双音多频收号器的设计.doc

目 录一、设计目的3二、设计要求3三、设计原理33.1 双音多频信号产生流程33.2双音多频信号的识别43.3 双音多频信号的特性43.4 双音多频收发原理43.4.1 双音多频发送器53.4.2 双音多频接收器63.5 双音多频发送接收器 MT888863.5.1基本功能63.5.2工作原理8四、设计内容114.1 MT8888与80C32的接口114.2 MT8888的程序13五、设计过程中的问题与解决方案15六、课程设计设计心得15七 、参考文献16摘 要 双音多频，由高频群和低频群组成，高低频群各包含4个频率。一个高频信号和一个低频信号叠加组成一个组合信号，代表一个数字。DTMF信号有16个编码。利用DTMF信令可选择呼叫相应的对讲机。双音多频信号（DTMF），电话系统中电话机与交换机之间的一种用户信令，通常用于发送被叫号码。在使用双音多频信号之前，电话系统中使用一连串的断续脉冲来传送被叫号码，称为脉冲拨号。脉冲拨号需要电信局中的操作员手工完成长途接续(早期方法，很老很古董)。 双音多频信号是贝尔实验室明的，其目的是为了自动完成长途呼叫。双音多频的拨号键盘是44的矩阵，发每一行代表一个低频，每一列代表一个高频。每按一个键就发送一个高频和低频的正弦信号组合，比如1相当于697和1209赫兹(Hz)。交换机可以解码这些频率组合并确定所对应的按键DTMF信号即双音频信号，最先用于程控电话交换系统来代替号盘脉冲信号，主叫用户摘机按键拨号后，电话号码所对应的DTMF信号通过电话线传到程控交换机中的DTMF接受电路，交换机中的微机识别被叫电话号码后，接通主被叫用户实现双方通话。DTMF信号还用于自动控制系统，如果把DTMF的发送电路用于主控系统，接收电路用于被控系统，就可以方便地组成有线或无线通信系统，其通道数视需要而定，16通道以内每通道只需编一位号码即可，若需要更多通道，则可像电话号码编号一样编为两位或两位以上的号码。双音多频收号器的设计写在前边文档主人的淘宝店，看看吧，就当她助你，你助她，不买也可以收藏看看嘛一、设计目的 掌握双音多频收发原理和设计方法，并用集成芯片MT8888实现。二、设计要求1、 阐述双音多频收发的基本原理2、 采用专用芯片MT8888实现双音多频收号器的设计三、设计原理3.1 双音多频信号产生流程DTMF编码器基于两个二阶数字正弦波振荡器，一个用于产生行频，一个用于产生列频。向DSP装入相应的系数和初始条件，就可以只用两个振荡器产生所需的八个音频信号。典型的DTMF信号频率范围是7001700Hz，选取8000Hz作为采样频率，即可满足Nyquist条件。DTMF双音频信号由两个二阶数字正弦振荡器产生，一个用来产生行音频信号，另一个产生列音频信号。CCITT规定每秒最多按10个键，即每个键时隙最短为100MS，其中音频实际持续时间至少为45MS，不大于55MS，时隙的其他时间内保持静默，因此按键产生双音频信号时，相继的两个信号间隔一段时间；解码器利用这个时间识别出双音频信号，并转换成对应的数字信息，而且要识别出间隙信息。因此流程包含音频任务和静默任务，前者是产生双音频采样值，后者产生静默样值，每个任务结束时，要重置定时器和下一个任务。其中静默任务还要加上一个任务：从数字缓冲区取出数字并解包。解包就是将数字映射为对应的行列音频特性，装载指针指向振荡器特征表对应的正确位置。两个任务轮流执行。由CCITT（国际电报电话咨询委员会）的规定，数字之间必须有适当长度的静音，因此编码器有两个任务，其一是音频信号任务，产生双音样本，其二是静音任务，产生静音样本。每个任务结束后，启动下一个任务前（音频信号任务或静音任务），都必须复位决定其持续时间的定时器变量。在静音任务结束后，DSP从数字缓存中调出下一个数字，判决该数字。信号所对应的行频和列频信号，并根据不同频率确定其初始化参数。3.2双音多频信号的识别DTMF信号包含两组音频信号，解码器的任务是通过数学变换把它从时域转化到频域，然后得出对应的数字信息。由于芯片处理的是数字信号，所以必须把输入信号数字化，再用DSP芯片处理。频率检测时，检测出DTMF信号的基波及二次谐波，DTMF信号只在基波上有较高的能量，而话音信号则是在基波上叠加有较强的二次谐波，检测二次谐波的作用是用来区分DTMF信号与语言和音乐信号。3.3 双音多频信号的特性DTMF是由低频组（fb）和高频组（fa）两组频率信号构成，每个数字信号由低频组合高频组的任意一个叠加而成。根据CCITT的建议，DTMF的编译码定义可用下式表示 f(t)=A_asin(2f_at)+A_bsin(2f_bt) 式中两项分别表示低、高音频的值，Ab好Aa分别表示低音群合高音群的样值量化基线，而且两者幅值比为K=Ab/Aa(0.7K0.9)。同时规定，对应于DTMF编译码中的标称频率在发送时，DTMF信号的频率偏差不应当超过1.5%，每位数字的信号极限时长应该大于40ms，而接收设备对2%的偏差应能可靠地接收，对30ms40ms时长的信号可以正常地接收。与单音编码不同，DTMF信号是采用8中取2的方式，从高低两个音组中各取一个音频复合而成来代表0-9十个号码和其他功能码，再加上这8个音频信号的各频率同不存在谐波关系，大大减少了虚假信号灯干扰，因而DTMF信号工作可靠性特别是抗干扰能力很强。3.4 双音多频收发原理双音多频（DTMFDual Tone Multifrequency）电路是在电话机、程控交换机及无线通信设备中应用较为广泛的集成电路，它包括DMTF发送器和DTMF接收器。DTMF发送器主要用于按键式电话机作DTMF发号器，根据不同的按键发出相应的一组DTMF信号。DTMF接收器主要用于程控交换机和无线通信设备DTMF收号器。双音多频，由高频群和低频群组成，高低频群各包含4个频率。一个高频信号和一个低频信号叠加组成一个组合信号，代表一个数字。DTMF信号有16个编码。利用DTMF信令可选择呼叫相应的对讲机 。双音多频信号（DTMF），电话系统中电话机与交换机之间的一种用户信令，通常用于发送被叫号码。在使用双音多频信号之前，电话系统中使用一连串的断续脉冲来传送被叫号码，称为脉冲拨号。脉冲拨号需要电信局中的操作员手工完成长途接续(早期方法，很老很古董)。双音多频信号是贝尔实验室发明的，其目的是为了自动完成长途呼叫。 双音多频的拨号键盘是44的矩阵，每一行代表一个低频，每一列代表一个高频。每按一个键就发送一个高频和低频的正弦信号组合，比如1相当于697和1209赫兹(Hz)。交换机可以解码这些频率组合并确定所对应的按键。 低群Hz高群Hz1209133614771633697123A770456B852789C941*0#D3.4.1 双音多频发送器DTMF发送器将于按键对应的数码转换为DTMF信号输出，它的原理框图如图1所示，主要包括： （1）、晶体振荡管 外接石英晶体（通常采用3.58MHz）与片内电路构成晶体振荡器，产生参考信号。 图1 DTMF发送器原理框图 （2）、行列计数器行、列计数器实际是一种分频比可变的分频器，根据不同的按键改变分频比，对参考信号分频，产生正弦波生成电路的输入时钟频率，（3）、正弦波生成电路 这部分由正弦波编码器和D/A变换电路组成，由输入时钟频率控制生成行、列正弦波单音信号。 （4）、混合电路 这部分电路将生成的行、列正弦信号相加，合成双音信号输出。3.4.2 双音多频接收器DTMF接收器接收来自通道的DTMF信号，经处理后输出二进制码，其原理框图如下图2所示：图2 DTMF接收器原理框图 它主要包括DMTF分组滤波器和DMTF译码器。DTMF信号先经高、低频组带通滤波器分别对高低频信号进行限幅、频率检测，并经译码后输出4位二进制码。3.5 双音多频发送接收器 MT88883.5.1基本功能 MT8888是一种具有Intel微处理器接口的功能较强的双音多频(DTMF)发送和接收器件。可用于寻呼系统、交换机系统和移动通信、转帐卡系统、互接拨号器、数字通信和计算机等领域。其主要功能有：(1)完整的DTMF发送和接收功能；(2)高速Intel微处理器接口；(3)可工作于自动音频突发模式；(4)可调整保护时间；(5)呼叫音检测到-30dBm。MT8888引脚排列如图3所示。各引脚功能如下：图3 MT8888引脚图IN+、IN-(1，2)运放的同相和反相输入端；GS(3)增益选择端。在该引脚与IN-引脚间接反馈电阻可调节运放增益；Vref(4)基准电压输出端。通常为VDD/2，作为运放的偏置电压；VSS(5)芯片电源负端，接地；OSC1、OSC2(6、7)时钟或振荡器的输入、输出端。两引脚间接3.579545MHz晶体与内部电路构成芯片振荡器；若由外部电路提供时钟，则OSC2引脚开路；TONE(8)DTMF信号输出端，也可通过编程设置为单音输出；(9)微处理器写输入端，低电平有效，与TTL电平兼容；(10)片选信号输入端，低电平有效。该引脚可由微处理器的地址锁存信号(ALE)直接提供；RS0(11)寄存器选择控制输入端；(12)微处理器读输入端，低电平有效，与TTL电平兼容；/CP(13)中断请求信号，为开漏输出。在中断模式下，当一个有效DTMF信号突发发送或接收时，输出低电平信号。若控制寄存器设定电路工作于呼叫处理(CALL)模式和中断使能，则该端输出代表运放输入的方波信号音，但该信号频率必须落在呼叫处理滤波器的带宽内；D0D3(14-17)数据总线，与TTL电平兼容。输入需发送的DTMF编码或输出译码的DTMF信号数据。当CS=1时呈高阻状态；Est(18)初始控制输出。若电路检测到一种有效的单音对时，Est为高电平；若信号丢失，则Est返回低电平；St/GT(19)控制输入/时间监测输出。若St电压大于门限VTSt，电路寄存被检测的DTMF单音对，并更新输出锁存器内容。若St电压低于VTSt，则电路不接收一新单音对，GT输出的作用是设置外部时间监测常数；VDD(20)芯片电源正端，典型值为+5V。3.5.2工作原理MT8888是集DTMF发送和接收功能的器件，内带呼叫处理滤波器。接收部分与DTMF接收器件MT8870类似，发送部分包括行、列计数器和D/A变换器，另外增加了一些控制寄存器和接口、数据总线缓冲器，很容易实现与微处理器的直接接口，其功能框图如图4所示。MT8888通过微处理器接口可以由RS0、D0D3等信号选择与设定内部寄存器，并控制电路的工作状态或工作模式。它共有5个不同作用的寄存器：发送数据寄存器(TDR)、接收数据寄存器(RDR)、状态寄存器(SR)、控制寄存器A(CRA)和控制寄存器B(CRB)，其控制关系如表1所示。表1内部寄存器控制关系RSOWRRD功 能0 01数据写入TDR 0 1 0数据从RDR读出1 01数据写入SR1 10数据从SR读出图4MT8888内部功能框图MT8888共有6种工作模式，它们分别为：(1)DTMF模式：发送与接收DTMF信号。输入数据经TDR控制可编程行、列计数器、D/A变换器，合成需要发送的DTMF信号。或DTMF信号经拨号音抑制、分离带通滤波器、监频与确认，译成相应的4比*，经RDR输至数据总线。DTMF编译码对应关系如表2所示。表2DTMF编译码对应关系 双频健频0123456789*#ABCD十进制数012345678911121314150(2)呼叫处理(CALL)模式：电路可以检测电话呼叫过程中的各种信号音，只要信号的频率落在320Hz-510Hz范围内，片内呼叫处理滤波器便可滤出。经限幅得到的方波信号，由/CP端输出，以用于微处理器对呼叫性质和类别进行判断。若无信号滤出，则/CP端始终保持低电平。(3)突发(BURST)模式：在DTMF模式下，工作于突发状态，信号突发和暂停时间各为511ms;在CALL模式下，工作于突发状态，信号突发和暂停时间各为1022ms，此时电路只可发送DTMF信号，但不能接收。(4)单/双音(S/)产生模式：电路可产生单音或DTMF信号(由CRB控制)，用于测试和监测。(5)测试(TEST)模式：使电路从DTMF接收部分得到延迟监测信号，并从/CP端输出。(6)中断模式：此模式下若选择DTMF状态，当DTMF信号被接收或出现在监测时间内，或准备发送更多数据(突发模式下)时，则/CP端下接至低电平。各种模式的选择由控制寄存器(CRA和CRB)的相应位完成，如表3和表4所示。状态寄存器SR各位所表示的关系如表5所示。表3控制寄存器A(CRA)的功能 位符号功能b0TOUT信号音输出控制。高电平有效，该位控制所有信号的发送。b1CP/呼叫处理或DTMF模式选择。低电平为DTMF模式；高电平为CALL模式。可检测呼叫信号音，从/CP端输出方波(IRQ=1时)b2IRQ中断允许位。高电平有效，使电路工作于中断模式。b3RSEL寄存器选择位。高电平时，下一个写周期选CRB，继而写周期返回选CRA。表4控制寄存器B(CRB)的功能 位符号功能b0突发模式选择位。低电平选择突发模式。此时数据写入TDR，产生突发/暂停各为511ms的DTMF信号，然后更新SR，使TDR准备接收下一指令。若中断允许，则产生中断；若CALL模式允许，则产生1022ms扩展突发信号。b1TEST测试方式控制。高电平设定电路工作于测试方式。b2S/ 单/双音产生选择位。低电平设定电路产生DTMF信号；高电平设定电路列或行(由C/位决定)单音频信号输出。b3S/列或行单音选择。高电平选择列单音输出；低电平选择行单音输出。该位与S/位一起使用。表5状态寄存器(SR)的功能位名称状态标志设定状态标志清除b0中断请求中断发生，b1或b2置位中断禁止，SR读出后清除b1突发模式下TDR空暂停时间结束，准备发送新数据SR读完数据后清除b2RDR满RDR已有有效数据SR读完数据后清除b3延迟控制设定无DTMF信号有效检测功能清除有效DTMF信号检测功能四、设计内容4.1 MT8888与80C32的接口MT8888提供了与微处理器相连的接口，以对其发送、接收和工作模式进行控制。MT8888可与Intel微处理器直接接口，即使使用16MHz的单片机80C51，也无需插入等待周期。与其它微处理器接口时，则必须通过转换构造MT8888所需的时序。图5为MT8888的控制时序图。图5MT8888控制时序图6（后附）是MT8888与单片机80C32的接口电路原理图，由于可以直接接口，因此，无需构造控制信号。图中两片MT8888(S1和S2)共用一个时钟振荡器。单片机的P0.0P0.3口接4位数据总线，片选信号由单片机的地址锁存信号ALE提供，读写信号由微处理器的读写信号和译码信号经或门后产生。寄存器选择信号接到地址线P2.0口，这样，对每一片MT8888均有两个地址。两个中断信号经与门后送至单片机的INT1引脚。电路中扩展了一片74365是用于软件判断是哪一路MT8888产生的中断而扩展的。当MT8888向单片机80C32发出中断请求信号后，CPU响应中断，执行中断服务程序。在中断服务程序中，首先读取74365的内容，以判断是哪一路MT8888所发出的中断请求后，再读取该路MT8888的状态寄存器，使中断自动清除以等待下一双音频信号。由于读完状态寄存器后，其内容即自动清除，重新读状态寄存器的内容是无效的，因此，应先将状态寄存器内容暂存于缓冲区内，再对标志位进行判断该中断信号是发送中断还是接收中断，以执行下一步的操作。需要注意的是，单片机80C32的INT1中断方式应设置为电平中断，才能同时检测两片MT8888的中断请求，防止信号丢失。若将MT8888设置于呼叫处理工作模式，则通过对一定时间内中断次数的判断可以识别不同的呼叫信号音，如振铃、回铃音、忙音、空号音以及拥塞音等。软件程序包括MT8888初始化子程序、发送数据子程序和中断服务子程序。另外，在设计硬件电路时，由于MT8888发送DTMF信号同时又送到MT8888输入端，这样导致在发送数据时，要引起接收数据中断，为了正确判断，在程序中设置一个发送数据标志tflang,当tflag=1时，MT8888为处于发送数据状态。4.2 MT8888的程序MT8888(S1)初始化子程序mov dptr,#a001hmovx adptr;读状态寄存器SRmov a,#00hmovx adptr,a;写控制寄存器movx adptr,a;写控制寄存器mov a,#08hmovx adptr,a;写控制寄存器Amov a,#00hmovx dptr,a;写控制寄存器Bmovx a,dptr;读状态寄SRmov a,#0dh;设置MT8888工作方式movx dptr,a;写控制寄存器Amov a,#00hmovx dptr,a;写控制寄存器BretMT8888(s1)数据发送子程序入口参数：(r0)待发送的DTMF数据。Sendr02:mov a,r0mov dptr,#a000hmovxdptr,a;待发送数据送至TDRret80C32 INT1中断服务子程序int1:clr ea；关中断mov dptr,#8000h；读取74365内容movx a,dptrjb acc.0,path1；转第1路MT8888jb acc.2,path2；转第2路MT8888ljmp endpath1:mov a,tflag；判断工作方式标志字cjne a,#01h,rece1mov dptr,#a001hmovx a,dptr；读状态寄存器SR，清中断anl a,#02hcjne a,#02h,endsetb transend；发送结束标志置位ljmp endrecel:mov dptr,#a001hmovx a,dptr；读状态寄存器SR，清中断mov dptr,#a000hmovx a,dptr；读DTMF信号的数据编码mov r0,a；结果存于r0setb receiend；收到结果标志置位ljmp endpath2: mov a,tflag；判断工作方式标志字cjne a,#01h,rece1mov dptr,#a001hmovx a,dptr；读状态寄存器SR，清中断anl a,#02hcjne a,#02h,endsetb transend；发送结束标志置位ljmp endrecel:mov dptr,#a001hmovx a,dptr；读状态寄存器SR，清中断mov dptr,#a000hmovx a,dptr；读DTMF信号的数据编码mov r0,a；结果存于r0setb receiend；收到结果标志置位ljmp endend: setb ea；开中断reti五、设计过程中的问题与解决方案在设计过程中不免遇到各种问题，这次也不例外。（1）在设计过程中，先上网查阅资料和阅读相关方面的书籍，了解到双音多频收号器的原理和MT8888芯片的功能和结构。可是面对设计时，依然比较迷茫，对设计要求不能深刻理解。通过同学间的讨论，慢慢的定下了设计的思路。（2）通过多方面找资料，终于确定设计方案。但是面对画电路图时，遇到了大问题。虽然以前用过Protel99这一软件，可长时间没用了，很是陌生。通过查资料看书，在同学的帮助下，重新掌握了。此外，由于Protel99元件库的匮乏不全，有些元件无法找到。通过查阅资料，了解MT8888芯片与80C32芯