【正文】 DTMF 信號系統(tǒng)是一個典型的小型信號處理系統(tǒng)，它要用數(shù)字方法產(chǎn)生模擬信號并進(jìn)行傳輸，其中還用到了 D/A 變換器；在接收端用 A/D 變換器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并進(jìn)行數(shù)字信號處理。T 貝爾公司實驗室研制，并用于電話網(wǎng)絡(luò)中。燕山大學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 題目： DTMF 電話中的撥號信號 發(fā)生與檢測系統(tǒng) 仿真 設(shè)計 學(xué)院（系）： 電氣工程學(xué)院 年級專業(yè)： 09級儀表（ 2）班 學(xué) 號： 090103020204 學(xué)生姓名： 吳季哲 指導(dǎo)教師： 謝平 吳曉光 教師職稱： 教授 講師 燕山大學(xué)課程設(shè)計（論文）任務(wù)書 院（系）：電氣工程學(xué)院 基層教學(xué)單位：自動化儀表系 學(xué) 號 090103020204 學(xué)生姓名 吳季哲 專業(yè)（班級） 09級儀表 2班 設(shè)計題目 DTMF 電話中的撥號信號 發(fā)生與檢測系統(tǒng) 仿真 設(shè)計 設(shè) 計 技 術(shù) 參 數(shù) 采樣頻率是 8000Hz； 每 125ms 輸出一個樣本 ； 所用頻率： 697Hz、 770Hz、 852Hz、 942Hz、 1209Hz、 1336Hz、 1477Hz、633Hz 設(shè) 計 要 求 設(shè)計一個電話撥號模擬系統(tǒng) 設(shè)計一個檢測系統(tǒng) 繪制接收到信號的頻譜圖 撰寫設(shè)計報告 工 作 計 劃 周一， 設(shè)計一個電話撥號模擬系統(tǒng) ；周二， 設(shè)計一個檢測系統(tǒng) ；周三、四， 繪制接收到信號的頻譜圖 ；周五， 撰寫設(shè)計報告 。這種信號制式具有很高的撥號速度，且容易自動檢測識別，很快就代替了原有的用脈沖計數(shù)方式的撥號制式。 本文主要介紹 用 MATLAB 在計算機(jī)上對雙音多頻的信令產(chǎn)生及檢測接收系統(tǒng)進(jìn)行了仿真測試。 自 1876 年美國貝爾發(fā)明電話以來，電話交換技術(shù)發(fā)展主要經(jīng)歷了三 個階段：人工交換、機(jī)電交換、電子交換。這種交換機(jī)雖然實現(xiàn)了自動接續(xù)，但存在著速度慢、效率低、雜音大與機(jī)械磨損嚴(yán)重等缺點。 本文主要闡述 GOERTZEL 算法在雙音撥號系統(tǒng)中的應(yīng)用，并利用 Matlab的強(qiáng)大功能，用軟件實現(xiàn) DTMF（雙音多頻）信號的檢測。信息可以通過電信號進(jìn)行傳送、交換、存儲、提取等。離散時間信號只被定義在一種特定的時間瞬間集合上，表現(xiàn)為具有連續(xù)數(shù)值范圍的數(shù)值序列。 數(shù)字通信 抗干擾能力強(qiáng)、無噪聲積累，由于數(shù)字信號的幅值為有限個離散值 (通常取兩個幅值 )，在傳輸過程中雖然也受到噪聲的干擾，但當(dāng)信噪比惡化到一定程度時，即在適當(dāng)?shù)木嚯x采用判決再生的方法，再生 成沒有 噪聲干擾 的和原發(fā)送端一樣的數(shù)字信號，所以可實現(xiàn)長距離高質(zhì)量的傳輸。設(shè)備中大部分 電路 是 數(shù)字電路，可用大規(guī)模和 超大規(guī)模集成電路 實現(xiàn)，因此體積小、功耗低。隨著寬頻帶信道 (光纜 、數(shù)字微波 )的大量利用以及 數(shù)字信號處理 技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電話的帶寬問題已不是主要問題了。存在著兩種數(shù)字濾波器的的基本類型： 無限長單位沖擊響應(yīng)（ IIR） 濾波器 和有限長單位沖擊響應(yīng)（ FIR） 濾波器。之所以要在頻域內(nèi)對信號進(jìn)行描述，因為在實現(xiàn)信號處理時，通常都利用以頻率響應(yīng)形式描述的系統(tǒng)。具有周期 T0(秒 )周期信號 x(t)，其基本的數(shù)學(xué)表達(dá)式為具有系列定義的傅立葉級數(shù)： ????? ?? k tjkekctx )( () 式中 Ck為傅立葉級系數(shù)，第 k 個傅立葉系數(shù) Ck可以表示為 dttxTC t tjkk e? ??? 00)(1 () 用周期信號的傅立葉級數(shù)通過極限的方法導(dǎo)出的非周期信號的頻譜表示式，稱燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 頁 共 32 頁 8 為傅立葉變換 ： 傅立葉逆變換： ??? ?????? dXtx etj)(21)( ? () 傅立葉正變換： )(?X = dttf e tj??????? )( () Z 變換及系統(tǒng)函數(shù) 對于離散時間系統(tǒng)來說，與拉普拉斯對應(yīng)的變換是是 Z 變換， Z 變換提供了離散時間信號和系統(tǒng)的頻域描述，并為數(shù)字濾波器的設(shè)計和實現(xiàn)，提供了有力的工具。 燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 頁 共 32 頁 9 離散系統(tǒng)傅立葉變換（ DFT） 離散傅立葉變換是針對有限長序列或周期序列從存在的，相當(dāng)把序列的連續(xù)傅立葉變換加以抽樣，頻率的離散化造成時間函數(shù)也呈周期，故級數(shù)應(yīng)限制在一個周期內(nèi)。每一位號碼由兩個不同的單音頻組成，所有的頻率可分成高頻帶和低頻帶兩組。 雙音多頻（ DTMF）信號的產(chǎn)生 DTMF 編碼器基于兩個二階數(shù)字正弦波振蕩器，一個用于產(chǎn)生行頻，一個用于產(chǎn)生列頻。具體數(shù)字對應(yīng)的兩個頻率如表 所示。這種方法要占用一定的存儲空間，但是速度快。用數(shù)字方法進(jìn)行檢測，需要將接 收到的 模擬音頻信號進(jìn)行 A/D 變換，恢復(fù)為數(shù)字信號，然后檢測其中的音頻頻譜來確定所發(fā)送的數(shù)字。這是因為只有時域及頻域都是離散的情況下，才能適合于在計算機(jī)上運算；也就是周期的離散時間信號與離散頻率間的變換對。現(xiàn) 序列的周期為 NT，所以對頻譜取樣的間距是 NT1 。復(fù)數(shù)運算實際上是由實數(shù)運算來完成的，因此上式可寫成： ???? 10 )()( Nn nkNWnxkX }][]Re [}{)]([)](Re [{10 nkNNn nkN WmjWnxmjnx ????? ? ??]}R e [)]([][)](( R e [])[)]([]R e [)]({ ( R e [10nkNnkNNnnkNnkNWnxmWmnxjWmnxmWnx???????? ??? () 由此可見，一次復(fù)數(shù)乘法 需用四次實數(shù)乘法和兩次實數(shù)加法；一次復(fù)數(shù)加法則需兩次復(fù)數(shù)加法。仔細(xì)觀察 DFT 的運算量可以看出，利用系數(shù)的以下固有特性，可以減少 DFT 的運算量。如果按時間抽取的 FFT 算法，系統(tǒng)的運算量是 NN 2log ，運算量明顯比 DFT 運算量減少。 燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 頁 共 32 頁 15 5 雙音多頻（ DTMF）系統(tǒng)的 Matlab 實現(xiàn) Matlab 簡介 MATLAB 是由美國 mathworks 公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。 燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 頁 共 32 頁 16 它有如下的特點： （ 1） 功能強(qiáng)的數(shù)值運算 ― 在 MATLAB 環(huán)境中，有超過 500 種數(shù)學(xué)、統(tǒng)計、科學(xué)及工程方面的函數(shù)可使用，函數(shù)的標(biāo)示自然，使得問 題和解答像數(shù)學(xué)式子一般簡單明了，讓使用者可全力發(fā)揮在解題方面，而非浪費在電腦操作上。 （ 5） 豐富的程式工具箱 ― MATLAB 的程式工具箱融合了套裝前軟體的優(yōu)點，與一個靈活的開放但容易操作之 環(huán)境，這些工具箱提 供了使用者在特別應(yīng)用領(lǐng)域所需之許多函數(shù)。人們從此不再需要死記硬背大量的命令，取而代之的是可以通過窗口、菜單、按鍵等方式來方便地進(jìn)行操作。 燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 頁 共 32 頁 18 燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 頁 共 32 頁 19 雙音多頻（ DTMF）系統(tǒng)的仿真 DTMF 信號的產(chǎn)生與識別仿真實驗在 MATLAB 環(huán)境下進(jìn)行 ，編寫仿真程序，運行程序，送入電話號碼，程序自動產(chǎn)生每一位號碼數(shù)字相應(yīng)的 DTMF信號， 產(chǎn)生頻率普圖， 并送出雙頻聲音，再用 DFT 進(jìn)行譜分析， 在 GUI 界面上 顯示每一位號碼數(shù)字的 DTMF 信號的 DFT 幅度譜 。 試驗結(jié)果表明基于 MATLAB 的 DTMF 編解碼具有速度快、精度高、穩(wěn)定性好以及便于靈活應(yīng)用等特點。在整個設(shè)計過程中，我學(xué)習(xí)到了許多東西，同時也鍛煉了獨立思考和設(shè)計能力，使自己明白了學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作和生活中都應(yīng)該不斷學(xué)習(xí)，提高自身的知識水平和綜合素質(zhì)。gui_Name39。gui_OpeningF39。gui_LayoutF39。 if nargin amp。 else gui_mainf(gui_State, varargin{:})。 function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles) %按鍵 4對應(yīng)功能 f1=[697,770,852,941]。 sound(x,8000)。k39。) fftx=abs(fft(x))。 plot(t,fftx)%grid。ylabel(39。,4) num=get(,39。 if n=11。 set(,39。)。string39。,nu)。 x = sin(2*pi*n*f1(4)/8000) + sin(2*pi*n*f2(3)/8000)。xlabel(39。|X(k)|39。 t=n/N*8000。39。 n=length(num)。)。39。),get(,39。string39。 n=0:1023。 plot(n,x)%grid。ylabel(39。 N=length(x)。k39。) set(,39。)。數(shù)字框已滿！ 39。,39。string39。 set(,39。 f2=[1209,1336,1477,1633]。 axes()。)。 axes()。xlabel(39。|X(k)|39。string39。 errordlg(39。string39。 else nu=strcat(get(,39。))。 end function pushbutton4_Callback(hObject, eventdata, handles) %按鍵 5對應(yīng)功能 f1=[697,770,852,941]。 sound(x,8000)。k39。) fftx=abs(fft(x))。 燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 頁 共 32 頁 26 plot(t,fftx)%grid。ylabel(39。,5) num=get(,39。 if n=11。 set(,39。)。string39。,nu