)空間，但是速度快。因?yàn)椴蓸宇l率是8000Hz,因此要求每125ms輸出一個(gè)樣本，得到的序列 再送到D/A變換器和平滑濾波器，輸出便是連續(xù)時(shí)間的DTM信號(hào)。DTM信號(hào)通過(guò)電話線路送到交換機(jī)。產(chǎn)生 DTMF言號(hào)的流程圖如2.1-2所示。與低皿怕業(yè)m改卿冊(cè)1H砥時(shí)呂5a左耳低UntOMir-1111圖2.1-2 產(chǎn)生DTMF言號(hào)的流程圖2.2 雙音多頻信號(hào)檢測(cè)在接收端，要對(duì)收到的雙音多頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)個(gè)正弦波的頻率是多少，以 判斷所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)字或者

28、符號(hào)。顯然這里仍然要用數(shù)字方法進(jìn)行檢測(cè)，因 此要將收到的時(shí)間連續(xù)DTMF言號(hào)經(jīng)過(guò)A/D變換，變成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè) 的方法有兩種，一種是用一組濾波器提取所關(guān)心的頻率，根據(jù)有輸出信號(hào)的2個(gè)濾波器判斷相應(yīng)的數(shù)字或符號(hào)。另一種是用DFT（ FFT）對(duì)雙音多頻信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，由信號(hào)的幅度譜，判斷信號(hào)的兩個(gè)頻率，最后確定相應(yīng)的數(shù)字或符 號(hào)。當(dāng)檢測(cè)的音頻數(shù)目較少時(shí)，用濾波器組實(shí)現(xiàn)更合適。FFT是DFT的快速算法，但當(dāng)DFT的變換區(qū)間較小時(shí)，F(xiàn)FT快速算法的效果并不明顯，而且還要占用 很多內(nèi)存，因此不如直接用DFT合適其信號(hào)檢測(cè)流程結(jié)構(gòu)圖如2.2-1所示。圖2.2-1 DTMF信號(hào)檢測(cè)流程圖2.3 M

29、ATLAB 工具箱函數(shù) goertzelGoerztel函數(shù)的調(diào)用格式為：Xgk=goertzel(X n,K)Xn是被變換的時(shí)域序列，用于 DTMF信號(hào)檢測(cè)時(shí)，Xn就是DTMF言號(hào)的205 個(gè)采樣值。K是要求計(jì)算的DFTXn的頻點(diǎn)序號(hào)向量，用N表示Xn的長(zhǎng)度，則要求 K K limit, break, endendfor r=1:4;if val(r) limit, break, endendTNr=T Nr+tm(r,s-4)*10A(8-l);enddisp(接收端檢測(cè)到的號(hào)碼為：)disp(TNr)2、運(yùn)行結(jié)果:(1) 、運(yùn)行程序，根據(jù)提示鍵入 8位電話號(hào)碼12341234,然后回車。

30、(2) 、回車后可以聽(tīng)見(jiàn)8位電話號(hào)碼對(duì)應(yīng)的DTMF言號(hào)的聲音，并輸出相應(yīng) 的8幅頻譜圖如下圖3.2-1所示。(3) 、左上角的第一個(gè)圖在k=18和k=31兩點(diǎn)出現(xiàn)峰值，所以對(duì)應(yīng)第一位 號(hào)碼數(shù)字1。最后顯示檢測(cè)到的電話號(hào)碼 12341234 .圖3.2-1 運(yùn)行結(jié)果圖4總結(jié)通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)，我們對(duì) DTM F的基礎(chǔ)知識(shí)有了個(gè)比較深刻的了解，掌握了 DTMF的信號(hào)產(chǎn)生及信號(hào)檢驗(yàn)的原理及方法，加深了對(duì)雙音多頻信號(hào)的產(chǎn)生與檢 測(cè)的理解，提高了利用交換原理知識(shí)處理系統(tǒng)問(wèn)題的能力。并聯(lián)系以往學(xué)習(xí)的 知識(shí)，利用PROTE仿真軟件，使自己掌握了更多有用的知識(shí)。利用 PROTE仿真 軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙音多頻信號(hào)的產(chǎn)生與檢測(cè)的仿真分析，可以得到理想的實(shí)驗(yàn)要 求，并且更加深刻學(xué)生對(duì)雙音多頻信號(hào)的產(chǎn)生與檢測(cè)的認(rèn)識(shí)，通過(guò)本次試驗(yàn)， 明顯感受到利用PROTE仿真軟件是非常方便的，而且經(jīng)濟(jì)，這種仿真軟件一