电话终端---DTMF编码器设计

1、 黄河科技学院课程设计(论文)题 目 名 称: 电话终端-DTMF编码器设计 课 程 名 称： 单片机基础 院 系： 工学院机械系 班 级： 08成本机电 学 生 姓 名： 张 恒 学 号： 指导老师： 何春霞 2011年10月24日目 录摘要 1绪论 2第一章 系统简述 31.1 DTMF信号的介绍 31.2 系统的工作原理 4第二章 系统硬件设计 52.1 系统硬件的总体实现 52.2 中央控制器AT89C51 6 2.3 数摸转换器DAC0832 8 2.4 单片机与键盘的接口电路 10 2.5 AT89C51与DACO832的接口电路 10 2.6 RC低通滤波器 11第三章 系统软件

2、设计 11 3.1 系统程序流程图 12 3.2 程序源代码 18第四章 系统仿真及结果164.1 仿真环境164.2仿真结果165. 结束语 226. 附录 237. 参考文献 35摘 要 由于双音多频DTMF（Dual Tone Multi-Frequency）信号,逐渐在全世界范围内使用在按键式电话机上,因其提供更高的拨号速率,迅速取代了传统转盘式电话机使用的拨号脉冲信令。近年来DTMF也应用在交互式控制中,诸如语言菜单、语言邮件、电话银行和ATM终端等。将DTMF信令的产生与检测集成到任一含有数字信号处理器(DSP)的系统中,是一项较有价值的工程应用。本课题最主要的特点在于用单片机来实

3、现电话终端-DTMF编码器的设计，用单片机来产生DTMF信号，而不是通过专用的DTMF产生芯片，具有实际应用的意义。关键词: DTMF信号； 单片机；正弦波；编码器；绪论目前，大多数的DTMF信号的产生都是采用专用芯片MT5087，MT8880等，这种方法信号编码产生速度快但有很大的局限性，如果音频信号频率的改变应用于别的系统时，专用芯片就发挥不了作用了,其次是要实现用户多路双音多频信号发送比较困难。但是基于单片机的DTMF信号合成的系统可以克服硬件电路的缺点，容易实现多路DTMF信号，节约系统成本，使双音多频信号的应用领域更广泛。所以本课程设计就是利用单片机来单片机来实现电话终端-DTMF编

4、码器的设计，用单片机来产生DTMF信号，而不是通过专用的DTMF产生芯片，具有实际应用的意义。本设计最主要的部分可以分为硬件部分和软件部分。硬件部分包括三部分，单片机与键盘的接口电路，实现按键信号的产生的功能，AT89C51根据读进来的键码来实现相应的键功能向P0口发按键对应的DTMF信号，数摸转换器与单片机的接口电路主要来实现把P0口发出的数字信号转换为模拟信号，最后通过RC低通滤波器把信号中的高频成分滤去。其中，AT89C51单片机是整个电路的核心，它控制其他模块来完成各种复杂的操作。同时为了显示按键设计了液晶显示部分。软件部分就先对主程序流程设计，然后对单片机与键盘接口程序设计，DTMF

5、信号产生程序设计，单片机与D/A接口程序设计等子程序分别进行设计，最后利用Protus软件具有强大的仿真功能，可以实现对本设计的系统进行仿真。第一章 系统简述1.1 DTMF信号的特性DTMF是由组(fb)和高频组(fa)两组频率信号构成，每个数字信号由低频组和高频组的任意一个叠加而成。根据CCITT的建议，DTMF的编译码定义如表1所示，表1 电话拨号数字对应的高低频率组可用下式表示f(t)A_asin(2 f_at)+A_bsin(2 f_bt)式中两项分别表示低、高音群的值，Ab和Aa分别表示低音群和高音群的样值量化基线，而且两者幅值比为K=Ab /Aa (0.7<K<0.9

6、)。同时规定，对应于表1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间不存在谐波关系,大大减少了虚假信号的干扰,因而DTMF 信号工作可靠性特别是抗干扰能力很强。1.2 系统工作原理该系统的硬件设计按实现的功能来分，可分为以下3个部分。单片机与键盘的接口电路，实现按键信号的产生的功能，AT89C51

7、根据读进来的键码来实现相应的键功能向P0口发按键对应的DTMF信号，数摸转换器与单片机的接口电路主要来实现把P0口发出的数字信号转换为模拟信号，最后通过RC低通滤波器把信号中的高频成分滤去。其中，AT89C51单片机是整个电路的核心，它控制其他模块来完成各种复杂的操作。同时为了显示按键设计了液晶显示部分。系统原理方框图如下图1所示：图1.系统原理方框图第二章 系统硬件设计2.1 系统硬件的总体实现 为使产生的DTMF信号频率误差尽可能小，我们对该系统的硬件电路作了精心设计。图2是基于单片机的DTMF信号的合成的硬件图： 图2系统的硬件图该系统的硬件设计按实现的功能来分，可分为以下3个部分。单片

8、机与键盘的接口电路，实现按键信号的产生的功能，AT89C51根据读进来的键码来实现相应的键功能向P0口发按键对应的DTMF信号，数摸转换器与单片机的接口电路主要来实现把P0口发出的数字信号转换为模拟信号，最后通过RC低通滤波器把信号中的高频成分滤去。其中，AT89C51单片机是整个电路的核心，它控制其他模块来完成各种复杂的操作。在本章下面几个小节中将根据图2的硬件设计电路，对各个模块电路进行详细的设计与分析。2.2 中央控制器AT89C51 AT89C51是由美国Atmel 公司生产的至今为止世界上最新型的高性能八位单片机之一。2.2.1 AT89C51的特点 AT89C51具有以下几个特点：

9、·AT89C51与MCS-51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容；·片内有4k字节在线可重复编程快擦写程序存储器；·全静态工作,工作范围:0Hz24MHz；·三级程序存储器加密；·128×8位内部RAM；·32位双向输入输出线；·两个十六位定时器/计数器·五个中断源,两级中断优先级；·一个全双工的异步串行口；·间歇和掉电两种工作方式。2.2.2 AT89C51的功能描述AT89C51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，片内有4k字节的在线可重复编程、快速擦除快速写入程序的存

10、储器，能重复写入/擦除1000次，数据保存时间为十年。它与MCA-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程序长度小于4K，四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程,而且擦写时间仅需10毫秒，仅为8751/87C51的擦除时间的百分之一,与8751/87C51的12V电压擦写相比，不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。工作电压范围宽（2.7V6V），全静态工作，工作

11、频率宽在0Hz24MHz之间，比8751/87C51等51系列的6MHz12MHz更具有灵活性,系统能快能慢。AT89C51芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。P0口是三态双向口,通称数据总线口,因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。2.2.3 AT89C51引脚功能AT89C51单片机为40引脚芯片见附录1。1 口线：P0、P1、P2、P3共四个八位口。§ P0口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。P0口也用以输出外部存储器的低8位地址。由于是分时输出,故应在外部加锁存器将此

12、地址数据锁存，地址锁存信号用ALE。§ P1口是专门供用户使用的I/O口,是准双向口。§ P2口是从系统扩展时作高8位地址线用。不扩展外部存储器时,P2口也可以作为用户I/O口线使用,P2口也是准双向口。§ P3口是双功能口,该口的每一位均可独立地定义为第一I/O功能或第二I/O功能。作为第一功能使用时操作同P1口。P3口的第二功能如表2所示。2控制口线:PSEN(片外选取控制)、ALE(地址锁存控制)、EA(片外存储器选择)、RESET(复位控制);3电源及时钟：VCC、VSS、XTAL1、XTAL2操作方法。表2 P3口的第二功能2.3 数摸转换器DAC083

13、2 在电子技术的很多应用场合往往需要把数字量转换成模拟量，称为数 / 模转换器（D / A转换器，简称DAC）。完成这种转换的线路有多种，特别是单片大规模集成D / A转换器问世，为实现上述的转换提供了极大的方便。使用者可借助于手册提供的器件性能指标及典型应用电路，即可正确使用这些器件。本系统将采用大规模集成电路DAC0832实现D / A转换。DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片电流输出型8位数 / 模转换器。图3是DAC0832的逻辑框图及引脚排列。111218CS276541615输入锁存器DDQQ数据寄存器DDQQD7···D014&LEIL

14、E&191WR1WR2&17XFERDAC0832DACVREF89RFBIOUT1IOUT220VCC(+5V)13图3 DAC0832单片D/A转换器逻辑框图和引脚排列器件的核心部分采用倒T型电阻网络的8位D / A转换器，它是由倒T型R2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF四部分组成。DAC0832各引脚含义如下：CS为片选信号，CS与ILE（输入寄存器允许信号）合起来可对写信号WR1是否起作用进行控制。WR1写信号用以将8位数字量D7D6D5输入并锁存于DAC0832内部的输入寄存器中，WR写信号与传送控制信号XFER同时有效，则将输入寄存器的数字量再传送

15、到8位D/A寄存器锁存起来。这时8位D/A转换器就开始工作。IOUT1和IOUT2为输出电流，其中IOUT1是D/A寄存器内容为全1时输出电流为最大；当D/A寄存器内容为零时输出电流为0。IOUT2为一常数与IOUT1之差，即IOUT1+IOUT2=常数。AGND和DGND分别为模拟量地和数字量地，它们应共地。VREF精度尽可能高一些。V是电源电压，其值可在+5V到+15V。R为反馈电阻，由于片内已具备反馈电阻，故可以与外接运算放大器的输出端短接。DAC0832输出的是电流，要转换为电压，还必须经过一个外接的运算放大器，电路如图4所示。 图4 电流转换为电压电路图5中、 接地为低电平，ILE为

16、高电平，DAC0832处于直通的工作状态。输入数字量（D0D7）通过输入锁存器，数据寄存器直接传送到DAC，输出相应模拟量。运放的输出电压为 )由上式可见，输出电压VO 与输入的数字量成正比，这就实现了从数字量到模拟量的转换。2.4 单片机与键盘的接口电路图5是单片机与键盘的接口电路。单片机的串行口在方式0下工作，作为同步移位寄存器使用，这时以RXD端作为数据移位的出口，而TXD端提供移位时钟脉冲。在无键按下的情况下p1.0,p1.1读进来的是高电平，当有键按下时，p1.0或p1.1端将会变为低电平。图5 单片机与键盘的接口电路2.5 AT89C51与DACO832的接口电路图6是AT89C5

17、1与DACO832的接口电路。在这里P0口是做为输入口使用的，由于通路中已有输出锁存器，因此数据输出可以与外设直接相连，无需再加数据锁存器电路。但是由于输出电路是漏极开路电路，必须外接上拉电阻才能有高电平输出。DAC0832是处于直通状态，P3.6把第一写信号，第二写信号，数据传送信号拉为低电平。图6 AT89C51与DACO832的接口电路2.6 RC低通滤波器 由于从DAC0832出来的DTMF信号含有丰富的高频成分，信号波形是阶梯型的需要经过一个低通滤波器,使信号变得光滑与准确。图7是简单的RC低通滤波器。 图7 RC低通滤波器由图7我们可以知道：c=1/(RC)称为截止角频率，相应地f

18、c=c/(2)=1/(2RC)称为截止频率。构成DTMF信号的8个音频的最高频率1633(由表1可知),因此，我选择了6.8k的电阻和0.01uf的电容，使截止频率为2341hz。第三章 系统软件设计系统的软件设计主要分为单片机与键盘接口程序，DTMF信号产生程序设计，单片机与D/A接口程序设计。下面，就整体设计以及每个单元功能模块分别进行详细说明。3.1 系统主程序设计图8 系统的主程序流程图3.2 单片机与键盘接口程序设计图9单片机与键盘程序流程图3.2程序源代码ORG 0000H LJMP MAIN RS EQU P3.7 RW EQU P3.5 E EQU P3.4 ORG 0003H

19、 LJMP INT ORG 0030H MAIN: MOV SP,#60H MOV 30H,#00H SETB EX0 SETB IT0 SETB EA MOV TMOD,#0 MOV DPTR,#STAB ;送键盘的表首地址 MOV P1,#0F0H LCALL DELAY MOV DPTR,#TAB ;送初始化显示的表首地址 MOV R3,#16 ;字符的个数 CHUSHI: ;使液晶显示的一些初始设置 LCALL BUSY MOV P2,#00000001B LCALL ENABLE LCALL BUSY MOV P2,#00111000B LCALL ENABLE LCALL BUSY

20、 MOV P2,#00001111B LCALL ENABLE LCALL BUSY MOV P2,#00000110B LCALL ENABLE LCALL BUSY MOV P2,#80H LCALL ENABLE LP2: LCALL BUSY MOV A,#00H MOVC A,A+DPTR MOV P2,A LCALL DATAS INC DPTR DJNZ R3,LP2 LCALL BUSY MOV P2,#0C0H LCALL ENABLE LCALL BUSY LP5: MOV DPTR,#MMTAB ;送按键显示代码表首地址 LP3: CJNE R7,#01H,LP3 MOV

21、 A,30H LCALL BUSY MOVC A,A+DPTR ;查表 MOV P2,A ;将数据输入到液晶显示器 LCALL DATAS LCALL BUSY MOV P2,#00H MOV DPTR,#DATA0 ;送正弦波的表首地址 MOV R0,#1000 ;显示正弦波 LLP: MOV R4,#0FFH ;FFH为DATA0表中的数据个数 LP10:CLR A MOVC A, A+DPTR ;从表中取数据 MOV R3,DPH MOV R5,DPL MOV DPTR, #7FFFH MOVX DPTR,A MOV DPTR,#3FFFH MOVX DPTR,A MOV DPH,R3

22、MOV DPL,R5 INC DPTR ;地址下移 DJNZ R4,LP10 DJNZ R0,LLP ; 使液晶始终显示当前键盘输入的代码 LP8: CJNE R7,#00H,LP7 ; 没有代码输入时等待 LJMP LP8 ; 新代码输入时重新读入代码 LP7: MOV R7,#00H SJMP LP5 ENABLE: ；显示器端口设置 SETB E CLR RS CLR RW CLR E RET DATAS: SETB E SETB RS CLR RW CLR E RET BUSY: CLR E MOV P2,#0FFH CLR RS SETB RW SETB E JB P2.7,BUSY

23、 RET INT: MOV R7,#1 CLR EX0 MOV A,P1 MOV P1,#0FH MOV 31H,P1 JNB ACC.4,E1 JNB ACC.5,E2 JNB ACC.6,E3 JNB ACC.7,E4 SETB EX0 RETI E1: MOV 20H,#0 LJMP KEYH E2: MOV 20H,#4 LJMP KEYH E3: MOV 20H,#8 LJMP KEYH E4: MOV 20H,#12 LJMP KEYH KEYH: MOV A,31H JNB ACC.0,D0 JNB ACC.1,D1 JNB ACC.2,D2 JNB ACC.3,D3 LJMP

24、DELAY LJMP DELAY SETB EX0 RETI D0: MOV A,#0 ADD A,20H MOV 30H,A MOV P1,#0F0H SETB EX0 RETI D1: MOV A,#1 ADD A,20H MOV 30H,A MOV P1,#0F0H SETB EX0 RETI D2: MOV A,#2 ADD A,20H MOV 30H,A MOV P1,#0F0H SETB EX0 RETI D3: MOV A,#3 ADD A,20H MOV 30H,A MOV P1,#0F0H SETB EX0 RETI DELAY: ; 延时子程序 MOV R5,#0F0H M

25、M0: MOV R6,#30H MM1: DJNZ R6,MM1 DJNZ R5,MM0 RET STAB: DB 1EH,2EH,3EH,8EH ; 1,2,3,A DB 1DH,2DH,3DH,8DH ; 4,5,6,B DB 1BH,2BH,3BH,8BH ; 7,8,9,C DB 17H,27H,47H,87H ; *,0,#,D TAB: DB 20H,43H,4FH,52H DB 52H,45H,4EH,54H ; " CURRENT CODE : " 代码 DB 20H,43H,4FH,44H DB 45H,20H,3AH,20H MMTAB: DB 31H,

26、32H,33H,41H ;1，2，3，A显示代码 DB 34H,35H,36H,42H ;4，5，6，B显示代码 DB 37H,38H,39H,43H ;7，8，9，C显示代码 DB 2EH,30H,23H,44H ;*，0，#，D显示代码 ;正弦波表格，表格长度为256 DATA0: DB 80H,83H,86H,89H,8DH,90H,93H,96HDB 99H,9CH,9FH,0A2H,0A5H,0A8H,0ABH,0AEHDB 0B1H,0B4H,0B7H,0BAH,0BCH,0BFH,0C2H,0C5HDB 0C7H,0CAH,0CCH,0CFH,0D1H,0D4H,0D6H,0D8

27、HDB 0DAH,0DDH,0DFH,0E1H,0E3H,0E5H,0E7H,0E9HDB 0EAH,0ECH,0EEH,0EFH,0F1H,0F2H,0F4H,0F5HDB 0F6H,0F7H,0F8H,0F9H,0FAH,0FBH,0FCH,0FDHDB 0FDH,0FEH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFHDB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FEH,0FDHDB 0FDH,0FCH,0FBH,0FAH,0F9H,0F8H,0F7H,0F6HDB 0F5H,0F4H,0F2H,0F1H,0EFH,0EEH,0ECH,0EAHDB 0E

28、9H,0E7H,0E5H,0E3H,0E1H,0DEH,0DDH,0DAHDB 0D8H,0D6H,0D4H,0D1H,0CFH,0CCH,0CAH,0C7HDB 0C5H,0C2H,0BFH,0BCH,0BAH,0B7H,0B4H,0B1HDB 0AEH,0ABH,0A8H,0A5H,0A2H,9FH,9CH,99HDB 96H,93H,90H,8DH,89H,86H,83H,80HDB 80H,7CH,79H,76H,72H,6FH,6CH,69HDB 66H,63H,60H,5DH,5AH,57H,55H,51HDB 4EH,4CH,48H,45H,43H,40H,3DH,3AHDB 3

29、8H,35H,33H,30H,2EH,2BH,29H,27HDB 25H,22H,20H,1EH,1CH,1AH,18H,16HDB 15H,13H,11H,10H,0EH,0DH,0BH,0AHDB 09H,08H,07H,06H,05H,04H,03H,02HDB 02H,01H,00H,00H,00H,00H,00H,00HDB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,01H,02HDB 02H,03H,04H,05H,06H,07H,08H,09HDB 0AH,0BH,0DH,0EH,10H,11H,13H,15HDB 16H,18H,1AH,1CH,1EH,20H,22H,25HDB 27H