【正文】 現(xiàn) 象 ， 當(dāng) 線 路 接 觸 不 良 ， 刮風(fēng) 時 線 路 接 頭 時 通斷 時 ， 就 會出 現(xiàn) 錯 號 。 另外 脈沖 信 號 經(jīng)過 長 途 線 路 傳 送 以 后 ， 由 于 線 路 電 感和電 容 的 影響 ， 脈沖波形 會 發(fā) 生 嚴(yán) 重 畸 變 ，本 來 上 升 沿 和 下 降 沿 都是 很 陡 的 波形 ，傳 到對 方 以 后很 可 能 完全 變 樣 引起誤判 ， 因此 這種 電 話 也逐漸 被淘汰 。 所 謂 “ 雙 音 頻 制 式 ” ， 就 是 撥 電 話 的 時 候 ， 撥 每 一 個 號 碼 ， 發(fā) 出 去 的 都是DTMF 的檢測與識別 第 3 頁 共 39 頁 由 兩 個 不 同 頻 率 的 音 頻 信 號 組 合 起 來 的 雙 音 頻 信 號 。 如撥“ 0” 的 時 候 ， 發(fā) 出 去的 兩 個 音 頻 信 號 分 別 是 941HZ和 1336HZ， 撥“ 9” 的 時 候 發(fā) 出 去 的 兩 個 音 頻 信 號分 別 是 952HZ 和 1477HZ 等等。 我們 用電 話 進 行 撥 號 時都 能從 聽 筒 中 聽 到 一 種按鍵 的 聲 音 ， 這種 聲 音 其 實 就 是 由 兩 個 不 同的 頻 率 組 合 成 的 復(fù) 合音。 每個 號 碼都是 由 兩 個 音 頻 信 號 組 合 起 來 的， 因此 叫 “ 雙 音 頻 ” 。 圖 22列 出 了 每個 號 碼 與雙 音 頻頻 率的 對 應(yīng) 關(guān) 系 。 我們可以將脈沖撥號與雙音多頻撥號的性能進行一個比較： （ 1）脈沖信號在線路傳輸中容易產(chǎn)生波形畸變，可能產(chǎn)生錯號。 （ 2）脈沖信號的幅度較容易產(chǎn)生線間干擾。 （ 3）脈沖撥號速度慢 例如：撥打電話號碼 590850，它所用的時間為： （ 5+9+10+8+5+10） 100+800 5=8700ms= 如果電話號碼越長，所用的時間越長，占用交換機的時間也長，這就使程控交換機接續(xù)速度快的優(yōu)點得不到發(fā)揮，從而影響了交換機的接通率。 雙音多頻電話機是兩個單音頻來代表一個數(shù)字，因此，采用音頻信號傳送的速度快，它發(fā)送的每位號碼所用的時間都是相同的，它的發(fā)號速度主要取決于打電話者的撥號速度。現(xiàn)在還以撥打電話號碼 590850 為例，在雙音多頻方式下，單頻持續(xù)時間為 120ms，位間隔為 108ms，則撥打上述電話號碼所需的時間為 120 6+108 5=1260ms=。 可見，脈沖撥號所用的時間是雙音多頻撥號的 s/= 倍。 DTMF 技術(shù) 由以上分析可知，采用雙音多頻信號，可以提高電路的抗干擾能力，減少交換機的接續(xù)差錯，從而提高交換機的接通率。同時我們也可以知道 DTMF 技術(shù)就 是用兩個特定的單音頻組合信號來代表數(shù)字信號以實現(xiàn)其功能的一種編碼技術(shù)。兩個單音頻的頻率不同，代表的數(shù)字或?qū)崿F(xiàn)的功能也不同。這種電話機中通常有 16 個按鍵，其中有 10 個數(shù)字鍵 0～ 9和 6 個功能鍵 *、 、 A、 B、 C、 D。由于按照組合原理，一般應(yīng)有 8 種不同的單音頻信號。因此可采用的頻率也有8 種，故稱之為多頻，又因它采用從 8 種頻 率中任意抽出 2 種進行組合來進行編碼，所以又稱之為 “8 中取 2” 的編碼技術(shù)。 根據(jù) CCITT 的建議，國際上采用的多種頻率為 687Hz、 770Hz、 852Hz、DTMF 的檢測與識別 第 4 頁 共 39 頁 941Hz、 1209Hz、 1336Hz、 1477Hz 和 1633Hz 等 8 種。用這 8 種頻率可形成 16種不同的組合，從而代表 16 種不同的數(shù)字或功能鍵，具體組合 如表 21 所示。 表 21 鍵值頻率組合表 DTMF 信號由電話鍵盤使用相同幅度的兩個不同的高頻和低頻來產(chǎn)生 。 撥號 的 時 候 ， 需 要 將 每 一 個 號 碼 都 轉(zhuǎn) 換 成 一 對 雙 音 頻 信 號 ， 這種 轉(zhuǎn) 換叫做 編 碼；解（譯） 碼， 就 是 將 接 收 到 的 雙 音 頻 信 號 重新 還原 成 數(shù) 據(jù) 信 號 。 DTMF 接收器包括 DTMF 分組濾波器和 DTMF 譯碼器，其基本原理如圖23 所示。 DTMF 接收器先經(jīng)高、低群帶通濾波器進行 fl/fh 區(qū)分，過零檢測、比較，得到相應(yīng)于 DTMF 的兩路 fl、 fh 信號輸出。該兩路信號經(jīng)譯碼、鎖存、緩沖，恢復(fù)成對應(yīng)于 16 種 DTMF 信號音對的 4 比特二進制碼（ D1~D4） 。 圖 23 DTMF 接收器原理圖 行頻 （ Hz） 列頻 （ Hz） 1209 1336 1477 1633 697 1 2 3 A 770 4 5 6 B 852 7 8 9 C 941 * 0 D DTMF 的檢測與識別 第 5 頁 共 39 頁 第 3 章 DTMF 信號收發(fā)方案分析 在方案分析之前，我們先介紹幾種常用的 DTMF 編解碼器。 TP5087雙音多頻編碼器 為了產(chǎn)生 DTMF 信號，現(xiàn)在有很多專用芯片， TP5087 就是其中之一。它是一個雙音多頻產(chǎn)生器，可以與一個標(biāo)準(zhǔn)的電話按鍵相連產(chǎn)生所有的雙音多頻組合，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于按鍵式新型電話機、程控交換機等通信設(shè)備和其它電子儀器，是我國優(yōu)選的通信集成電路品種。其引腳如圖 31 所示。 引出端功能說明如下： COL1? COL4： 列輸入端。它們通 過內(nèi)部電阻 Rc 保持于 VSS。當(dāng)與一行輸入相接時，該輸入將呈有效邏輯電平（近似為 VDD/2） ROW1? ROW4： 行輸入端。它們通過內(nèi)部電阻 RR保持于 VDD。當(dāng)與一行輸入相接時，該輸入將呈有效邏輯電平（近似為 VDD/2） OSC OSC0： 振蕩器輸入與輸出端，通常于兩端間外接 晶體，產(chǎn)生電路時鐘信號。 MUTE： 靜默輸出。當(dāng)無按鍵輸入時，該 CMOS 輸出端為 VSS電平，當(dāng)有一按鍵輸入時，該端呈現(xiàn) VDD電平。其輸出狀態(tài)與 INHST無關(guān)。 XMTR： 發(fā)送轉(zhuǎn)換開關(guān)。它實際是集電極接于 VDD的 雙極型晶體管之發(fā)射極輸出，若無按鍵輸入時，該輸出保持在 VDD電平；若有一按鍵輸入時，該端呈高阻態(tài)，其狀態(tài)于 INTST 無關(guān)。 INHST： 單音禁止輸入。該端通過內(nèi)部上拉電阻接于 VDD。若 INHST懸空或接至 VDD，電路可產(chǎn)生單音或 DTMF 信號，若 INTST輸入 VSS電平，則電路只會產(chǎn)生 DTMF 信號，而禁止出現(xiàn)單音。 DTMF： DTMF 信號輸出端。它實際是集電極接于 VDD的 NPN 晶體管之發(fā)射極輸出。行和列單音經(jīng)運放相加與穩(wěn)幅后，加到晶體管的基極，經(jīng)驅(qū)動而輸出。 TP5087 的應(yīng)用電路如圖 32 所示。當(dāng)按單鍵時， 產(chǎn)生 DTMF 信號；當(dāng)同時按同一列，或同一行的多個鍵時產(chǎn)生該行或該列所對應(yīng)的單音信號；當(dāng)同時按不同行不同列的兩鍵時，不產(chǎn)生信號。 DTMF 的檢測與識別 第 6 頁 共 39 頁 TP5087 的矩陣編碼表 和真值表分別 如表 31 和 32 所示。 表 31 TP5087矩陣編碼表 TP5087芯片輸出頻率精度如表 33所示。 DTMF 的檢測與識別 第 7 頁 共 39 頁 表 32 TP5087真值表 表 33 TP5087芯片輸出頻率精度表 MT8870 雙音多頻解碼器 引腳排列與功能 MT8870 是雙音多頻接收芯片，可用來完成 DTMF 信號的接收、分離和譯碼，能輸出由相應(yīng) 16 種 DTMF 頻率組合的 4 位并行二進制碼。 MT8870 的引腳排列如圖 33 所示。各主要引腳功能如表 34 所示。 DTMF 的檢測與識別 第 8 頁 共 39 頁 圖 33 MT8870引腳圖 表 34 MT8870管腳說明 IN+， IN 運放同、反相輸入端，模擬信號或 DTMF信號從此端輸入。 FB 運放輸出端，外接反饋電阻可調(diào)節(jié)輸入放大器的增益。 VRef 基準(zhǔn)電壓輸出。 IC 內(nèi)部連接端，應(yīng)接地。 OSC1， OSC0 振蕩器輸入、輸出端， 兩端外接 。 EN 數(shù)據(jù)輸出允許端，若為高電平輸入，即允許 D01D04輸出，若為低電平輸入，則禁止 D01D04輸出。 D01D04 數(shù)據(jù)輸出，它是相應(yīng)于 16種 DTMF信號（高，低單音組合）的 4位二進制并行碼，為三態(tài)緩沖輸出。 CI\GT 控制輸入，若此輸入電壓高于門限值 VTSt，則電路將接收 DTMF單音對，并鎖存相應(yīng)碼字輸出，若輸入電壓低于 VTSt，則電路不接受新的單音對。 EC0 初始控制輸出，若電路檢測出一對可識別的單音，則此端即變?yōu)楦唠娖剑?若無輸入信號或連續(xù)失真，則 EC0返回低電平。 CID 延遲控制輸出。當(dāng)一有效單音對被接收， CI超過 VTSt，輸出鎖存器被更新，則 CID為高電平，若 CI低于 VTSt，則 CID返至低電平。 VDD 接正電源，通常接 +5V。 VSS 接負電源，通常接地。 內(nèi)部結(jié)構(gòu) MT8870 是一種常用的雙音頻信號譯碼器，也是一種大規(guī)模 COMS 集成電路，主要由濾波器、譯碼器和控制電路三部分組成。其內(nèi)部邏輯框圖如圖 34所示， MT8870 芯片具有低功耗（電源電壓 5V時，消耗電流 3mA）；使用外圍元件少，外接 的晶振；采用 運算放大器，輸出放大倍數(shù)調(diào)整方便且可提高增益及輸入阻抗高等特點。 181716151413121110987654321IN+INFBVICICOSCOSCVVCI/GToECoCIDDDDDENREFSSDD01020304IODTMF 的檢測與識別 第 9 頁 共 39 頁 內(nèi)部原理分析 當(dāng)信號源發(fā)送的 DTMF 信號從 － IN 端輸入放大器后，進入開關(guān)電容組成的雙音頻高低通濾波器，它能有效的將 DTMF 信號的高頻區(qū)和低頻區(qū)區(qū)分開來。再經(jīng)過各自的濾波、整形電路后送到譯碼電路。 譯碼電路由數(shù)字檢測、編碼轉(zhuǎn)換、三態(tài)輸出電路等幾部分組成。數(shù)字檢波電路采用對輸入音頻信號進行數(shù)字計數(shù)的方式以確定 DTMF 信號的頻率并核查是否與標(biāo)準(zhǔn)的 DTMF 信號一致，在此過程中，經(jīng)過復(fù)雜的計算，給 DTMF 信號的頻率偏差提供一定的容差范圍 ，提高對干擾頻率和噪聲的抗干擾能力。輸入的 DTMF 信號被檢測到后，經(jīng)編碼轉(zhuǎn)換電路進行 8421 編碼送入鎖存器鎖存。當(dāng)輸出控制端 TOE 為高電平時， DTMF 信號所對應(yīng)的 8421 編碼即出現(xiàn)在 Q3～Q0 端。 為了對接受器的工作進行控制與協(xié)調(diào)， MT8870 芯片內(nèi)設(shè)置一系列的控制電路，當(dāng)輸入的雙音多頻信號持續(xù)的時間足夠長（一般要求大于等于 40ms）時，在整個雙音多頻信號持續(xù)時間內(nèi)，外部干擾等原因造成的瞬間間斷，接收器視為有效并實時的進行接收，否則不接收。除此之外，該芯片使用方便靈活，可以根據(jù)電路的需要設(shè)置外圍元件的參數(shù)和 選擇器件型號，如設(shè)計芯片外部定時電路等。 應(yīng)用電路 MT8870 的 DTMF 信號單端輸入的基本應(yīng)用電路如圖 35 所示，輸入的DTMF 信號經(jīng)過 C R1 輸入到 － 1N 端。 DTMF 的檢測與識別 第 10 頁 共 39 頁 圖 35 MT8870單端輸入電路 對照圖 34 內(nèi)部原理圖可知，該端是運放的反向端，該放大器的增益取決于反饋電阻 Rf 和 R1 之比。放大器的同相輸入端 +1N 與 Urff 端相連，由 Urff端提供 Udd/2 的參考電壓作為偏置電壓。 C2 和 R2 組成外部定時電路以確定芯片對輸入信號的反應(yīng)時間。 TOE 端接 Udd 端， 表示數(shù)據(jù)可以輸出到 Q3～ Q0 端。STD 端在芯片收 DTMF 信號并經(jīng)識別后，在 Q0～ Q3 送出二進制碼的時候變?yōu)楦唠娖?，因此該信號可以作為“輸出就緒”的指示信息。 MT8870 雙端輸入電路如圖 36 所示。 圖 36 MT8870雙端輸入電路 DTMF 的檢測與識別 第 11 頁 共 39 頁 MT8870的常用外圍電路如 圖 37所示。 圖 37 MT8870常用外圍電路