双音多频收号器的设计.doc

目 录
一、设计目的 3
二、设计要求 3
三、设计原理 3
3.1 双音多频信号产生流程 3
3.2双音多频信号的识别 4
3.3 双音多频信号的特性 4
3.4 双音多频收发原理 4
3.4.1 双音多频发送器 5
3.4.2 双音多频接收器 6
3.5 双音多频发送接收器 MT8888 6
3.5.1基本功能 6
3.5.2工作原理 8
四、设计内容 11
4.1 MT8888与80C32的接口 11
4.2 MT8888的程序 13
五、设计过程中的问题与解决方案 15
六、课程设计设计心得 15
七 、参考文献 16

摘 要
双音多频，由高频群和低频群组成，高低频群各包含4个频率。一个高频信号和一个低频信号叠加组成一个组合信号，代表一个数字。DTMF信号有16个编码。利用DTMF信令可选择呼叫相应的对讲机。双音多频信号（DTMF），电话系统中电话机与交换机之间的一种用户信令，通常用于发送被叫号码。在使用双音多频信号之前，电话系统中使用一连串的断续脉冲来传送被叫号码，称为脉冲拨号。脉冲拨号需要电信局中的操作员手工完成长途接续(早期方法，很老很古董)。 　　双音多频信号是贝尔实验室明的，其目的是为了自动完成长途呼叫。双音多频的拨号键盘是4×4的矩阵，发每一行代表一个低频，每一列代表一个高频。每按一个键就发送一个高频和低频的正弦信号组合，比如'1'相当于697和1209赫兹(Hz)。交换机可以解码这些频率组合并确定所对应的按键
DTMF信号即双音频信号，最先用于程控电话交换系统来代替号盘脉冲信号，主叫用户摘机按键拨号后，电话号码所对应的DTMF信号通过电话线传到程控交换机中的DTMF接受电路，交换机中的微机识别被叫电话号码后，接通主被叫用户实现双方通话。DTMF信号还用于自动控制系统，如果把DTMF的发送电路用于主控系统，接收电路用于被控系统，就可以方便地组成有线或无线通信系统，其通道数视需要而定，16通道以内每通道只需编一位号码即可，若需要更多通道，则可像电话号码编号一样编为两位或两位以上的号码。

双音多频收号器的设计
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一、设计目的
掌握双音多频收发原理和设计方法，并用集成芯片MT8888实现。
二、设计要求
1、 阐述双音多频收发的基本原理
2、 采用专用芯片MT8888实现双音多频收号器的设计
三、设计原理
3.1 双音多频信号产生流程
DTMF编码器基于两个二阶数字正弦波振荡器，一个用于产生行频，一个用于产生列频。向DSP装入相应的系数和初始条件，就可以只用两个振荡器产生所需的八个音频信号。典型的DTMF信号频率范围是700~1700Hz，选取8000Hz作为采样频率，即可满足Nyquist条件。DTMF双音频信号由两个二阶数字正弦振荡器产生，一个用来产生行音频信号，另一个产生列音频信号。　CCITT规定每秒最多按10个键，即每个键时隙最短为100MS，其中音频实际持续时间至少为45MS，不大于55MS，时隙的其他时间内保持静默，因此按键产生双音频信号时，相继的两个信号间隔一段时间；解码器利用这个时间识别出双音频信号，并转换成对应的数字信息，而且要识别出间隙信息。因此流程包含音频任务和静默任务，前者是产生双音频采样值，后者产生静默样值，每个任务结束时，要重置定时器和下一个任务。其中静默任务还要加上一个任务：从数字缓冲区取出数字并解包。解包就是将数字映射为对应的行列音频特性，装载指针指向振荡器特征表对应的正确位置。两个任务轮流执行。由CCITT（国际电报电话咨询委员会）的规定，数字之间必须有适当长度的静音，因此编码器有两个任务，其一是音频信号任务，产生双音样本，其二是静音任务，产生静音样本。每个任务结束后，启动下一个任务前（音频信号任务或静音任务），都必须复位决定其持续时间的定时器变量。在静音任务结束后，DSP从数字缓存中调出下一个数字，判决该数字。信号所对应的行频和列频信号，并根据不同频率确定其初始化参数。
3.2双音多频信号的识别
DTMF信号包含两组音频信号，解码器的任务是通过数学变换把它从时域转化到频域，然后得出对应的数字信息。由于芯片处理的是数字信号，所以必须把输入信号数字化，再用DSP芯片处理。频率检测时，检测出DTMF信号的基波及二次谐波，DTMF信号只在基波上有较高的能量，而话音信号则是在基波上叠加有较强的二次谐波，检测二次谐波的作用是用来区分DTMF信号与语言和音乐信号。
3.3 双音多频信号的特性
DTMF是由低频组（fb）和高频组（fa）两组频率信号构成，每个数字信号由低频组合高频组的任意一个叠加而成。根据CCITT的建议，DTMF的编译码定义可用下式表示 f(t)=A_{a}sin(2f_{a}t)+A_{b}sin(2f_{b}t) 式中两项分别表示低、高音频的值，Ab好Aa分别表示低音群合高音群的样值量化基线，而且两者幅值比为K=Ab/Aa(0.7<K<0.9)。同时规定，对应于DTMF编译码中的标称频率在发送时，DTMF信号的频率偏差不应当超过1.5%，每位数字的信号极限时长应该大于40ms，而接收设备对2%的偏差应能可靠地接收，对30ms~40ms时长的信号可以正常地接收。与单音编码不同，DTMF信号是采用8中取2的方式，从高低两个音组中各取一个音频复合而成来代表0-9十个号码和其他功能码，再加上这8个音频信号的各频率同不存在谐波关系，大大减少了虚假信号灯干扰，因而DTMF信号工作可靠性特别是抗干扰能力很强。
3.4 双音多频收发原理
双音多频（DTMF——Dual Tone Multifrequency）电路是在电话机、程控交换机及无线通信设备中应用较为广泛的集成电路，它包括DMTF发送器和DTMF接收器。DTMF发送器主要用于按键式电话机作DTMF发号器，根据不同的按键发出相应的一组DTMF信号。DTMF接收器主要用于程控交换机和无线通信设备DTMF收号器。
双音多频，由高频群和低频群组成，高低频群各包含4个频率。一个高频信号和一个低频信号叠加组成一个组合信号，代表一个数字。DTMF信号有16个编码。利用DTMF信令可选择呼叫相应的对讲机 。双音多频信号（DTMF），电话系统中电话机与交换机之间的一种用户信令，通常用于发送被叫号码。在使用双音多频信号之前，电话系统中使用一连串的断续脉冲来传送被叫号码，称为脉冲拨号。脉冲拨号需要电信局中的操作员手工完成长途接续(早期方法，很老很古董)。双音多频信号是贝尔实验室发明的，其目的是为了自动完成长途呼叫。 　　双音多频的拨号键盘是4×4的矩阵，每一行代表一个低频，每一列代表一个高频。每按一个键就发送一个高频和低频的正弦信号组合，比如'1'相当于697和1209赫兹(Hz)。交换机可以解码这些频率组合并确定所对应的按键。

低群∕Hz
高群∕Hz
1209
1336
1477
1633
697
1
2
3
A
770
4
5
6
B
852
7
8
9
C
941
*
0
#
D
3.4.1 双音多频发送器
DTMF发送器将于按键对应的数码转换为DTMF信号输出，它的原理框图如图1所示，主要包括：
（1）、晶体振荡管
外接石英晶体（通常采用3.58MHz）与片内电路构成晶体振荡器，产生参考信号。

图1 DTMF发送器原理框图

（2）、行列计数器
行、列计数器实际是一种分频比可变的分频器，根据不同的按键改变分频比，对参考信号分频，产生正弦波生成电路的输入时钟频率，
（3）、正弦波生成电路
这部分由正弦波编码器和D/A变换电路组成，由输入时钟频率控制生成行、列正弦波单音信号。
（4）、混合电路
这部分电路将生成的行、列正弦信号相加，合成双音信号输出。
3.4.2 双音多频接收器
DTMF接收器接收来自通道的DTMF信号，经处理后输出二进制码，其原理框图如下图2所示：

图2 DTMF接收器原理框图
它主要包括DMTF分组滤波器和DMTF译码器。DTMF信号先经高、低频组带通滤波器分别对高低频信号进行限幅、频率检测，并经译码后输出4位二进制码。
3.5 双音多频发送接收器 MT8888
3.5.1基本功能
MT8888是一种具有Intel微处理器接口的功能较强的双音多频(DTMF)发送和接收器件。可用于寻呼系统、交换机系统和移动通信、转帐卡系统、互接拨号器、数字通信和计算机等领域。其主要功能有：(1)完整的DTMF发送和接收功能；(2)高速Intel微处理器接口；(3)可工作于自动音频突发模式；(4)可调整保护时间；(5)呼叫音检测到-30dBm。　　MT8888引脚排列如图3所示。各引脚功能如下：

图3 MT8888引脚图
　IN+、IN-(1，2)—运放的同相和反相输入端；GS(3)—增益选择端。在该引脚与IN-引脚间接反馈电阻可调节运放增益；Vref(4)—基准电压输出端。通常为VDD/2，作为运放的偏置电压；VSS(5)—芯片电源负端，接地；OSC1、OSC2(6、7)—时钟或振荡器的输入、输出端。两引脚间接3.579545MHz晶体与内部电路构成芯片振荡器；若由外部电路提供时钟，则OSC2引脚开路；TONE(8)—DTMF信号输出端，也可通过编程设置为单音输出；(9)—微处理器写输入端，低电平有效，与TTL电平兼容；(10)—片选信号输入端，低电平有效。该引脚可由微处理器的地址锁存信号(ALE)直接提供；RS0(11)—寄存器选择控制输入端；(12)—微处理器读输入端，低电平有效，与TTL电平兼容；/CP(13)—中断请求信号，为开漏输出。在中断模式下，当一个有效DTMF信号突发发送或接收时，输出低电平信号。若控制寄存器设定电路工作于呼叫处理(CALL)模式和中断使能，则该端输出代表运放输入的方波信号音，但该信号频率必须落在呼叫处理滤波器的带宽内；D0～D3(14-17)—数据总线，与TTL电平兼容。输入需发送的DTMF编码或输出译码的DTMF信号数据。当CS=1时呈高阻状态；Est(18)—初始控制输出。若电路检测到一种有效的单音对时，Est为高电平；若信号丢失，则Est返回低电平；St/GT(19)—控制输入/时间监测输出。若St电压大于门限VTSt，电路寄存被检测的DTMF单音对，并更新输出锁存器内容。若St电压低于VTSt，则电路不接收一新单音对，GT输出的作用是设置外部时间监测常数；VDD(20)—芯片电源正端，典型值为+5V。
3.5.2工作原理
　　MT8888是集DTMF发送和接收功能的器件，内带呼叫处理滤波器。接收部分与DTMF接收器件MT8870类似，发送部分包括行、列计数器和D/A变换器，另外增加了一些控制寄存器和接口、数据总线缓冲器，很容易实现与微处理器的直接接口，其功能框图如图4所示。MT8888通过微处理器接口可以由RS0、、、D0～D3等信号选择与设定内部寄存器，并控制电路的工作状态或工作模式。它共有5个不同作用的寄存器：发送数据寄存器(TDR)、接收数据寄存器(RDR)、状态寄存器(SR)、控制寄存器A(CRA)和控制寄存器B(CRB)，其控制关系如表1所示。
表1　内部寄存器控制关系
RSO
WR
RD
功 能
0
0
1
数据写入TDR
0
1
0
数据从RDR读出
1
0
1
数据写入SR
1
1
0
数据从SR读出

图4　MT8888内部功能框图
MT8888共有6种工作模式，它们分别为：
　　(1)DTMF模式：发送与接收DTMF信号。输入数据经TDR控制可编程行、列计数器、D/A变换器，合成需要发送的DTMF信号。或DTMF信号经拨号音抑制、分离带通滤波器、监频与确认，译成相应的4比****，经RDR输至数据总线。DTMF编译码对应关系如表2所示。
表2　DTMF编译码对应关系
双频健频
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
*
#
A
B
C
D
十进制数
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
11
12
13
14
15
0
(2)呼叫处理(CALL)模式：电路可以检测电话呼叫过程中的各种信号音，只要信号的频率落在320Hz-510Hz范围内，片内呼叫处理滤波器便可滤出。经限幅得到的方波信号，由/CP端输出，以用于微处理器对呼叫性质和类别进行判断。若无信号滤出，则/CP端始终保持低电平。
　　(3)突发(BURST)模式：在DTMF模式下，工作于突发状态，信号突发和暂停时间各为51±1ms;在CALL模式下，工作于突发状态，信号突发和暂停时间各为102±2ms，此时电路只可发送DTMF信号，但不能接收。
　　(4)单/双音(S/)产生模式：电路可产生单音或DTMF信号(由CRB控制)，用于测试和监测。
　　(5)测试(TEST)模式：使电路从DTMF接收部分得到延迟监测信号，并从/CP端输出。
　　(6)中断模式：此模式下若选择DTMF状态，当DTMF信号被接收或出现在监测时间内，或准备发送更多数据(突发模式下)时，则/CP端下接至低电平。
　　各种模式的选择由控制寄存器(CRA和CRB)的相应位完成，如表3和表4所示。状态寄存器SR各位所表示的关系如表5所示。

表3　控制寄存器A(CRA)的功能
位
符号
功　　　能
b0
TOUT
信号音输出控制。高电平有效，该位控制所有信号的发送。
b1
CP/
呼叫处理或DTMF模式选择。低电平为DTMF模式；高电平为CALL模式。可检测呼叫信号音，从/CP端输出方波(IRQ=1时)
b2
IRQ
中断允许位。高电平有效，使电路工作于中断模式。
b3
RSEL
寄存器选择位。高电平时，下一个写周期选CRB，继而写周期返回选CRA。
表4　控制寄存器B(CRB)的功能
位
符号
功　　　能
b0

突发模式选择位。低电平选择突发模式。此时数据写入TDR，产生突发/暂停各为51±1ms的DTMF信号，然后更新SR，使TDR准备接收下一指令。若中断允许，则产生中断；若CALL模式允许，则产生102±2ms扩展突发信号。
b1
TEST
测试方式控制。高电平设定电路工作于测试方式。
b2
S/
单/双音产生选择位。低电平设定电路产生DTMF信号；高电平设定电路列或行(由C/位决定)单音频信号输出。
b3
S/
列或行单音选择。高电平选择列单音输出；低电平选择行单音输出。该位与S/位一起使用。
表5　状态寄存器(SR)的功能
位
名称
状态标志设定
状态标志清除
b0
中断请求
中断发生，b1或b2置位
中断禁止，SR读出后清除
b1
突发模式下TDR空
暂停时间结束，准备发送新数据
SR读完数据后清除
b2
RDR满
RDR已有有效数据
SR读完数据后清除
b3
延迟控制
设定无DTMF信号有效检测功能
清除有效DTMF信号检测功能
四、设计内容
4.1 MT8888与80C32的接口
　　MT8888提供了与微处理器相连的接口，以对其发送、接收和工作模式进行控制。MT8888可与Intel微处理器直接接口，即使使用16MHz的单片机80C51，也无需插入等待周期。与其它微处理器接口时，则必须通过转换构造MT8888所需的时序。图5为MT8888的控制时序图。

图5　MT8888控制时序

图6（后附）是MT8888与单片机80C32的接口电路原理图，由于可以直接接口，因此，无需构造控制信号。图中两片MT8888(S1和S2)共用一个时钟振荡器。单片机的P0.0～P0.3口接4位数据总线，片选信号由单片机的地址锁存信号ALE提供，读写信号由微处理器的读写信号和译码信号经或门后产生。寄存器选择信号接到地址线P2.0口，这样，对每一片MT8888均有两个地址。两个中断信号经与门后送至单片机的INT1引脚。电路中扩展了一片74365是用于软件判断是哪一路MT8888产生的中断而扩展的。当MT8888向单片机80C32发出中断请求信号后，CPU响应中断，执行中断服务程序。在中断服务程序中，首先读取74365的内容，以判断是哪一路MT8888所发出的中断请求后，再读取该路MT8888的状态寄存器，使中断自动清除以等待下一双音频信号。由于读完状态寄存器后，其内容即自动清除，重新读状态寄存器的内容是无效的，因此，应先将状态寄存器内容暂存于缓冲区内，再对标志位进行判断该中断信号是发送中断还是接收中断，以执行下一步的操作。需要注意的是，单片机80C32的INT1中断方式应设置为电平中断，才能同时检测两片MT8888的中断请求，防止信号丢失。
　　若将MT8888设置于呼叫处理工作模式，则通过对一定时间内中断次数的判断可以识别不同的呼叫信号音，如振铃、回铃音、忙音、空号音以及拥塞音等。
　　软件程序包括MT8888初始化子程序、发送数据子程序和中断服务子程序。另外，在设计硬件电路时，由于MT8888发送DTMF信号同时又送到MT8888输入端，这样导致在发送数据时，要引起接收数据中断，为了正确判断，在程序中设置一个发送数据标志tflang,当tflag=1时，MT8888为处于发送数据状态。

4.2 MT8888的程序
MT8888(S1)初始化子程序
　　mov dptr,#a001h
　　movx a@dptr　;读状态寄存器SR
　　mov a,#00h
　　movx a@dptr,a　;写控制寄存器
　　movx a@dptr,a　;写控制寄存器
　　mov a,#08h
　　movx a@dptr,a　;写控制寄存器A
　　mov a,#00h
　　movx @dptr,a　;写控制寄存器B
　　movx a,@dptr　;读状态寄SR
　　mov a,#0dh　;设置MT8888工作方式
　　movx @dptr,a　;写控制寄存器A
　　mov a,#00h
　　movx @dptr,a　;写控制寄存器B
　　ret
　　MT8888(s1)数据发送子程序
　　入口参数：(r0)—待发送的DTMF数据。
Sendr02:
　　mov a,r0
　　mov dptr,#a000h
　　movx@dptr,a　;待发送数据送至TDR
　　ret
80C32 INT1中断服务子程序
int1:clr ea　；关中断
　　mov dptr,#8000h　；读取74365内容
　　movx a,@dptr
　　jb acc.0,path1　；转第1路MT8888
　　jb acc.2,path2　；转第2路MT8888
　　ljmp end
path1:mov a,tflag　；判断工作方式标志字
　　cjne a,#01h,rece1
　　mov dptr,#a001h
　　movx a,@dptr　；读状态寄存器SR，清中断
　　anl a,#02h
　　cjne a,#02h,end
　　setb transend　；发送结束标志置位
　　ljmp end
recel:mov dptr,#a001h
　　movx a,@dptr　；读状态寄存器SR，清中断
　　mov dptr,#a000h
　　movx a,@dptr　；读DTMF信号的数据编码
　　mov r0,a　；结果存于r0
　　setb receiend　；收到结果标志置位
　　ljmp end
path2: mov a,tflag　；判断工作方式标志字
　　cjne a,#01h,rece1
　　mov dptr,#a001h
　　movx a,@dptr　；读状态寄存器SR，清中断
　　anl a,#02h
　　cjne a,#02h,end
　　setb transend　；发送结束标志置位
　　ljmp end
recel:mov dptr,#a001h
　　movx a,@dptr　；读状态寄存器SR，清中断
　　mov dptr,#a000h
　　movx a,@dptr　；读DTMF信号的数据编码
　　mov r0,a　；结果存于r0
　　setb receiend　；收到结果标志置位
　　ljmp end
end: setb ea　；开中断
reti
五、设计过程中的问题与解决方案
在设计过程中不免遇到各种问题，这次也不例外。
（1）在设计过程中，先上网查阅资料和阅读相关方面的书籍，了解到双音多频收号器的原理和MT8888芯片的功能和结构。可是面对设计时，依然比较迷茫，对设计要求不能深刻理解。通过同学间的讨论，慢慢的定下了设计的思路。
（2）通过多方面找资料，终于确定设计方案。但是面对画电路图时，遇到了大问题。虽然以前用过Protel99这一软件，可长时间没用了，很是陌生。通过查资料看书，在同学的帮助下，重新掌握了。此外，由于Protel99元件库的匮乏不全，有些元件无法找到。通过查阅资料，了解MT8888芯片与80C32芯片个引脚的特性及各参数，最终才完成电路图。
（3）在设计中，运用到了单片机和微机原理的知识，需对MT8888进行软件编程。由于单片机和微机原理知识有限，感到很吃力。通过看书和上网查阅这方面知识，逐渐有了眉目，最后编写出来了。
六、课程设计设计心得
经过这两个星期的综合课程设计，我学到了很多，这是个很好的机会将我们所需知识与实践联系起来，很有利于我们学习和对所学知识的认识以及理解。通过老师的讲解，上网查阅资料，图书馆借阅相关书籍，多方面了解到双音多频收发原理，以及MT8888芯片，不仅体现我们所学的《现在交换技术的》，更是对所学的一种扩展和延伸。同时通过对MT8888程序的编写，加固了自己对危机原理知识的学习。还有使我对Protel99有了更深的了解和运用。
同时，作为一名大三的学生，由于经验的缺乏和实践的不足，设计过程中有很多困惑和麻烦，让我认识到自己的不足，对所学知识掌握很不扎实，不能深入理解，以致遇到很多问题会显得无从下手。更体会到书本与实践的区别，很多知识自己学过也知道，但偏偏不会运用，很多知识只能纸上谈兵。所学知识的相互独立，不能建立系统的知识体系。
通过这次课程设计，也让我自我反省，作为一位大三学生，要多将自己所学理论知识与实践相结合，要主动积极去学习去思考，在生活中运用做学知识。
此外，很感谢老师和同学的帮助，让我顺利完成这次课程设计！
七 、参考文献
（1）张继荣等 《现在交换技术》 西安电子科技大学出版社，2005年
（2）叶 敏 《程控数字交换与交换网》 北京邮电大学出版社，1999年
（3）彭楚武 《微机原理与接口技术》 湖南大学出版社，2004年
（4）曾屹 《单片机原理与应用》 中南大学出版社，2009年
E.材料充分打匀后放入面粉，调至材料呈粘糊状。F.除了眼睛及嘴巴四周外，整个脸全部涂匀，脸上肌肉不要动，静待30～40分钟，等材料干后再用温水洗净。洗脸后如果用芦荟化妆水保养，不但效果倍增，肌肤也变得光滑、亮丽。
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