【正文】 電 話 線 被快速 的 斷 開(kāi) 了 兩 次 一 樣 ， 因此 老式 的電 話 機(jī) 還 能 用 拍 打 叉簧 的 辦 法 撥 號(hào) 。 從 自 動(dòng) 電 話 的制 式來(lái)分 ， 可 分 為 “ 脈沖 制 式 ” 及 “ 雙 音 頻 制 式 ” 兩種 。 該項(xiàng)設(shè)計(jì)可促進(jìn)我們學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)電子、通信產(chǎn)品的技術(shù)，培養(yǎng)和鍛煉我們電子電路設(shè)計(jì)調(diào)試、文獻(xiàn)資料檢索、電路圖繪制等多方面的能力和素質(zhì)，同時(shí)也幫助我們熟練掌握常用雙音多頻信號(hào)編解碼器和語(yǔ)音芯片的工作原理和使用方法，具有很強(qiáng)的實(shí)踐指導(dǎo)意義和實(shí)用價(jià)值。信號(hào)質(zhì)量的衰減會(huì)影響到 DTMF信號(hào)的識(shí)別。 課題意義 DTMF雙音多頻撥 號(hào)和解碼在通信系統(tǒng)及其它方面有著廣泛的應(yīng)用。文章給出了用電路圖繪制工具 Protel 99SE 繪制的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電路。研究過(guò)程中通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，對(duì)實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，并基于設(shè)計(jì)方案對(duì) DTMF 編解碼芯片及語(yǔ)音芯片進(jìn)行了分析選型和電路設(shè)計(jì)調(diào)試。 本文首先介紹了 DTMF 技術(shù)和常用的 DTMF 信號(hào)編解碼芯片，經(jīng)過(guò)選型，設(shè)計(jì)了本系統(tǒng) DTMF 信號(hào)的收發(fā)方案。 本文最后對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案作了進(jìn)一步探討設(shè)想，以拓展和優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 DTMF信號(hào)是電話網(wǎng)中常用的信令，無(wú)論是家用電話、移動(dòng)電話還是程控交換機(jī)，多采用 DTMF信號(hào)發(fā)送接收號(hào)碼。 DTMF信號(hào)的失真又會(huì)影響話音服務(wù)的質(zhì)量 。 DTMF 的檢測(cè)與識(shí)別 第 2 頁(yè) 共 39 頁(yè) 第 2 章 DTMF 技術(shù) 自動(dòng)電話的制式 要 弄 清 雙 音 頻 的 來(lái) 龍 去 脈 ， 必須 從 電 話 的制 式 談 起 。 所謂 “ 脈沖 制 式 ” ， 就 是 撥 號(hào) 的 時(shí) 候 電 話 機(jī) 發(fā) 出的 是 一 串 一 串 的 “ 無(wú) 電流 脈沖 ” 。 老式帶 有“ 撥 號(hào) 盤(pán)” 的 電 話 機(jī) 就 是 脈沖 電話 。 如撥“ 0” 的 時(shí) 候 ， 發(fā) 出 去的 兩 個(gè) 音 頻 信 號(hào) 分 別 是 941HZ和 1336HZ， 撥“ 9” 的 時(shí) 候 發(fā) 出 去 的 兩 個(gè) 音 頻 信 號(hào)分 別 是 952HZ 和 1477HZ 等等。 我們可以將脈沖撥號(hào)與雙音多頻撥號(hào)的性能進(jìn)行一個(gè)比較： （ 1）脈沖信號(hào)在線路傳輸中容易產(chǎn)生波形畸變，可能產(chǎn)生錯(cuò)號(hào)?，F(xiàn)在還以撥打電話號(hào)碼 590850 為例，在雙音多頻方式下，單頻持續(xù)時(shí)間為 120ms，位間隔為 108ms，則撥打上述電話號(hào)碼所需的時(shí)間為 120 6+108 5=1260ms=。兩個(gè)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。 根據(jù) CCITT 的建議，國(guó)際上采用的多種頻率為 687Hz、 770Hz、 852Hz、DTMF 的檢測(cè)與識(shí)別 第 4 頁(yè) 共 39 頁(yè) 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(hào)，現(xiàn)在有很多專用芯片， TP5087 就是其中之一。它們通 過(guò)內(nèi)部電阻 Rc 保持于 VSS。 MUTE： 靜默輸出。它實(shí)際是集電極接于 VDD的 雙極型晶體管之發(fā)射極輸出，若無(wú)按鍵輸入時(shí)，該輸出保持在 VDD電平；若有一按鍵輸入時(shí)，該端呈高阻態(tài)，其狀態(tài)于 INTST 無(wú)關(guān)。 DTMF： DTMF 信號(hào)輸出端。當(dāng)按單鍵時(shí)， 產(chǎn)生 DTMF 信號(hào)；當(dāng)同時(shí)按同一列，或同一行的多個(gè)鍵時(shí)產(chǎn)生該行或該列所對(duì)應(yīng)的單音信號(hào)；當(dāng)同時(shí)按不同行不同列的兩鍵時(shí)，不產(chǎn)生信號(hào)。 MT8870 的引腳排列如圖 33 所示。 VRef 基準(zhǔn)電壓輸出。 D01D04 數(shù)據(jù)輸出，它是相應(yīng)于 16種 DTMF信號(hào)（高，低單音組合）的 4位二進(jìn)制并行碼，為三態(tài)緩沖輸出。當(dāng)一有效單音對(duì)被接收， CI超過(guò) 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(shí)，消耗電流 3mA）；使用外圍元件少，外接 的晶振；采用 運(yùn)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(diǎn)。數(shù)字檢波電路采用對(duì)輸入音頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字計(jì)數(shù)的方式以確定 DTMF 信號(hào)的頻率并核查是否與標(biāo)準(zhǔn)的 DTMF 信號(hào)一致，在此過(guò)程中，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的計(jì)算，給 DTMF 信號(hào)的頻率偏差提供一定的容差范圍 ，提高對(duì)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(shè)置外圍元件的參數(shù)和 選擇器件型號(hào)，如設(shè)計(jì)芯片外部定時(shí)電路等。 C2 和 R2 組成外部定時(shí)電路以確定芯片對(duì)輸入信號(hào)的反應(yīng)時(shí)間。 圖 36 MT8870雙端輸入電路 DTMF 的檢測(cè)與識(shí)別 第 11 頁(yè) 共 39 頁(yè) 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(guò) 470K， 因 為 放 大 量 再 大 就 沒(méi) 有 必 要 了。也 就 是 取 決 于對(duì) 方按壓 的 是 哪 一 個(gè) 號(hào) 碼 鍵 ，其 對(duì) 應(yīng) 關(guān) 系 如真值表 35所 示 。接收部分用于完成 DTMF 信號(hào)的接收、分離和譯碼，并以 4 位并行二進(jìn)制碼的方式輸出。 VDD： +5V電源端。另外， MT8888 中還有兩個(gè) 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(guò)寄存器進(jìn)行設(shè)置，各寄存器的功能 如 表 37和表 38 所 示。 圖 310 MT8888 應(yīng)用電路 DTMF 信號(hào)收發(fā)方案 要檢測(cè) DTMF 信號(hào)，必須先產(chǎn)生出 DTMF 信號(hào)。初次接觸有關(guān)芯片的使用有一個(gè)熟悉過(guò)程，為使研究開(kāi)發(fā)順利進(jìn)展，我們選擇了一種更為穩(wěn)妥的設(shè)計(jì)方案：即直接用電話機(jī)通過(guò)我們做實(shí)驗(yàn)用的程控交換實(shí)驗(yàn)箱產(chǎn)生出雙音多頻信號(hào)，再用 DTMF 解碼芯片 MT8870 接收該信號(hào)，實(shí)現(xiàn)撥號(hào)顯示和號(hào)碼播報(bào)功能。 ISD1110/ISD1420 系列語(yǔ)音芯片概述 該系列語(yǔ)音 芯片的特點(diǎn)有： ◎ 使用方便的單片 8 至 20 秒語(yǔ)音錄放 ◎ 高質(zhì)量、自然的語(yǔ)音還原技術(shù) ◎ 邊沿 /電平觸發(fā)放音 ◎ 自動(dòng)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(shí)鐘，可選用外部時(shí)鐘 ◎ 無(wú)需開(kāi)發(fā)系統(tǒng) ◎ 5V單電源工作 ◎ COB， DIP， SOIC 封裝及工業(yè)級(jí) ISD1110/ISD1420 系列單片錄放時(shí)間為 8 至 20 秒，音質(zhì)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(duì)音質(zhì)僅有輕微影響。 圖 41 ISD1110/ISD1420 內(nèi)部結(jié)框圖 ISD1420 語(yǔ)音芯片功能描述 ISD1420 為美國(guó) ISD 公司出品的優(yōu)質(zhì)單片語(yǔ)音錄放電路，由振蕩器、語(yǔ)音存儲(chǔ)單元、前置放大器、自動(dòng)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(chǔ)允許使用一種單片固體電路方法完成其原本語(yǔ)音的再現(xiàn)。電路設(shè)計(jì)中，這些端的外圍上 /下拉電阻可省略，但需要仔細(xì)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(dòng)進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。電平觸發(fā)放音（ PLAYL ）此端出現(xiàn)下降沿時(shí)，芯片開(kāi)始放音。錄音指示（ RECLED ）處于錄音狀態(tài)時(shí)，此端為低，可驅(qū)動(dòng) LED。外接話筒應(yīng)通過(guò)串聯(lián)電容耦合到此端。 自動(dòng)增益控制（ AGC）： AGC 動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器調(diào)整前置增益以補(bǔ)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(yǔ)到喧嘩囂聲）時(shí)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(shí)，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(jí)芯片在整個(gè)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(gè)作用，取決于最高兩位 A A6 的狀態(tài)。 DTMF 的檢測(cè)與識(shí)別 第 20 頁(yè) 共 39 頁(yè) ISD1420 引腳功能如表 42 所示。操作模式可由微控制器實(shí)現(xiàn)，也可由硬件實(shí)現(xiàn)。 (2） 當(dāng)控制信號(hào)（ PLAYE 、 PLAYL 或 REC ）變低，同時(shí) A6 和 A7為高時(shí)，執(zhí)行操作模式?？刂贫嗣枯斎胍粋€(gè)低脈沖，內(nèi)部地址計(jì)數(shù)器就跳到下一條信息。一條信息可以完全占滿存儲(chǔ)空間，那么循環(huán)就從頭至尾進(jìn)行。當(dāng)芯片既非錄音又非放音時(shí)，將 A4 短暫拉低可使地址計(jì)數(shù)器復(fù)位為 0。 ISD1420應(yīng)用電路和時(shí)序 廠家推薦的 ISD1420 典型應(yīng)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(gòu)成振蕩器，經(jīng)分頻產(chǎn)生參考信號(hào)。 （ 4）混合電路： 將鍵盤(pán)所對(duì)應(yīng)的行、列正弦波信號(hào)（即低、高群 fL、 fH）相加，混合成雙音信號(hào)輸出。 表 51 鍵盤(pán)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(hào)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(jī)滅燈控制電路 總體電路和功能實(shí)現(xiàn) 圖 54所示為用 Protel 99SE 繪制的 DTMF 信號(hào)接收和顯示電路。撥號(hào)結(jié)束按一下滅燈按鈕，表示掛機(jī)（所有數(shù)碼管均熄滅），準(zhǔn)備下次撥號(hào)。 按鍵播報(bào) ISD1420 分段原理 我們?cè)賮?lái)看一下廠家推薦的應(yīng)用電路（圖 43），圖 中最左邊的三個(gè)按鈕 S1，S2 和 S3。 如果在放音過(guò)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(huì)結(jié)束 ， 直到這一段聲音播放結(jié)束為止 。其關(guān)系見(jiàn)公式： TQ=（ 128A7+64A6+32A5+16A4+8A3+4A2+2A1+A0） 圖 55 是 ISD1420 的分段原理圖。錄放時(shí)，將 S5 打 至 “REC”，再按住 S1， LED 亮就開(kāi)始錄音，錄音時(shí)間 至 2 秒時(shí)就必須松 開(kāi) S1,否則下一段無(wú)效。 DTMF 的檢測(cè)與識(shí)別 第 28 頁(yè) 共 39 頁(yè) 圖 55 ISD1420 分段原理圖 這里再介紹一種可分為四段的簡(jiǎn)易電路。 表 54 錄音分段編碼表 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 起始時(shí)間 語(yǔ)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(cè)與識(shí)別 第 29 頁(yè) 共 39 頁(yè) 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(guò)撥動(dòng) 4位撥碼開(kāi)關(guān)的組合，對(duì) 10段語(yǔ)音分別進(jìn)行錄音編程。錄音過(guò)程中指示燈 LED 應(yīng)點(diǎn)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