【正文】 C，電平提升為直流電后，兩個(gè)數(shù)據(jù)相加得到DTMF信號的數(shù)據(jù)。每隔一個(gè)采樣周期 Tc，指針計(jì)數(shù)器分別按各自不同的步長計(jì)數(shù)。程序中設(shè)置獨(dú)立的高頻群表格指針和低頻群表格指針，獨(dú)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(shí)子程序或定時(shí)中斷程序。 DTMF波形的計(jì)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(gè)正弦波矢量相加后得到 DTMF信號。而 8位 DA轉(zhuǎn)換電路所能表達(dá)的最大值為 281=255， n位轉(zhuǎn)換電路所能表達(dá)的最大值為 2n1， DTMF信號的最大值 4C不能超過 2n1。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。對一個(gè)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。由指定 15 的頻率反過來推得步長 N= 360fTc/δ。同理，由第一個(gè)數(shù)據(jù)起，按不同的步長 N讀下一個(gè)數(shù)據(jù)， 4S/N步后即可產(chǎn)生函數(shù)一個(gè)周期的波形，周期 = 4TcS / N，頻率 =N/4TcS。如采樣周期 Tc=10μ s，得：周期 =360Tc，頻率 =1/360Tc=278Hz。 CPU每隔恒定的時(shí)間間隔（即采樣周期 Tc），由數(shù)據(jù)表的第一個(gè)數(shù)據(jù)起，按特定的步長 N，讀下一個(gè)數(shù)據(jù)，送 DA轉(zhuǎn)換器。到 90176。角度增量δ決定了數(shù)據(jù)表的大小，一個(gè)周期數(shù)據(jù)表的大小為 360/δ。起，每增加一個(gè)單位（即角度增量）計(jì)算出一個(gè)數(shù)據(jù)，如δ =1176。范圍內(nèi)的波形。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(zhuǎn)換后可產(chǎn)生該函數(shù)在270176。的圖形左右對稱，通過相反的方向，即由后向前讀 0176。時(shí)，于 180176。 （ 4）相位為 270176。到 270176?！?90176。的圖形上下對稱，對應(yīng)數(shù)據(jù)絕對值相等，符號相反。時(shí)，于 0176。 （ 3）相位為 180176。到 180176。到 90176?！?90176?！?180176。范圍內(nèi)的波形。每次讀出的數(shù)據(jù)加 C，經(jīng) DA轉(zhuǎn)換后可產(chǎn)生函數(shù) Y=C*sin(ω t)＋ C在 0176。到 90176。到 90176。時(shí)，計(jì)算 出的數(shù)據(jù)分布為由 0到 C。對該函數(shù)經(jīng)數(shù)學(xué)分析或圖形觀察，會(huì)得出以下結(jié)論： （ 1）相位為 0176。的數(shù)據(jù)表格，經(jīng)過簡單的運(yùn)算即可得到一個(gè)周期的數(shù)據(jù)，又可減少 3/4數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)空間。為了數(shù)據(jù)表足夠大，盡量占用較小的程序存儲(chǔ)空間，實(shí)際只需制作 0176。查表方法產(chǎn)生正弦波先計(jì)算出正弦波一個(gè)周期的數(shù)據(jù)，作為產(chǎn)生波形的數(shù)據(jù)表。但前者需要編寫復(fù)雜的計(jì)算正弦波函數(shù)的程序，占用相當(dāng)?shù)某绦虼鎯?chǔ)空間，計(jì)算時(shí)間長，降低了CPU的效率，很難保證正弦波頻率的精度。 產(chǎn)生 DTMF 信號的程序設(shè)計(jì) 函數(shù) y=C*sin(ω t)＋ C 的數(shù)據(jù)表分析 正弦函數(shù) y=C*sin(ω t)的波形如圖 12。 鍵碼計(jì)算 被按下來的鍵確定下來后，接下來的工作是計(jì)算閉合鍵的鍵碼，因?yàn)橛辛随I碼，才好通過轉(zhuǎn)移指令把程序執(zhí)行轉(zhuǎn)移到閉合鍵所對應(yīng)的功能子程序中。為保證鍵掃描的正確，需進(jìn)行抖動(dòng)處理。因?yàn)槌Ｓ面I盤的鍵實(shí)際上就是一個(gè)機(jī)械開關(guān)結(jié)構(gòu) ，當(dāng)被按下的時(shí)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性及電壓突跳等原因，在觸點(diǎn)閉合或斷開的瞬間會(huì)出現(xiàn)電壓抖動(dòng)。如果沒有低電平，再輸出 0FDH，當(dāng)出現(xiàn)行線有低電平時(shí)，則閉合鍵找到，此次掃描結(jié)束。接下來就要確定被按鍵的位置。為判定有沒有鍵被按下，可先經(jīng)輸出口向所有列線輸出低電平，然后再輸入各行線的狀態(tài)。 鍵掃描 如圖 11 所示，鍵盤的行線一端經(jīng)電阻接 +5V 電源，另一端接單片機(jī) 的輸入口線。 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 圖 9 是系統(tǒng)的程序流程圖。 3．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為 單片機(jī)與鍵盤接口程序， DTMF 信 號產(chǎn)生程序設(shè)計(jì)，單片機(jī)與 D/A 接口程序設(shè)計(jì)。 圖 8 RC 低通濾波器 由圖 8 我們可以知道： 11 ωc=1/(RC)稱為截止角頻率，相應(yīng)地 fc=ωc/(2π)=1/(2πRC)稱為截止頻率。 圖 7 AT89C51 與 DACO832 的接口電路 RC 低通濾波器 由于從 DAC0832 出來的 DTMF 信號含有豐富的高頻成分，信號波形是階梯型的需要經(jīng)過一個(gè) 低通濾波器 ,使信號變得光滑與準(zhǔn)確。但是由于輸出電路是漏極開路電路，必須外接上拉電阻才能有高電平輸出。 圖 6 單片機(jī)與鍵盤的接口電路 10 AT89C51 與 DACO832的接口電路 圖 7是 AT89C51與 DACO832 的接口電路。單片機(jī)的串行口在方式 0下工作，作為同步移位寄存器使用，這時(shí)以 RXD端作為數(shù)據(jù)移位的出口，而 TXD端提供移位時(shí)鐘脈沖。2D0?) 由上式可見，輸出電壓 VO 與輸入的數(shù)字量成正比，這就實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。運(yùn)放的輸出電壓為 ??? ???? 2n2n1n1nn fREFO 2D2(DR2 RVV 圖 5 電流轉(zhuǎn)換為電壓電路 圖 5 中 1WR 、 2WR 、 XFER 接地為低電平， ILE 為高電平， DAC0832 處于直通的工作狀態(tài)。 R 為反饋電阻，由于片內(nèi)已具備反饋電阻，故可以與外接運(yùn)算放大器的輸出端短接。 17 XFER DAC0832 DAC VREF 8 9 RFB IOUT1 IOUT2 20 VCC (+5V) 13 9 精度盡可能高一些。 LE ILE amp。 VREF11 12 18 CS 2 7 6 5 4 16 15 輸 入 鎖 存 器 D D Q Q 數(shù) 據(jù) 寄 存 器 D D Q Q D7 IOUT2 為一常數(shù)與 IOUT1 之差，即IOUT1+IOUT2=常數(shù)。這時(shí) 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器就開始工作。 DAC0832 各引腳含義如下： CS 為片選信號， CS 與 ILE（輸入寄存器允許信號）合起來可對寫信號 WR1 是否起作用進(jìn)行控制。圖 4 是DAC0832 的邏輯框圖及引腳排列。本系統(tǒng)將采用大規(guī)模集成電路 DAC0832 實(shí)現(xiàn) D / A轉(zhuǎn)換 。完成這種轉(zhuǎn)換的線路有多種，特別是單片大規(guī)模集成 D / A轉(zhuǎn)換器問世，為實(shí)現(xiàn)上述的轉(zhuǎn)換提供了極大的方便。只有 VCC 電壓恢復(fù)到正常工作范圍而且在振蕩器穩(wěn)定振蕩后 ,通過硬件復(fù)位掉電模式可被終止。 掉電模式是 VCC 電壓低于電源下限 ,振蕩器停止振動(dòng) ,CPU 停止執(zhí)行指令。間歇模式是由軟件來設(shè)置的 ,當(dāng)外表 2 P3 口的第二功能 8 圍器件仍然處于工作狀態(tài)時(shí) ,CPU 可根據(jù)工作情況適時(shí)地進(jìn)入睡眠狀態(tài) ,內(nèi)部 RAM 和所有特殊的寄存器值將保持不變。 2．工作模式。 操作方法 1．程序存儲(chǔ)器加密。 2．控制口線 :PSEN(片外選取控制 )、 ALE(地址鎖存控制 )、 EA(片外存儲(chǔ)器選擇 )、RESET(復(fù)位控制 )。作為第一功能使用時(shí)操作同 P1 口。不擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí) ,P2 口也可以作為用 戶 I/O 口線使用 ,P2 口也是準(zhǔn)雙向口。 ? P1 口是專門供用戶使用的 I/O 口 ,是準(zhǔn)雙向口。 P0口也用以輸出外部存儲(chǔ)器的低 8 位地址。 1． 口線： P0、 P P P3 共四個(gè)八位口。 P0 口是三態(tài)雙向口 ,通稱數(shù) 據(jù)總線口 ,因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯ν獠看鎯?chǔ)器的讀 /寫操作。工作電壓范圍寬（ ~6V），全靜態(tài)工作，工作頻率寬在 0Hz～ 24MHz 之間，比8751/87C51 等 51 系列的 6MHz～ 12MHz 更具有靈活性 ,系統(tǒng)能快能慢。只要程序長度小于 4K，四個(gè) I/O 口全部提供給 用戶。它與 MCA51 系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替 MCS51 系列單 7 片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多 MCS51 系列產(chǎn)品沒有的功能。間歇和 掉電兩種工作方式。五個(gè)中斷源 ,兩級中斷優(yōu)先級； 32 位雙向輸入輸出線； 三級程序存儲(chǔ)器加密； 片內(nèi)有 4k 字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲(chǔ)器； AT89C51 的特點(diǎn) AT89C51 具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 在本章下面幾個(gè)小節(jié)中將根據(jù)圖 3 的硬件設(shè)計(jì)電路，對各個(gè)模塊電路進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)與分析。單片機(jī)與鍵盤的接口電路，實(shí)現(xiàn)按鍵信號的產(chǎn)生的功能， AT89C51 根據(jù)讀進(jìn)來的鍵碼來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的鍵功能向 P0 口發(fā)按鍵對應(yīng)的 DTMF 信號，數(shù)摸轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口電路主要來實(shí)現(xiàn)把 P0口發(fā)出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，最后通過 RC 低通濾波器把信號中的高頻成分濾去。 2．系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件的總體實(shí)現(xiàn) 為使產(chǎn)生的 DTMF 信號頻率誤差盡可能小，我們對該系統(tǒng)的硬件電路作了精心設(shè)計(jì)。如圖1： 表 1 電話撥號數(shù)字對應(yīng)的高低頻率組 5 主叫用戶 摘機(jī)按鍵撥號后，電話號碼所對應(yīng)的 DTMF 信號通過電話線傳到程控交換機(jī)中的 DTMF 接受電路，交換機(jī)中的微機(jī)識別被叫電話號碼后，接通主被叫用戶實(shí)現(xiàn)雙方通話。 與單音編碼不同 ,DTMF 信號是采用 8 中取 2 的方式 ,從高低兩個(gè)音組中各取一個(gè)音頻復(fù)合而成來代表 0 9 十個(gè)號碼和其他功能碼 ,再加上這 8 個(gè)音頻信號的 各頻率間不存在諧波關(guān)系 ,大大減少了虛假信號的干擾 ,因而 DTMF 信號工作可靠性特別是抗干擾能力很強(qiáng) 。根據(jù) CCITT 的建議， DTMF 的編譯碼定義如表 1 所示， 可用下式表示 f(t)＝ A_{a}sin(2 f_{a}t)+A_sin(2 f_t)) 式中兩項(xiàng)分別表示低、高音群的值， Ab 和 Aa 分別表示低音群和高音群的樣值量化基線，而且兩者幅值比為 K=Ab /Aa (K)。只要采樣周期足夠小和表格足夠大，就可保證正弦波的精度。由于前者需要編寫復(fù)雜的計(jì)算正弦波函數(shù)的程序，占用相當(dāng)?shù)某绦虼鎯?chǔ)空間，計(jì)算時(shí)間長，降低了 CPU 的 效率，很難保證正弦波頻率的精度。 用單片機(jī)來產(chǎn)生 DTMF 信號主要方法有 通過脈寬調(diào)制、增量調(diào)制生成雙音多頻信號或先通過編寫計(jì)算正弦函數(shù)的子程序，然后調(diào)用函數(shù)把計(jì)算得到的數(shù)據(jù)經(jīng) DAC 轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生DTMF 信號。 目前，大多數(shù)的 DTMF 信號的產(chǎn)生都是采用專用芯片 MT5087， MT8880 等，這種方法信號編碼產(chǎn)生速度快但有很大的局限性，如果音頻信號頻率的改變應(yīng)用于別的系統(tǒng)時(shí)，專用芯片就發(fā)揮不了作用了 ,其次是要實(shí)現(xiàn)用戶多路雙音多頻信號發(fā)送比較困難。 電話中的雙音多頻信號有兩種用途：一是用于雙音多頻信號的撥號，去控制交換機(jī)接通被叫的用戶電話機(jī)；二是利用雙音多頻信號遙控電話機(jī)各種動(dòng)作，如播放留言，語音信箱。由美國 ATamp。 最后對單片機(jī)產(chǎn)生的DTMF 信號的誤差進(jìn)行了分析，并介紹了有 MT8870 組成的 DTMF 解碼系統(tǒng)的硬件和軟件。 1 目 錄 摘要 ………………………………………………………………………… 1 引言 ………………………………………………………………………… 2 1. DTMF 信號介紹 ……………………………………………………… 3 DTMF 信號特性 …………………………………………………………… 3 DTMF 信號的應(yīng)用 ………………………………………………………… 4 2. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ………………………………………………………… 5 系統(tǒng)硬件的 總體實(shí)現(xiàn) ……………………………………………… 5 中央控制器 —— AT89C51 ………………………………………… 6 數(shù)摸轉(zhuǎn)換器 —— DAC0832 ………