【正文】 電 話 線 被快速 的 斷 開 了 兩 次 一 樣 ， 因此 老式 的電 話 機 還 能 用 拍 打 叉簧 的 辦 法 撥 號 。 從 自 動 電 話 的制 式來分 ， 可 分 為 “ 脈沖 制 式 ” 及 “ 雙 音 頻 制 式 ” 兩種 。 該項設計可促進我們學習開發(fā)電子、通信產(chǎn)品的技術，培養(yǎng)和鍛煉我們電子電路設計調(diào)試、文獻資料檢索、電路圖繪制等多方面的能力和素質，同時也幫助我們熟練掌握常用雙音多頻信號編解碼器和語音芯片的工作原理和使用方法，具有很強的實踐指導意義和實用價值。信號質量的衰減會影響到 DTMF信號的識別。 課題意義 DTMF雙音多頻撥 號和解碼在通信系統(tǒng)及其它方面有著廣泛的應用。文章給出了用電路圖繪制工具 Protel 99SE 繪制的系統(tǒng)實現(xiàn)電路。研究過程中通過查閱相關文獻資料，對實現(xiàn)方案進行了分析設計，并基于設計方案對 DTMF 編解碼芯片及語音芯片進行了分析選型和電路設計調(diào)試。 本文首先介紹了 DTMF 技術和常用的 DTMF 信號編解碼芯片，經(jīng)過選型，設計了本系統(tǒng) DTMF 信號的收發(fā)方案。 本文最后對系統(tǒng)實現(xiàn)方案作了進一步探討設想，以拓展和優(yōu)化系統(tǒng)設計。 DTMF信號是電話網(wǎng)中常用的信令，無論是家用電話、移動電話還是程控交換機，多采用 DTMF信號發(fā)送接收號碼。 DTMF信號的失真又會影響話音服務的質量 。 DTMF 的檢測與識別 第 2 頁 共 39 頁 第 2 章 DTMF 技術 自動電話的制式 要 弄 清 雙 音 頻 的 來 龍 去 脈 ， 必須 從 電 話 的制 式 談 起 。 所謂 “ 脈沖 制 式 ” ， 就 是 撥 號 的 時 候 電 話 機 發(fā) 出的 是 一 串 一 串 的 “ 無 電流 脈沖 ” 。 老式帶 有“ 撥 號 盤” 的 電 話 機 就 是 脈沖 電話 。 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?，F(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=。兩個單音頻的頻率不同，代表的數(shù)字或實現(xiàn)的功能也不同。 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。 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。 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。它們通 過內(nèi)部電阻 Rc 保持于 VSS。 MUTE： 靜默輸出。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。 DTMF： DTMF 信號輸出端。當按單鍵時， 產(chǎn)生 DTMF 信號；當同時按同一列，或同一行的多個鍵時產(chǎn)生該行或該列所對應的單音信號；當同時按不同行不同列的兩鍵時，不產(chǎn)生信號。 MT8870 的引腳排列如圖 33 所示。 VRef 基準電壓輸出。 D01D04 數(shù)據(jù)輸出，它是相應于 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。當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。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。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準的 DTMF 信號一致，在此過程中，經(jīng)過復雜的計算，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。除此之外，該芯片使用方便靈活，可以根據(jù)電路的需要設置外圍元件的參數(shù)和 選擇器件型號，如設計芯片外部定時電路等。 C2 和 R2 組成外部定時電路以確定芯片對輸入信號的反應時間。 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。 通 常 R2選 100K?~200K?， 最 大不 要 超 過 470K， 因 為 放 大 量 再 大 就 沒 有 必 要 了。也 就 是 取 決 于對 方按壓 的 是 哪 一 個 號 碼 鍵 ，其 對 應 關 系 如真值表 35所 示 。接收部分用于完成 DTMF 信號的接收、分離和譯碼，并以 4 位并行二進制碼的方式輸出。 VDD： +5V電源端。另外， MT8888 中還有兩個 4 位的收、發(fā)控制寄存器 CRA 和 CRB。這三種工作模式均可通過寄存器進行設置，各寄存器的功能 如 表 37和表 38 所 示。 圖 310 MT8888 應用電路 DTMF 信號收發(fā)方案 要檢測 DTMF 信號，必須先產(chǎn)生出 DTMF 信號。初次接觸有關芯片的使用有一個熟悉過程，為使研究開發(fā)順利進展，我們選擇了一種更為穩(wěn)妥的設計方案：即直接用電話機通過我們做實驗用的程控交換實驗箱產(chǎn)生出雙音多頻信號，再用 DTMF 解碼芯片 MT8870 接收該信號，實現(xiàn)撥號顯示和號碼播報功能。 ISD1110/ISD1420 系列語音芯片概述 該系列語音 芯片的特點有： ◎ 使用方便的單片 8 至 20 秒語音錄放 ◎ 高質量、自然的語音還原技術 ◎ 邊沿 /電平觸發(fā)放音 ◎ 自動節(jié)電，維持電流 ◎ 不耗電信息保存 100 年 (典型值 ) ◎ 100,000 次錄音周期（典型值） ◎ 多段信息處理，可分 1 至 80/160 段 ◎ 片內(nèi)免調(diào)整時鐘，可選用外部時鐘 ◎ 無需開發(fā)系統(tǒng) ◎ 5V單電源工作 ◎ COB， DIP， SOIC 封裝及工業(yè)級 ISD1110/ISD1420 系列單片錄放時間為 8 至 20 秒，音質好。 ISD1110/ISD1420 系列有唯一的錄音控制和邊緣 /電平觸發(fā)兩種放音制式。采樣頻率從 、 到，對音質僅有輕微影響。 圖 41 ISD1110/ISD1420 內(nèi)部結框圖 ISD1420 語音芯片功能描述 ISD1420 為美國 ISD 公司出品的優(yōu)質單片語音錄放電路，由振蕩器、語音存儲單元、前置放大器、自動增益控制電路、抗干 擾濾波器、輸出放大器組成。直接模擬存儲允許使用一種單片固體電路方法完成其原本語音的再現(xiàn)。電路設計中，這些端的外圍上 /下拉電阻可省略，但需要仔細考慮靜態(tài)電流的影響。 錄音（ REC ）： 低電平有效。 REC 的上升沿有 50 毫秒防顫，防止芯片自動進入節(jié)電狀態(tài)。電平觸發(fā)放音（ PLAYL ）此端出現(xiàn)下降沿時，芯片開始放音。錄音指示（ RECLED ）處于錄音狀態(tài)時，此端為低，可驅動 LED。外接話筒應通過串聯(lián)電容耦合到此端。 自動增益控制（ AGC）： AGC 動態(tài)調(diào)節(jié)器調(diào)整前置增益以補償話筒輸入電平的寬幅變化，使得錄制變化很大的音量（從耳語到喧嘩囂聲）時失真都能保持最小。 模擬輸出（ ANA OUT）： 前置放大器輸出。該電容和本端的 3KΩ輸入阻抗給出了芯片頻帶的附加低端截止頻率。錄音時，它們都呈高阻態(tài)；節(jié)電模式下，它們保持為低電平。工業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi)，頻率變化在 +5%內(nèi)，建議使用穩(wěn)壓電 源。 地址（ A0～ A7）： 地址端有兩個作用，取決于最高兩位 A A6 的狀態(tài)。 DTMF 的檢測與識別 第 20 頁 共 39 頁 ISD1420 引腳功能如表 42 所示。操作模式可由微控制器實現(xiàn)，也可由硬件實現(xiàn)。 (2） 當控制信號（ PLAYE 、 PLAYL 或 REC ）變低，同時 A6 和 A7為高時，執(zhí)行操作模式。控制端每輸入一個低脈沖，內(nèi)部地址計數(shù)器就跳到下一條信息。一條信息可以完全占滿存儲空間，那么循環(huán)就從頭至尾進行。當芯片既非錄音又非放音時，將 A4 短暫拉低可使地址計數(shù)器復位為 0。 ISD1420應用電路和時序 廠家推薦的 ISD1420 典型應用電路如圖 43 所示。 圖 51 DTMF 發(fā)送電路原理框圖 DTMF 發(fā)送器的原理框圖主要包括： （ 1）晶體振蕩器： 外接晶體（通常采用 ）與片內(nèi)電路構成振蕩器，經(jīng)分頻產(chǎn)生參考信號。 （ 4）混合電路： 將鍵盤所對應的行、列正弦波信號（即低、高群 fL、 fH）相加，混合成雙音信號輸出。 表 51 鍵盤控制接口功能真值表 輸入 行 列 R1 R2 R3 R4 C1 C2 C3 C4 發(fā)送 fL（ HZ） 697 770 852 941 頻率 fH（ HZ） 1209 1336 1447 1633 表 52 BCD 碼控制接口功能真值表 BCD 碼輸入 發(fā)送頻率 R1 R2 R3 R4 fL（ HZ） fH（ HZ） 0 0 0 0 941 1336 0 0 0 1 697 1209 0 0 1 0 697 1336 0 0 1 1 697 1477 0 1 0 0 770 1209 0 1 0 1 770 1336 0 1 1 0 770 1477 0 1 1 1 852 1209 1 0 0 0 852 1336 1 0 0 1 852 1477 DTMF 信號接收和按鍵顯示 模塊電路和功能 DTMF 接收器外圍電路如圖 52 所示。 圖 53 移位顯示和掛機滅燈控制電路 總體電路和功能實現(xiàn) 圖 54所示為用 Protel 99SE 繪制的 DTMF 信號接收和顯示電路。撥號結束按一下滅燈按鈕，表示掛機（所有數(shù)碼管均熄滅），準備下次撥號。 按鍵播報 ISD1420 分段原理 我們再來看一下廠家推薦的應用電路（圖 43），圖 中最左邊的三個按鈕 S1，S2 和 S3。 如果在放音過程中 24 腳變成了高電平 ， 那么它仍然是處于放音狀態(tài)的 ， 放音并不會結束 ， 直到這一段聲音播放結束為止 。其關系見公式： TQ=（ 128A7+64A6+32A5+16A4+8A3+4A2+2A1+A0） 圖 55 是 ISD1420 的分段原理圖。錄放時，將 S5 打 至 “REC”，再按住 S1， LED 亮就開始錄音，錄音時間 至 2 秒時就必須松 開 S1,否則下一段無效。 DTMF 的檢測與識別 第 28 頁 共 39 頁 圖 55 ISD1420 分段原理圖 這里再介紹一種可分為四段的簡易電路。 表 54 錄音分段編碼表 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 起始時間 語音信息 0 0 0 0 0 0 0 0 0S 0 0 0 0 1 0 0 0 0 2S 1 0 0 1 0 0 0 0 0 4S 2 0 0 1 1 0 0 0 0 6S 3 0 1 0 0 0 0 0 0 8S 4 0 1 0 1 0 00 0 0 0 10S 5 0 1 1 0 0 0 0 0 12S 6 0 1 1 1 0 0 0 0 14S 7 1 0 0 0 0 0 0 0 16S 8 1 0 0 1 0 0 0 0 18S 9 DTMF 的檢測與識別 第 29 頁 共 39 頁 上表中 ，“ 0” 表示該地址線的狀態(tài)為低電平 ，“ 1” 表示該地址線的狀態(tài)為高電平 。通過撥動 4位撥碼開關的組合，對 10段語音分別進行錄音編程。錄音過程中指示燈 LED 應點亮。注意由于 /PLAYE 是脈沖觸發(fā)，不是電平觸發(fā)，因12348765S W D I P 4R11 0 KR21 0 KR31 0 KR41 0 KV C CS1P L A Y LS2P L A Y LS3R E C O R DD1LEDC70 . 0 0 1 u FR91KR61 0 0 KR71 0 0 KR81 0 0 KV C CV C CV C