【文章內(nèi)容簡介】 76。范圍內(nèi)的波形。 （ 3）相位為 180176。～ 270176。時，于 0176?！?90176。的圖形上下對稱，對應數(shù)據(jù)絕對值相等，符號相反。讀數(shù)據(jù)表的方向與 0176?！?90176。相同，每次讀出的數(shù)據(jù)符號取反再加 C，經(jīng) DA轉換后可產(chǎn)生該函數(shù)在 180176。到 270176。范圍內(nèi)的波形。 （ 4）相位為 270176?！?360176。時，于 180176。～ 270176。的圖形左右對稱，通過相反的方向，即由后向前讀 0176。到 90176。的數(shù)據(jù)表，每次讀出的數(shù)據(jù)符號取反再加 C，經(jīng) DA轉換后可產(chǎn)生該函數(shù)在270176。到 360176。范圍內(nèi)的波形。 函數(shù) Y=C*sin(ω t)＋ C的頻率計算 Y=C*sin(ω t)＋ C的相位由 0176。起，每增加一個單位（即角度增量）計算出一個數(shù)據(jù)，如δ =1176。，共可得到 360個數(shù)據(jù)，由此制作一個大小為包含 360個數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表。角度增量δ決定了數(shù)據(jù)表的大小，一個周期數(shù)據(jù)表的大小為 360/δ。實際只需制作 0176。到 90176。的數(shù)據(jù)表，大小為 S=90/δ，由于起點也是一個數(shù)據(jù)，表格實際大小比 S多 1個單元。 CPU每隔恒定的時間間隔（即采樣周期 Tc），由數(shù)據(jù)表的第一個數(shù)據(jù)起，按特定的步長 N，讀下一個數(shù)據(jù)，送 DA轉換器。 N=1時每讀一個數(shù)據(jù)，表格指針前進一 步，即讀出相鄰的下一個數(shù)據(jù)，表格大小 /步長 =S/N=90步后，即可產(chǎn)生函數(shù) 1/4周期的波形， 4S/N=360步后，即可產(chǎn)生一個周期的波形。如采樣周期 Tc=10μ s，得：周期 =360Tc，頻率 =1/360Tc=278Hz。 CPU由第一個數(shù)據(jù)起， N=2時每讀一個數(shù)據(jù)，表格指針前進兩步，即間隔一個數(shù)據(jù)讀一個數(shù)據(jù)， 4S/N=360/2=180步后即可產(chǎn)生一個周期的波形周期 =180Tc，頻率 =1/180Tc=556Hz。同理，由第一個數(shù)據(jù)起，按不同的步長 N讀下一個數(shù)據(jù)， 4S/N步后即可產(chǎn)生函數(shù)一個周期的波形，周期 = 4TcS / N，頻率 =N/4TcS。表格大小 S=90/δ、步長 N和采樣周期 Tc決定了頻率，即頻率 f= N/4TcS =Nδ / 360 Tc。由指定 15 的頻率反過來推得步長 N= 360fTc/δ。 根據(jù)香儂定理，正弦波一個周期內(nèi)的采樣次數(shù)必須大于 2，才可反應原函數(shù)的頻率特性，一般要求采樣次數(shù)要大于 5。對一個特定頻率的正弦函數(shù)，合理選擇步長 N和采樣周期 Tc，很易滿足這一條件。 DTMF波形振幅的計算 函數(shù) Y=C*sin(ω t)，振幅為 C，對應交流電信號的峰峰值為 2C。為滿足 CPU的輸出特性，電平提升 為直流電后的函數(shù)為 Y=C*sin(ω t)＋ C，最大值為 2C，最小值為 0。 DTMF信號是由兩個頻率不同、幅度相同的正弦波疊加而成， YDTMF=C*sin(ω 1t)+C*sin(ω 2t)＋ 2C，它的最大值是 4C，最小值為 0。而 8位 DA轉換電路所能表達的最大值為 281=255， n位轉換電路所能表達的最大值為 2n1， DTMF信號的最大值 4C不能超過 2n1。所以振幅 C ≤（ 2n1） /4，取整為 C=2n21， 8位 DA轉換時的振幅 C=261=63。 DTMF波形的計算 在高頻群和低頻群中分別 產(chǎn)生一種頻率的正弦波，兩個正弦波矢量相加后得到 DTMF信號。由于電路的角度增量δ、表格的大小 S和采樣周期 Tc為同一固定參數(shù)，只能通過改變步長 N的方法來實現(xiàn)頻率的變化。程序中設置獨立的高頻群表格指針和低頻群表格指針，獨立的高頻群步長寄存器和低頻群步長寄存器，以及產(chǎn)生采樣周期 Tc的延時子程序或定時中斷程序。沒有內(nèi)嵌定時器的 CPU可用延時子程序，具有內(nèi)嵌定時器的 CPU可用簡單的定時中斷程序。每隔一個采樣周期 Tc，指針計數(shù)器分別按各自不同的步長計數(shù)。當表格指針超過數(shù)據(jù)表的任何一個端點時，需改變讀表方向，表格指針增量 計數(shù)改為減量計數(shù)，減量計數(shù)改為增量計數(shù)。讀出由兩個指針指定的數(shù)據(jù)后再分別加 C，電平提升為直流電后，兩個數(shù)據(jù)相加得到DTMF信號的數(shù)據(jù)。 CPU連續(xù)地讀出數(shù)據(jù)，經(jīng) DA轉換后產(chǎn)生對應頻率的 DTMF信號的波形。改變步長寄存器，可產(chǎn)生 16種不同頻率組合的 DTMF信號的波形。 產(chǎn)生 DTMF 信號的流程圖 在本系統(tǒng)中我取表格的長度 S=144，采樣周期 Tc=65us, δ =， 有 N= 360fTc/δ可得八個頻率對應的步長見表 3： 圖 13是產(chǎn)生一個特定頻率的正弦信 號的流程圖。 16 圖 13 產(chǎn)生一個特定頻率正弦波的流程圖 DTMF 信號是有兩個特定頻率的正弦波疊加而成的，圖 14 是產(chǎn)生 DTMF 信號的流程圖。 17 圖 14 產(chǎn)生 DTMF 信號的流程圖 單片機與 D/A 接口程序設計 通過 CLR 指令使 口發(fā)低電平給 1WR 、 2WR 、 XFER ，使 DAC0832 處于直通狀態(tài)，然后單片機每隔 65us發(fā)數(shù)據(jù)給 DAC芯片。圖 15是單片機與 DA接口程序設計流程圖。 18 4． 系統(tǒng)有效性驗證 DTMF 信號頻率誤差分析 用數(shù)學的方法求得的數(shù)據(jù)，包括角度增量δ、數(shù)據(jù)表中的每一數(shù)據(jù)和步長 N=360fTc/δ，可能包含小數(shù)部分。 CPU無法表達小數(shù)，必須四舍五入，從而產(chǎn)生誤差。通過程序產(chǎn)生的Y=C*sin(ω t)＋ C的實際頻率計算如下： CPU一個采樣周期 Tc讀一次數(shù)據(jù)，指針前進一個步長的相位增加α =N*δ =90N/S，角速度ω =α /Tc=90N/ Tc. S ，周期 T=360/ω =4Tc S/N，實際頻率 f=1/ T=N/4Tc S ，從而可計算取整產(chǎn)生的頻率誤差。取 Tc=65us， S=144， N有表 3可知，由此我們可得實際頻率如表 4： 分析表中的數(shù)據(jù)我們可以知道通過讀正弦表產(chǎn)生的 DTMF 波形的實際頻率誤差都要小于國際標準最大頻差 %。圖 16 是本系統(tǒng)發(fā) 3 碼這個 DTMF 信號的波形。圖 17 是標準的發(fā) 3 碼這個 DTMF 信號的波形。圖 18 產(chǎn)生信號的誤差值。我們可以知道系統(tǒng) 發(fā)的信號的時域圖與標準的幾乎一致，最大誤差也沒超過 12，因此用這種方法產(chǎn)生的 DTMF 信號具有很大的實用性。 19 圖 16 Y=63*sin(2*pi*694*t)+63*sin(2*pi*1469*t)+128 的波形 圖 17 Y=63*sin(2*pi*697*t)+63*sin(2*pi*1477*t)+128 的波形 20 圖 18 產(chǎn)生信號的誤差值 DTMF 信號接收系統(tǒng)的結構 雖然通過示波器我們可以觀測信號的波形與頻率，但為了能夠更好的驗證 DTMF 信號的有效性，可以設計一個常用的 DTMF 波形的接受電路，然后單片機讀取 MT8870 解出的碼，最后由單片機把讀到的信號在數(shù)碼管上顯示。這樣就可以很清楚知道發(fā)碼是否準確。 在本節(jié)下面幾個小節(jié)中將詳細介紹 DTMF 信號接受系統(tǒng)的 硬件和軟件設計。 MT8870的介紹 DTMF信號接收器又稱為 DTMF解碼器，它的功能是把 DTMF信號變換為二進制數(shù)字信號 。利用這些數(shù)字信號借助邏輯電路進行控制，在程控電話系統(tǒng)中它往往接在交換機中。目前雙音多頻產(chǎn)品多屬于 CMOS 集成產(chǎn)品，國際上一些主要器件產(chǎn)品廠商或公司均有代表性的 DTMF接收器。如 MITEL公司 MT8870、 M8870、 MH88305與 MK5091等。這些 DTMF產(chǎn)品集成度高、體積小、抗干擾能力強，并且中間傳輸?shù)氖莾蓚€音頻信號，最后輸出的是二進制編碼信號，便于與微型計算機接口。 本系統(tǒng)選取的 MT8870是 MITEL公司生產(chǎn)的 DTMF信號接收器。 MT8870的內(nèi)部集頻帶分離濾波器與數(shù)字解碼功能為一體 ，濾波部分用開關電容技術，分成高頻群及低頻群濾波器，解碼器使用數(shù)字計數(shù)器技術檢測把全部 16個 DTMF音調(diào)解碼成四位二進制碼（見表 5，表示電話機鍵盤上各按鍵對應的二進制碼）。由于它內(nèi)部有差動放大器、時鐘振蕩器和鎖存三態(tài)總線接口，所以減少了該集成電路外部器件的數(shù)目。（其內(nèi)部結構見附錄 4） 21 MT8870的引腳見圖 19。 圖 19 MT8870的引腳 MT8870各引腳功能如下：腳 1 （ IN+）為運算放大器同相輸入端；腳 2 （ IN ）為運算放大器反相輸入端；腳 3 （ GS）為增益選擇，它為內(nèi)部運算放大器的輸出端與前端連接反饋電阻提供通道；腳 4（ VREF）為基準電壓輸出端，標準值 VDD/2用來給內(nèi)部運放輸入端加偏置；腳 5和腳 6（ IC）為內(nèi)部連接端，大多接到 VSS。腳 7（ OSC1）和腳（ OSC2）分別為時鐘輸入端及時鐘輸出端，這兩腳之間接一個 。腳 9（ VSS）為負電源輸入端，大多數(shù)情況該端接公共地。腳 10（ TOE）為三態(tài)輸出使能輸入端，該端為邏輯高時使能 Q0Q3有輸出。腳 1114（ Q0Q3）為三態(tài) 數(shù)據(jù)輸出端，當 TOE為使能時，提供與最接近接收到的有效音調(diào)對相對應的四位二進制碼。腳 15（ STD）為延時導引輸出端，當一個被收到的音調(diào)對已被寄存并且鎖存器的輸出已被校正時，該端為邏輯高，當 STD/GT端電壓降到低于 VRS時，該端轉換為邏輯低。腳 1（ EST）為早期導引輸出端，表示有效音調(diào)頻率的檢測。一旦數(shù)字算法檢測到一個有效的音調(diào)對（信號狀態(tài)），該端就出現(xiàn)高電平，信號狀態(tài)的任何減小將導致 EST轉換為邏輯低。腳 17（ STD/GT）為導引輸入 /保護時間輸出。它是一個雙向端， STD檢測出一個大于 VTts的電壓，器件 寄存所檢測到的音調(diào)對并校正鎖存器輸出； STD端檢測出一個小于 VTts 的電壓，器件自由地接收一個新的音調(diào)對。GT輸出的作用是重復外部導引時間常數(shù)。腳 18（ VDD）為正電源輸入端，規(guī)定 VDD 為 5V。 MT8870電路的基本特性是提供 DTMF信號分離濾波和譯碼功能，輸出相應的 16種DTMF頻率組合的 4位并行二進制碼（如表 5）。電路輸出的二進制碼 D1— D4由數(shù)據(jù)輸出允許端 TOE控制。 TOE為高電平時， D0D3輸出與當前輸入的 DTMF信號相對應的二進制碼；當TOE為低電平時， D0— D3端呈高阻狀態(tài)。運放和 R R C1組成一反相放大器，對輸入的DTMF信號進行隔離放大，其增益 K=— R2/R1，改變 R2的值可變增益的大小，但增益不宜過大，一般 K值取為 1— 5，輸入的 DTMF信號的幅度應在 — 883mV之間。 4端為 VREF為基準電壓輸出端，取值 VDD/2=； 5端和 6端（ IC端）為內(nèi)部電路連接點，必須與 VSS相連，三腳相連后接公共地； 7端與 8端外連接 ； STD（ 15）為控制輸入延遲端， EST（ 16）為初始控制輸出端， S/GT（ 17）為控制輸入 /時間監(jiān)表 5 MT8870 輸出代碼與電話鍵盤上的按鍵的關系 22 測輸出端。 DTMF 信號接收系統(tǒng)的硬件結構 圖 20是 DTMF信號接受系統(tǒng)的硬件結構圖。 輸入的 DTMF信號經(jīng) MT8870解調(diào)后，在 STD端產(chǎn)生一個控制輸出信號，該信號輸出端與單片機 AT89C51的外部中斷輸入端 1INT 相連 ，當該信號發(fā)生由 1到 0的跳變時，中斷標志 IE1（中斷安排為下降沿觸發(fā)方式），設置中斷標志為 1，當 AT89C51響應中斷后，產(chǎn)生一個 RD信號，信號經(jīng)相反之后使 MT8870的 TOE端產(chǎn)生一個高電平脈沖信號， 該信號使 MT8870的數(shù)據(jù)輸出端 Q0— Q3由原來的高阻狀態(tài)變?yōu)榕c當前輸入的雙音頻信號相對應的二進制編碼信號， AT89C51通過 P0口將該二進制數(shù)讀入。單片機根據(jù)讀入的二進制數(shù)，通過 。