第3章 DTMF收发号
3.1 关于本章
本章对DTMF收发号原理进行介绍，旨在帮助读者理解DTMF是如何产生及其主要
作用。具体包括以下内容：
●功能介绍
●业务受益
●可用性
●功能流程
●数据配置
●业务交互
●FAQ
3.2 功能介绍
3.2.1 定义
在一些特殊的应用中，网络需要移动用户通过按键来进行一些交互操作，如充值、
拨打总机后再拨打分机号码、拨打客服中心1860等。DTMF就是为了满足这种需
求而产生的。
DTMF（Dual Tone Multi-Frequency）双音多频是一个带内信令系统，它是网络中
终端设备发出的一种信令。只有在语音或语音与数据交互业务中才可以使用DTMF。
用户通过按终端设备键（比如手机上的0-9，*，#等键）就可以产生一个DTMF信
令。
3.2.2 实现原理
DTMF是终端设备产生的一种带内信令系统，终端设备要有发送DTMF消息的能力，
网络侧必须支持双向的DTMF传输能力（即从终端到网络和从网络到终端）。DTMF
协议控制流程如下。
1. 移动终端发起START DTMF消息
用户在移动终端上按某个键，移动终端在已建立的FACCH信道上发送一个START
DTMF消息，该消息包含将被传输的DTMF数字值（0-9，A，B，C，D，*，#），
在一个START DTMF消息中只能包含一个数字。一旦发送了START DTMF消息移动终端将启动一个定时器。
当发送完一个START DTMF消息后，移动终端只有收到网络侧STOP DTMF ACK 消息或者START DTMF REJECT消息或者其定时器超时后才可以发送另外一个START DTMF消息。如果定时器超时，移动终端将结束本次DTMF流程，且不重发任何消息。
2. 网络响应START DTMF消息
网络一旦收到START DTMF消息，将进行如下处理：
●将收到的DTMF数字转化为一个适合远端用户的DTMF音；
●或者将其转化为带外消息发送给远端设备。
然后向移动终端返回一个START DTMF ACK消息。如果网络不能接受START DTMF消息，将返回一个START DTMF REJECT消息给移动终端。终端收到网络侧发的消息后将停止定时器。
3. 移动终端发送STOP DTMF消息
当用户需要释放DTMF发送时（如释放被按下的键），移动终端将向网络发送STOP DTMF消息。一旦发送该消息后，移动终端将启动另外一个定时器。如果移动终端收到START DTMF ACK消息，它也只能发送一个STOP DTMF消息给网络。如果定时器超时，移动终端将结束本次DTMF流程，不会重发任何消息。
4. 网络响应STOP DTMF消息
网络收到STOP DTMF消息后将做如下处理：
●停止放DTMF音；
●或者向远端方发送一个带外消息。
然后向移动终端返回一个STOP DTMF ACK消息，同时停止定时器。
其实现流程如图3-1、图3-2所示。
图3-1单个DTMF消息传输
图3-2多个DTMF消息传输
如果网络产生DTMF音，它必须保证有最小的放音时长和在两个连续的DTMF音之
间有最小的时间间隔。
3.3 业务受益
3.3.1 对运营商
通过DTMF，运营商可以实现很多智能业务，比如1860、自动充值、话务小秘书等
各类业务，无需人工干预就可以方便快捷地实现各种增值业务。节约运营成本，提
升服务质量，增强运营商的竞争力。
3.3.2 对移动用户
用于用户而言，只要通过终端键盘就可以方便快捷地实现各类业务，如可以通过拨
打1860，然后根据语音提示就可以查询和开通所需业务，也可以通过充值卡进行网
上充值。
3.4 可用性
3.4.1 适用市场
该业务适用于GSM和UMTS网络。
3.4.2 软件需求
使用该业务无需要安装其他特殊的软件。无LICENSE控制。
3.4.3 硬件需求
不需要增加其他硬件资源。
3.5 功能流程
3.5.1 单个DTMF消息传输流程
单个DTMF消息传输流程如图3-3所示。
图3-3单个DTMF消息传输流程
(1) 用户在终端键盘上按下任意一键X（X属于0-9，A，B，C，D，*，#），MMI
向终端设备发送一个按键消息；
(2) 终端设备将其解释为向网络发送START DTMF消息，消息中包含X键值，并
启动一定时器；
(3) BSS/RNS透传START DTMF消息到MSC；
(4) MSC根据用户的当前状态作出不同的响应处理：
●如果接受此次DTMF消息请求，MSC将向远端方发送一个DTMF消息，消息
中包含该键值，远端方根据键值做出相应的响应；或者向远端用户放DTMF
音；
●如果拒绝此次DTMF消息请求，MSC将向BSS/RNS返回一个START DTMF
REJECT消息。（图中未标出）
(5) 如果接受请求，MSC向BSS/RNS发出响应消息START DTMF
ACKNOWLEDGE；
(6) BSS/RNS透传START DTMF ACKNOWLEDGE消息到终端设备；
(7) 终端设备收到响应消息后，停止定时器，并向MMI发送ACKNOWLEDGE消
息；
(8) 用户释放按键X，向终端设备发送按键释放消息；
(9) 终端设备将其解释为向网络发送STOP DTMF消息，同时启动一定时器；
(10) BSS/RNS透传STOP DTMF消息到MSC；
(11) MSC收到STOP DTMF消息后将其发送到远端方；
(12) MSC向BSS/RNS发送STOP DTMF ACKNOWLEDGE消息；
(13) BSS/RNS透传STOP DTMF ACKNOWLEDGE消息到终端设备；
(14) 终端设备收到STOP DTMF ACKNOWLEDGE消息后，停止定时器，并向MMI
发送响应消息。
说明：
用户可能进行快速按键，终端设备还没有收到网络的START DTMF
ACKNOWLEDGE响应，此时终端缓存释放消息，收到START DTMF
ACKNOWLEDGE消息后再发送STOP DTMF消息，其流程如图3-4所示。
图3-4单个DTMF消息传输流程-快速按键
3.5.2 多个DTMF消息传输流程
用户可以快速地按下多个键，此时终端设备会缓存这些键值，然后依次发给网络。
多个DTMF消息传输流程如图3-5所示。
图3-5多个DTMF消息传输流程
T1定时器：放音的最小时长。该定时器开启后即开始放音，在放音期间将会缓存收到的STOP DTMF消息，直到该定时器超时，即放音结束后才处理缓存的消息。
T2定时器：两个音之间的最小间隔，即上一个DTMF音结束到下一个DTMF音开始之间的最小时间间隔。放音结束后启动该定时器，在该定时器运行期间收到的START DTMF消息也将缓存，超时后处理缓存的消息。
由于有些终端设备不具备缓存功能，导致在很短的时间内网络侧收到大量的START DTMF消息，而每个DTMF放音又有最小的放音时长，两个DTMF音之间又有最小的时间间隔，因此网络侧必须缓存这些消息。为了适应不同的终端设备需求，MSOFTX3000通过软参来控制是否缓存这些消息。
3.6 数据配置
3.6.1 MSOFTX3000数据配置
1. DTMF放音最小时长配置
MSOFTX3000通过软参P32的Bit3和Bit4两位来控制START DTMF和STOP
DTMF之间的时间间隔。其取值有以下四种：
00：200ms，01：400ms，10：600ms，11：800ms
默认值为11，即DTMF放音时长为800ms。
2. 两个DTMF音之间最小间隔时长配置
MSOFTX3000通过软参P170的Bit0和Bit1两位来控制连续两个DTMF音之间的
最小间隔时长。其取值有以下四种：
00：100ms，01：200ms，10：300ms，11：400ms
默认值为11，即连续两个DTMF音之间间隔为400ms。
3. DTMF消息缓存配置
MSOFTX3000通过软参P32的Bit2来控制是否将MS发过来的DTMF消息进行缓
存并自动作相应的处理。其取值为0（缓存）和1（不缓存），默认值为1。
3.6.2 数据配置实例
1. 查询软参值
如查询P32号软参值：
LST MSFP: ID=P32;
2. 修改软参值
●缓存DTMF消息，即将P32号软参的Bit2的值改为0，按位修改：
MOD MSFP: ID=P32, MODTYPE=P1, BIT=2, BITVAL=0;
●将DTMF放音最小时长设置为400ms，即将P32号软参Bit3改为1，Bit4改
为0，按位修改：
MOD MSFP: ID=P32, MODTYPE=P1, BIT=3, BITVAL=1;
MOD MSFP: ID=P32, MODTYPE=P1, BIT=4, BITVAL=0;
3.7 业务交互
3.8 FAQ
1. 问题描述
某移动用户拨打PSTN通话后，没有进行HOLD操作，直接进行DTMF拨号，比
如连续拨95212300，再按拨号键。这时可能在发送这8个号码过程中，又会在出
现中间又插入Hold消息，进行补充业务操作。出现后续的放音操作失败情况。
2. 处理步骤
将P32号软参的Bit2的值改为0即可解决这个问题。
这是DTMF和Call Hold补充业务交互上的问题，由于手机发送了START DTMF
消息后，没有发送STOP DTMF消息，而直接发送了Hold消息；或者STOP DTMF
消息在Hold消息之后。此时MSOFTX3000需要对Hold消息进行缓存，处理完所
有的DTMF消息后再进行Hold消息的处理。
第1章绪论 双音多频DTMF（Dual Tone Multi-Frequency）信令，就是用两个频率——行频和列频来表示机键盘上的一个数字。双音多频信号是音频中的拨号信号，由美国AT&T贝尔公司实验室研制，并用于网络中。这种信号制式具有很高的拨号速度，且容易自动监测识别，很快就代替了原有的用脉冲计数方式的拨号制式。逐渐在全世界围使用在按键式机上，这种双音多频信号制式不仅用在网络中，还可以用于传输十进制数据的其它通信系统中，用于电子和银行系统中。这些系统中用户可以用发送DTMF信号选择语音菜单进行操作。作为实现快速可靠传输的一种技术，它具有很强的抗干扰能力和较高的传输速度，因此，可广泛用于通信系统中。但绝大部分是用作的音频拨号。另外，它也可以在数据通信系统中广泛地用来实现各种数据流和语音等信息的远程传输。近年来DTMF也应用在交互式控制中，诸如语言菜单、语言、银行和ATM 终端等。通过软件产生与检测DTMF 信令，是一项较有价值的工程应用。这是一种技术，就是机上的一个按键按下去时，机向交换机同时发送两个频率的信号，告诉交换机按的是哪个按键，以前采用脉冲方式，速度慢，一共有8个频率的音频信号，分为2组，每组4个，两两组合共可以代表16个按键，分别代表0-9 、#、*等按键。
第2章双音多频（DTMF）信号的设计 2.1设计目的及意义 双音多频信号（DTMF）是系统中机与交换机之间的一种用户信令，通常用于发送被叫。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。 拨号有两种，脉冲和音频，所谓音频也称双音多频（DTMF）信号的拨号方式，双音多频既是拨号时每按一个键，有两个音频频率叠加成一个双音频信号，十二个按键由七个音频频率区分。在使用双音多频信号之前，系统中使用一连串的断续脉冲来传送被叫，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。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。本次课设的目的就是通过学习和掌握现代交换原理的基础上，设计一个双音多频检测模块并对电路进行仿真，综合应用所学知识，进行一次比较全面的训练，为今后的学习和工作积累经验。 此外，该题目还涵盖了《通信原理》、《电路分析》、《交换原理》等主要课程的知识点，学生通过该题目的设计过程，可以初步掌握DTMF编/解码技术原理和相关电路设计、开发原理，得到系统的训练，提高解决实际问题的能力。 2.2双音多频（DTMF）信号的组成 双音多频信号作为实现快速可靠传输的一种技术，它具有很强的抗干扰能力和较高的传输速度，因此，广泛应用于通信系统中。近年来，双音多频信号也应用在交互式控制中，如在语言控制、语言、银行和ATM 终端等的应用。 音频拨号当人们按下某一个按键时，会产生一组特定的双音信号，称为双音多频信号，交换机会对该信号进行处理，根据两个单音频率来识别所按下的。将拨号盘上的数字0～9 和两个标有“*”和“#”的特殊按钮进行频率分配，如图所示。包括两个频率低频段包括的频率是697Hz，770Hz，852Hz 和941Hz，称为行频。高频段含的频率 1209Hz，1336Hz，1477Hz，1633Hz，称为列频，它们可频率分配构成16 种频率组合，每一种组合由一对正弦频率信号唯一确定。其中第四列1633Hz 对应的按键目前并没有使用，留待将来扩展使用。
一.引言 在微机系统中，接口与其它设备之间的连接要通过一定长度的电缆来实现，在计算机内部，印制电路板之间需要通过焊接线来连接。在一些其它的脉冲数字电路中也存在这类事的问题。脉冲信号包含着很多的高频成分，即使脉冲信号本身的重复频率并不十分高，但如果前沿陡峭，在经过传输通道时，将可能发生信号的畸变，严重时将形成振荡，破坏信号的正常传输和电路的正常工作。脉冲信号的频率越高，传输线的长度越长，即便问题越严重。 二.传输线的反射干扰及其造成的危害 任何信号的传输线，对一定频率的信号来说，都存在着一定的非纯电阻性的波阻抗，其数值与集成电路的输出阻抗和输入阻抗的数值各不相同，在他们相互连接时，势必存在着一些阻抗的不连续点。当信号通过这些不连续点时便发生“反射”现象，造成波形畸变，产生反射噪声。另外，较长的传输线必然存在着较大的分布电容和杂散电感，信号传输时将有一个延迟，信号频率越高，延迟越明显，造成的反射越严重，信号波形产生的畸变也就越厉害。这就是所谓的“长线传输的反射干扰”。图1是为了演示这种“长线反射”的实验电路，图2是该电路的各点输出波形。图2(a)是脉冲信号发生器的输出波形，图2(b)是“与非门1”的输出再不连接电缆时的波形，可以看到，该波形同a的输入信号一样，是没有任何畸变的1MHz反向方波。图2(c)是在接入场传输线后门1点波形，可见该波形出现了“振荡”和“台阶”；在传输线的终端，信号不仅有“振荡”，还出现了幅度高达-6V左右的“过冲”图2(d)。实验进一步证明，传输线越长，信号的畸变越严重，当传输线达到10m时，信号波形已面目全非了。 对于TTL器件来说，“过冲”超过6V时，对器件输入端的P-N结就有造成损坏的可能。同时从+3V～-6V的大幅度下降，将会对邻近的平行信号产生严重的串扰，且台阶将造成不必要的延时，给工作电路造成不良的后果。一旦形成震荡，危害就更严重，这种振荡信号将在信号的始端和终端同时直接构成信号噪声，从而形成有效的干扰。 三.信号传输线的主要特性及阻抗匹配 1.信号传输线的特征阻抗 对于计算机及数字系统来说，经常使用的信号传输线主要有单线（含接连线和印制线等）、双绞线、带状平行电缆、同轴电缆和双绞屏蔽电缆等。传输线的特性参数很多，与传输线的反射干扰有关的参数主要有延迟时间和波阻抗。一般说来，反显得信号延迟时间最短，同轴电缆较长，双绞线居中，约为6ns/m。波阻抗为单线最高，约为数百欧，双绞线的波阻抗，双绞线的波阻抗一般在100Ω-200Ω之间，且绞花越短，波阻抗越低。从抗干扰的角度讲，同轴电缆最好，双绞线次之，而带状电缆和单线最差。 2.阻抗的匹配 当传输线终端不匹配时，信号被反射，反射波达到始端时，如始端不匹配，同样产生反射，这就发生了信号在传输线上多次往返反射的情况，产生严重的反射干扰。因此要尽可能做到始端和终端的阻抗匹配，是抑制反射干扰的有效途径。为此，确定“长线”的最佳长度是至关重要的。 在实际实践中，一般以公式的经验来决定实际电路信号传输线的最大允许不匹配长度（也即“长线”界限）。其中，为电路转换边沿的平均宽度，对于常用的中速TTL电路，取15ns，为传输线
实验一、数字信号处理在双音多频拨号系统中的应用 一、实验目的 1．了解双音多频信号的产生、检测、包括对双音多频信号进行DFT 时的参数选择等。 2．初步了解数字信号处理在是集中的使用方法和重要性。 3．掌握matlab 的开发环境。 二、实验原理 双音多频（Dual Tone Multi Frequency, DTMF ）信号是音频电话中的拨号信号，由美国AT&T 贝尔公司实验室研制，并用于电话网络中。这种信号制式具有很高的拨号速度，且容易自动监测识别，很快就代替了原有的用脉冲计数方式的拨号制式。这种双音多频信号制式不仅用在电话网络中，还可以用于传输十进制数据的其它通信系统中，用于电子邮件和银行系统中。这些系统中用户可以用电话发送DTMF 信号选择语音菜单进行操作。 DTMF 信号系统是一个典型的小型信号处理系统，它要用数字方法产生模拟信号并进行传输，其中还用到了D/A 变换器；在接收端用A/D 变换器将其转换成数字信号，并进行数字信号处理与识别。为了系统的检测速度并降低成本，还开发一种特殊的DFT 算法，称为戈泽尔(Goertzel)算法，这种算法既可以用硬件（专用芯片）实现，也可以用软件实现。下面首先介绍双音多频信号的产生方法和检测方法，包括戈泽尔算法，最后进行模拟实验。下面先介绍电话中的DTMF 信号的组成。 在电话中，数字0-9的中每一个都用两个不同的单音频传输，所用的8个频率分成高频带和低频带两组，低频带有四个频率：679Hz,770Hz,852Hz 和941Hz ；高频带也有四个频率：1209Hz,1336Hz,1477Hz 和1633Hz.。每一个数字均由高、低频带中各一个频率构成，例如1用697Hz 和1209Hz 两个频率，信号用)2sin()2sin(21t f t f ππ+表示，其中Hz f 6791=，Hz f 12092=。这样8个频率形成16种不同的双频信号。具体号码以及符号对应的频率如表4.1所示。表中最后一列在电话中暂时未用。 表4.1 双频拨号的频率分配
信号完整性：信号反射 时间:2009-04-17 21:12来源:未知作者:于博士点击: 12021次 信号沿传输线向前传播时，每时每刻都会感受到一个瞬态阻抗，这个阻抗可能是传输线本身的，也可能是中途或末端其他元件的。对于信号来说，它不会区分到底是什么，信号所感受到的只有阻抗。如果信号感受到的阻抗是恒定的，那么他就会正常向前传播，只要感受到的阻抗发生变化，不论是什么引起的（可能是中途遇到的电阻，电容，电感，过孔，PCB转角，接插件），信号都会发生反射。 那么有多少被反射回传输线的起点？衡量信号反射量的重要指标是反射系数，表示反射电压和原传输信号电压的比值。反射系数定义为：。 其中：为变化前的阻抗，为变化后的阻抗。假设PCB线条的特性阻抗为50欧姆，传输过程中遇到一个100欧姆的贴片电阻，暂时不考虑寄生电容电感 的影响，把电阻看成理想的纯电阻，那么反射系数为：，信号 有1/3被反射回源端。如果传输信号的电压是3.3V电压，反射电压就是1.1V。 纯电阻性负载的反射是研究反射现象的基础，阻性负载的变化无非是以下四种情况：阻抗增加有限值、减小有限值、开路（阻抗变为无穷大）、短路（阻抗突然变为0）。 阻抗增加有限值： 反射电压上面的例子已经计算过了。这时，信号反射点处就会有两个电压成分，一部分是从源端传来的3.3V电压，另一部分是在反射电压1.1V，那么反射点处的电压为二者之和，即4.4V。 阻抗减小有限值： 仍按上面的例子，PCB线条的特性阻抗为50欧姆，如果遇到的电阻是30欧姆，则反射系数为，反射系数为负值，说明反射电压为负电 压，值为。此时反射点电压为3.3V+（-0.825V）=2.475V。 开路： 开路相当于阻抗无穷大，反射系数按公式计算为1。即反射电压3.3V。反射点处电压为6.6V。可见，在这种极端情况下，反射点处电压翻倍了。 短路： 短路时阻抗为0，电压一定为0。按公式计算反射系数为-1，说明反射电压为-3.3V，因此反射点电压为0。 计算非常简单，重要的是必须知道，由于反射现象的存在，信号传播路径中阻抗发生变化的点，其电压不再是原来传输的电压。这种反射电压会改变信号的
实验三双音多频信号的合成与检测 一实验目的 1．理解电话拨号音的合成与检测的基本原理； 2．深入理解信号频谱分析理论中相关参数的作用和意义； 3．了解频谱分析在实际工程中的应用实例。 二实验基础 双音多频(dual-tone multifrequency, DTMF信号的产生及检测在现代通信系统中有着广泛的应用，家用电话、移动电话以及公共程控交换机(PBX都采用DTMF 信号发送和接收电话拨号号码。本实验要求利用信号的时域分析和频域分析的基本理论实现DTMF 的合成和检测。 1. DTMF信号合成 DTMF 信号由低频组和高频组两组频率信号构成。按键电话上每个按键都由对应的两个频率组成，如表4.1。当按下某个键时，所得到的按键信号是由相应两个频率的正弦信号叠加而成。设x(n为DTMF 信号，产生方式为： x (n =sin (ωH n +sin (ωH n 式中：ωH = f s DTMF 信号的标准是：在传送过程中每个按键字占用100ms ，其中信号必须持续至少40ms ，且不得多于55ms ，100ms 里的其余时间为静音（无信号）。 表4.1按键频率对应表
2. DTMF信号检测 ,ωL = f s f s =8KHz 。 DTMF 信号的检测是将信号的两个频率提取出来，从而确定接收到的DTMF 对应的按键。利用DFT 对DTMF 信号进行N 点的频谱分析，N 的选取决定了频率分辨率以及捕捉N 个样值所需要的时间。根据谱峰出现的频率点位置m 就可以确定DTMF 信号的频率f k： f k =kf s /N 这样计算出的DTMF 信号频率可能与实际的DTMF 信号频率有一定的差别，但可以通过加大N 的选取来减小这种频率差异。然而从另外一方面来考虑，虽然加大N 值会减小检测频率误差，但这势必会带来捕捉N 个样值所需要的时间增加，从而会对检测的效果造成一定影响。 由DTMF 信号频率所具有的特性不难发现要选取一定的N 值使得计算出的频率和真实的DTMF 信号的频率相一致几乎不可能，而实际中也并不需要计算出来的频率值与其真实频率相一致，只需偏差保持在±1.5%即可认为是DTMF 信号的真实频率。国际上通用N=205点或N=106点。当N=205点时，各个频率所对应的DFT 结果X[k]中的序号k 如表4.2。N=106时对应表4.3。
《电子技术课程设计》 题目：多功能信号发生器 院系：电子信息工程 专业：xxxxxxxx 班级：xxxxxx 学号：xxxxxxxx 姓名：xxx 指导教师：xxx 时间：xxxx-xx-xx
电子电路设计 ——多功能信号发生器目录 一..课程设计的目的 二课程设计任务书(包括技术指标要求) 三时间进度安排(10周~15周) a.方案选择及电路工作原理； b.单元电路设计计算、电路图及软件仿真； c.安装、调试并解决遇到的问题； d.电路性能指标测试； e.写出课程设计报告书； 四、总体方案 五、电路设计 (1)8038原理, LM318原理, (2)性能\特点及引脚 (3)电路设计,要说明原理 (4)振动频率及参数计算 六电路调试 要详细说明(电源连接情况, 怎样通电\ 先调试后调试,频率调试幅度调试波行不稳调试 七收获和体会
一、课程设计的目的 通过对多功能信号发生器的电路设计，掌握信号发生器的设计方法和测试技术，了解了8038的工作原理和应用，其内部组成原理，设计并制作信号发生器能够提高自己的动手能力，积累一定的操作经验。在对电路焊接的途中，对一些问题的解决能够提高自己操作能力随着集成制造技术的不断发展，多功能信号发射器已经被制作成专用的集成电路。这种集成电路适用方便，调试简单，性能稳定，不仅能产生正弦波，还可以同时产生三角波和方波。它只需要外接很少的几个元件就能实现一个多种波、波形输出的信号发生器。不仅如此，它在工作时产生频率的温度漂移小于50×10-6／℃;正弦波输出失真度小于1％,输出频率范围为0.01Hz~300kHz;方波的输出电压幅度为零到外接电源电压。因此，多功能信号发生器制作的集成电路收到了广泛的应用。 二、课程设计任务书(包括技术指标要求) 任务：设计一个能产生正弦波、方波、三角波以及单脉冲信号发生器。 要求： 1．输出频率为f=20Hz~5kHz的连续可调正弦波、方波和三角波。 2．输出幅度为5V的单脉冲信号。 3．输出正弦波幅度V o= 0~5V可调，波形的非线性失真系数γ≤
通信技术方向课程设计题目：双音多频信号检测 物联网工程学院电子信息工程专业 学号0703070106 学生姓名时雅茹 二〇一〇年六月
一、原理介绍 双音多频（Dual Tone Multi Frequency, DTMF ）信号是音频电话中的拨号信号，由美国AT&T 贝尔公司实验室研制，并用于电话网络中。这种信号制式具有很高的拨号速度，且容易自动监测识别，很快就代替了原有的用脉冲计数方式的拨号制式。这种双音多频信号制式不仅用在电话网络中，还可以用于传输十进制数据的其它通信系统中，用于电子邮件和银行系统中。这些系统中用户可以用电话发送DTMF 信号选择语音菜单进行操作。 DTMF 信号系统是一个典型的小型信号处理系统，它要用数字方法产生模拟信号并进行传输，其中还用到了D/A 变换器；在接收端用A/D 变换器将其转换成数字信号，并进行数字信号处理与识别。为了系统的检测速度并降低成本，还开发一种特殊的DFT 算法，称为戈泽尔(Goertzel)算法，这种算法既可以用硬件（专用芯片）实现，也可以用软件实现。下面首先介绍双音多频信号的产生方法和检测方法，包括戈泽尔算法，最后进行模拟实验。 二、内容及结论 1、双音多频（DTMF ）信号的组成 在电话中，数字0~9的中每一个都用两个不同的单音频传输，所用的8个频率分成高频带和低频带两组，低频带有四个频率：679Hz,770Hz,852Hz 和941Hz ；高频带也有四个频率：1209Hz,1336Hz,1477Hz 和1633Hz.。每一个数字均由高、低频带中各一个频率构成，例如1用697Hz 和1209Hz 两个频率，信号用 )2sin()2sin(21t f t f ππ+表示，其中Hz f 6791=，Hz f 12092=。这样8个频率形成 16种不同的双频信号。具体号码以及符号对应的频率如表1所示。表中最后一列在电话中暂时未用。 表1 双频拨号的频率分配 列 行 1209Hz 1336Hz 1477Hz 633Hz 697Hz 1 2 3 A 770Hz 4 5 6 B 852Hz 7 8 9 C 942Hz * # D DTMF 信号在电话中有两种作用，一个是用拨号信号去控制交换机接通被叫的用户电话机，另一个作用是控制电话机的各种动作，如播放留言、语音信箱等。
Boyi?电子产品世界 千里之行，始于足下。 信号完整性之信号振铃的产生 在电源完整性设计一文中，推荐了一种基于目标阻抗（target impedance）的去耦电容设计方法。在这种方法中，从频域的角度说明了电容选择方法。把瞬态电流看成阶跃信号，因而有很宽的频谱，去耦电容必须在这个很宽的频谱内使电源系统阻抗低于目标阻抗（target impedance）。电容的选择是分频段设计的，每一种容值的电容负责一段频谱范围，超出这个范围的，由其他电容负责构成低阻抗路径。 有些人可能对这种频域方法有些困惑，本文从另外一个更直观的角度来说明去耦电容的这种特性，即电容的去耦时间。 构成电源系统的两个重要部分：稳压电源、去耦电容。首先说说稳压电源的反应时间。负载芯片的电流需求变化是极快的，尤其是一些高速处理器。内部晶体管开关速度极快，假设处理器内部有1000个晶体管同时发生状态翻转，转台转换时间是1ns，总电流需求是500mA。那么此时电源系统必须在1ns时间内迅速补充上500mA瞬态电流。遗憾的是，稳压源在这么短的时间内反应不过来，相对于电流的变化，稳压源显得很迟钝，有点像个傻子，呵呵。通常说的稳压源的频率响应范围在直流到几百k之间，什么意思？这从时域角度可能更好理解。假设稳压源的频率响应范围是直流到100kHz，100kHz对应时域的10us时间间隔。也就是稳压源最快的响应速度是10us，如果负载芯片要求在20 us 内提供所需的电流，那么稳压电源有足够的反应时间，因此可以提供负载所需要的电流。但是如果负载电流要求的时间是1ns的话，对稳压电
源来说太快了，稳压源还在那发呆呢，瞬态电流的需求已经过去了。负载可不会等着稳压源来做出反应，不能给它及时提供电流，他就把电压拉下来，想想，功率一定，电流大了，电压必然减小。哦，这就产生了轨道塌陷，噪声产生了。因此，所说的频率响应范围，在时域对应的是一个响应时间问题。 电容也同样存在响应时间。电源要10us才能反应过来，那从0到10us 之间这段时间怎么办？这就是电容要干的事。按电源完整性设计一文中，加入一个31.831uF电容，能提供100kHz到1.6MHz频段的去耦。从时域来说，这个电容的最快反应时间是1/1.6MHz=0.625us。也就是说从0.625us到10us这段时间，这个电容就可以提供所需电流。稳压电源发呆就发呆吧，别指望它了，电容先顶上，过10us后再让稳压源把活接过来。从0.625us到10us这段时间就是电容的有效去耦时间。 加一个电容后，电源系统的反应时间还是很长，625ns，还是不能满足要求，那就再加电容，放一些很小的电容，比如13个0.22uF电容，提供1.6MHz到100MHz的去耦，那么这13个小电容最快反应时间为1/100MHz=1ns。如果有电流需求，1ns后这些小电容就做出反应了。 通常这个反应时间还不够，那就在加一些更小的电容，把去耦频率提到500MHz，反应时间可以加快到200ps，一般来说足够了。不同电容产生去耦作用，都需要一定的时间，这就是去耦时间。不同的去耦时间对应不同的有效去耦频率段，这就是为什么去耦电容要分频段设计的原因。 这里给出的是一个直观的解释，目的是让你有一个感性的理解。
湖南工学院课程设计说明书课题名称：简易信号发生器设计 专业名称：电气工程及其自动化 学生班级： 学生姓名： 学生学号： 指导教师：
课程设计任务书 简易信号发生器设计 （一）设计目的 1、掌握信号发生器的设计方法和测试技术。 2、了解单片函数发生器IC8038的工作原理和应用。 3、学会安装和调试分立元件与集成电路组成的多级电子电路小系统。（二）设计技术指标与要求 1、设计要求 （1）电路能输出正弦波、方波和三角波等三种波形； （2）输出信号的频率要求可调； （3）拟定测试方案和设计步骤； （4）根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图； （5）在面包板上或万能板或PCB板上安装电路； （6）测量输出信号的幅度和频率； （7）撰写设计报告。 2、技术指标 频率范围：100Hz~1KHz 1KHz~10KHz； 输出电压：方波V P-P≤24V，三角波V P-P=6V，正弦波V P-P=1V；方波t r小于1uS。 （三）设计提示 1、方案提示： （1）设计方案可先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可先产生三角波-方波，再将三角波变成正弦波。 （2）也可用单片集成芯片IC8038实现，采用这种方案时要求幅度可调。 2、设计用仪器设备： 示波器，交流毫伏表，数字万用表，低频信号发生器，实验面包板或万能板，
智能电工实验台。 3、设计用主要器件： （1）双运放NE5532（或747） 1只（或741 2只）、差分管3DG100 4个、电阻电容若干； （2）IC8038、数字电位器、电阻电容若干。 4、参考书： 《电子线路设计·实验·测试》谢自美主编华中科技大学出版社 《模拟电子技术基础》康华光主编高等教育出版社 《模拟电子技术》胡宴如主编高等教育出版社 （四）设计报告要求 1、选定设计方案； 2、拟出设计步骤，画出设计电路，分析并计算主要元件参数值； 3、列出测试数据表格； 4、调试总结，并写出设计报告。 （五）设计总结与思考 1、总结信号发生器的设计和测试方法； 2、总结设计信号发生器所用的知识点； 3、三角波的输出幅度是否可以超过方波？ 4、IC8038的输出频率与哪些参数有关？如何减小失真？
第一章绪论 1.1 选题背景及其意义 信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如方波、锯齿波、三角波、正弦波的电路被称为函数信号发生器。在通信、广播、电视系统，在工业、农业、生物医学领域内，函数信号发生器在实验室和设备检测中具有十分广泛的用途。 1.2 单片机概述 单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU 随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机具有集成度高、系统结构简单、使用方便、实现模块化、可靠性高、处理功能强、速度快等特点，因此被广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。 1.3 信号发生器分类 信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。因其应用广泛，种类繁多，特性各异，分类也不尽一致。按信号波形可分为正弦信号、函数信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类；按频率覆盖范围分为低频信号发生器、高频信号发生器和微波信号发生器；按输出电平可调节范围和稳定度分为简易信号发生器、标准信号发生器和功率信号发生器；按频率改变的方式分为调谐式信号发生器、扫频式信号发生器、程控式信号发生器和频率合成式信号发生器等。信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。 1.4 研究题目及其意义 信号发生器是一种经常使用的设备，由纯粹物理器件构成的传统的设计方法存在许多弊端，如：体积较大、重量较沉、移动不方便、信号失真较大、波形形状调节过于死板，无法满足用户对精度、便携性、稳定性等要求，研究设计出一种具有频率稳定、准确、波形质量好、输出频率范围宽、便携性好等特点的波形发生器具有较好的市场前景。以满足工业领域对信号源的要求。 本次试验实现利用单片机AT89S52 和8 位D/A 转换芯片DAC0832 共同实现方波、锯齿波、三角波、正弦波这四种常用波形的发生。根据设计的要求，对各种波形的频率和幅度进行程序的编写，并将所写程序装入单片机的程序存储器中。在程序运行中，当接收到来自外界的命令，需要输出某种波形时再调用相应的中断服务子程序和波形发生程序，经电路的数/模转换器和运算放大器处理后，从信号发生器的输出端口输出。并且可以通过数码管和键盘显示模块，键盘可以实现对几种波形的切换。 第二章信号发生器方案设计与选择 信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。按信号波形可分为正弦信号、波形信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。本文利用单片机构造低频信号发生器，可产生正弦波，方波，三角波，三种波形，再通过D/A 转换器DAC0832 把数字信号转变为模拟信号，经OP07 放大输出到示波器，与此同时外
第27卷 第3期 吉首大学学报(自然科学版) V ol.27 N o.3 2006年5月 Journal of Jishou University (Natural Science Edition ) M ay.2006 文章编号:1007-2985(2006)03-0043-05 双音多频信号检测在DSP 中的实现 Ξ 李义府,彭卫韶 (中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙 410083) 摘 要:双音多频DT MF 信号是音频电话中的拨号信号,将DT MF 信号的检测集成到含有数字信号处理器(DSP )的系统中,是一项较有价值的研究课题.笔者设计出TI 公司浮点DSP 芯片C6711中的实现方案,通过20个并行的哥兹柔信号滤波器能成功地使双音多频信号的检测变得迅速和简单,采用谐音检测可以显著地提高检测系统的准确性. 关键词:哥兹柔滤波器;双音多频;浮点DSP ;Bellcore 标准中图分类号:T N914.3;T N911.7 文献标识码:A 按键式电话拨号广泛采用双音多频信号,近年来双音多频信号(DT MF )逐渐应用于工程信号发生与检 测系统中,并与DSP 、FPG A 相互促进,具有广泛的应用前景[1-2] .一个有效的音频信号由一个行频信号和一个列频信号叠加而成.例如,要表示“4”这个音频信号,可由一个770H z 的行频信号和一个1209H z 的列频信号叠加而成.电话音频拨号使用的正弦音频叠加信号如表1所示: 表1 电话机键盘的频率矩阵 行频组ΠH z 列频组ΠH z 1209136614771633697123A 770456B 8527 89C 941 3 # D 1 算法与滤波器 1.1算法 图1 离散通频带的分布 由于在实现DT MF 解码时,采用哥兹柔算法(G o 2 ertzel Alg orithm Theory )要比FFT 更快,因为通过FFT 可以计算得到信号所有频谱线,但处理DT MF 信号只考虑其中的8个频率及其二次谐波信息,运用G A T 能更加快速的从输入信号中提取频谱信息,所以使用C6177浮点DSP 进行信号检测不失为一种可行的技 术解决方案[3-4] .通过对信号作离散傅立叶变换得到其离散通频带.离散通频带的数目用字母N 表示,这些通频带段在频域中均匀分布如图1所示. Ξ 收稿日期:2006-02-26 基金项目:国家自然科学基金资助项目(69974043);湖南省自然科学基金资助项目(99JJ Y 20062) 作者简介:李义府(1946-),男,湖南省长沙市人,中南大学信息科学与工程学院教授,主要从事电子线路和故障诊断应用研究.
过冲及振铃实验现象分析 1.测试电路及过冲、振铃现象 测试电路如下图所示，A点为电压输出口，B点为为了接入电阻而切开的口，C点为同轴电压监测点。 B A C 在B点出用导线连接时，在C点引同轴线到示波器（示波器内阻1M），观察到上升沿有过冲及振铃现象，如下图所示。
1.2 振铃产生的原因分析 1.2.1 振铃现象的产生 那么信号振铃是怎么产生的呢? 前面讲过，如果信号传输过程中感受到阻抗的变化，就会发生信号的反射。这个信号可能是驱动端发出的信号，也可能是远端反射回来的反射信号。根据反射系数的公式，当信号感受到阻抗变小，就会发生负反射，反射的负电压会使信号产生下冲。信号在驱动端和远端负载之间多次反射，其结果就是信号振铃。大多数芯片的输出阻抗都很低，如果输出阻抗小于PCB走线的特性阻抗，那么在没有源端端接的情况下，必然产生信号振铃。 信号振铃的过程可以用反弹图来直观的解释。假设驱动端的输出阻抗是10欧姆，PCB走线的特性阻抗为50欧姆(可以通过改变PCB走线宽度，PCB走线和内层参考平面间介质厚度来调整)，为了分析方便，假设远端开路，即远端阻抗无穷大。驱动端传输3.3V电压信号。我们跟着信号在这条传输线中跑一次，看看到底发生了什么?为分析方便，忽略传输线寄生电容和寄生电感的影响，只考虑阻性负载。下图为反射示意图。 第1次反射：信号从芯片内部发出，经过10欧姆输出阻抗和50欧姆PCB 特性阻抗的分压，实际加到PCB走线上的信号为A点电压3.3*50/(10+50)=2.75V。传输到远端B点，由于B点开路，阻抗无穷大，反射系数为1，即信号全部反射，反射信号也是2.75V。此时B点测量电压是2.75+2.75=5.5V。 第2次反射：2.75V反射电压回到A点，阻抗由50欧姆变为10欧姆，发生
湖南科技大学 毕业设计（论文） 题目多功能函数信号发生器作者毛龙 学院物理与电子科学学院 专业电子信息科学与技术 学号0908020104 指导教师吴彾锡 二〇〇年月日
毕业设计（论文）任务书 院系（教研室） 系（教研室）主任:（签名）年月日 学生姓名: 学号: 专业: 1 设计（论文）题目及专题： 2 学生设计（论文）时间：自年月日开始至年月 日止 3 设计（论文）所用资源和参考资料： 4 设计（论文）应完成的主要内容： 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： 6 发题时间：年月日 指导教师：（签名） 学生：（签名）
毕业设计（论文）指导人评语 [主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价] 指导人：（签名） 年月日指导人评定成绩：
毕业设计（论文）评阅人评语 [主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价] 评阅人：（签名） 年月日评阅人评定成绩：
毕业设计（论文）答辩记录 日期： 学生：学号：班级： 题目： 提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料： 1 设计（论文）说明书共页 2 设计（论文）图纸共页 3 指导人、评阅人评语共页 毕业设计（论文）答辩委员会评语： [主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价] 答辩委员会主任：（签名） 委员：（签名） （签名） （签名） （签名）答辩成绩： 总评成绩：
《程控交换》实验报告 实验四双音多频DTMF接收实验 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1、实验目的 1、了解电话号码双音多频信号在程控交换系统中的发送和接收方法。 2、熟悉该电路的组成及工作过程。 二、实验内容 1、用示波器观察发送DTMF信号的波形。 2、用示波器观察DTMF信号接收的波形。 三、实验原理 1、双音多频拨号简单介绍：在电话单机中，有两种拨号方式，即脉冲拨号和双音多频拨号。双音多频拨号方式中的双音多频是指用两个特定的单音频信号的组合来代表数字或功能，两个单音频的频率不同，所代表的数字和功能也不同，在双音多频电话机中有16个按键，其中有10个数字键0~9，6个功能键*、#、A、B、C、D，按照组合的原理，它必须有8 种不同的单音频信号，由于采用的频率有8种，故又称之为多频，又因以8种频率中任意抽出2种进行组合，又称其为8中取2的编码方式。 2、双音多频接收电路： 输入 电路 3、电路的工作原理：它完成典型DTMF接收器的主要功能：输入信号的高、低频组带通滤波、限幅、频率检测与确认、译码、锁存与缓冲输出及振荡，监测等，具体说就是DTMF信号从芯片的输入端输入，经过输入运放和拨号音抑制滤波器进行滤波后，分两路分别进入高、低频组滤波器以分离检测出高、低频组信号。如果高、低频组信号同时被检测出来，便在EC0输出高电平作为有效检测DTMF信号的标志；如果DTMF信号消失，则EC0即返至低电平，与此同时EC0通过外接R向C充电，得到CI，GT。（通常此两端相短接）积分波形，如图5-4所示，若经tGTP延时后，CI，GT。电压高于门限值VTst时，产生内部标志，这样，该电路在出现EC0标志时，将证实后的
多功能信号发生器的设计 目录 一.实验总体思路 (2) 二.总体方案设计 (2) 1.方案一 (2) 2.方案二 (2) 3.两种方案对比 (2) 三.主要元器件介绍 (2) 1.STC89C51单片机 (2) 2. DAC0832 DA转换芯片 (3) 3. AD9851芯片 (4) (1)AD9851芯片介绍 (5) （2）AD9851模块介绍 (5) 四.实验内容 (6) 1.方案一：利用DAC0832转换芯片 (6) （1）硬件设计 (6) a.电路说明 (6) b.幅值可调实现 (6) （2）软件设计 (6) (1)程序原理 (6) (2)程序内容 (7) （3）实验结果 (12) （4）实验中发现的问题及解决方案 (13) (1)给LM358的供电方式 (13) (2)频率误差较大 (15) 2.方案二：利用AD9851 芯片 (16) （1）硬件设计框图 (16) （2）软件设计 (17) a.程序原理 (17) b.程序内容 (18) （3）实验结果 (20) （4）实验中发现的问题及解决方案 (21) 五.心得体会 (21)
一．实验总体思路 本实验基于51单片机的最小控制系统，通过控制外围与其相连的芯片来生成方波，正弦波，三角波，锯齿波四种波形，经过对外围控制信号的处理实现改变波形的形状，频率，幅度以及占空比等多种功能。 二．实验方案设计 1.方案一：先对正弦波、三角波、方波信号采样，将这些采样信号以数字量的形式存放在单片机中。通过单片机对按键信号的处理，改变波形的形状，频率，占空比，然后通过DA转换芯片转换成对应波形的模拟量输出，其中可通过可变电阻改变VREF的值来调整幅度。 2.方案二：用单片机控制AD9851模块输出高频波形，通过按键的控制可以精确改变波形的频率。 3.两种方案对比：方案一软硬件结合，硬件成本低，软件起点低，优化型相对比较好，容易实现，且满足设计要求。但是生成的波形频率较低，且与理论值有较大的误差，不容易对频率进行精确的调控。方案二可以生成高达30MHz的正弦波，并且能够精确到1HZ，可以对频率进行精确的调控。但是，芯片成本较高是其最大的缺点。 三．主要元器件介绍 1.STC89C51单片机:如果按功能划分，它由8个部件组成，即微处理器 （CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方式。 各功能部件的介绍： 1）数据存储器（RAM）：片内为128个字节单元，片外最多可扩展至64K 字节。 2）程序存储器（ROM/EPROM）：ROM为4K，片外最多可扩展至64K。 3）中断系统：具有5个中断源，2级中断优先权。 4）定时器/计数器：2个16位的定时器/计数器，具有四种工作方式。 5）串行口：1个全双工的串行口，具有四种工作方式。 6）特殊功能寄存器（SFR）共有21个，用于对片内各功能模块进行管理、监控、监视。 7）微处理器：为8位CPU，且内含一个1位CPU（位处理器），不仅可处理字节数据，还可以进行位变量的处理。 8）四个8位双向并行的I/O端口，每个端口都包括一个锁存器、一个输出驱动器和一个输入缓冲器。这四个端口的功能不完全相同。 A、P0口既可作一般I/O端口使用，又可作地址/数据总线使用；
存在振铃的时钟信号分析 理论分析 反射现象 信号沿传输线向前传播时，每时每刻都会感受到一个瞬态阻抗，这个阻抗可能是传输线本身的，也可能是中途或末端其他元件的。对于信号来说，它不会区分到底是什么，信号所感受到的只有阻抗。如果信号感受到的阻抗是恒定的，那么他就会正常向前传播，只要感受到的阻抗发生变化，不论是什么引起的（可能是中途遇到的电阻，电容，电感，过孔，PCB 转角，接插件），信号都会发生反射。PCB上的走线对于高频信号而言相当于传输线，信号在传输线中传播时，如果遇到特性阻抗不连续，就会发生反射。反射可能发生在传输线的末端，拐角，过孔，元件引脚，线宽变化，T型引线等处。总之，无论什么原因引起了传输线的阻抗发生突变，就会有部分信号沿传输线反射回源端。 工程中重要的是反射量的大小。表征这一现象的最好的量化方法就是使用反射系数。反射系数是指反射信号与入射信号幅值之比，其大小为：(Z2-Z1)/(Z2+Z1)。Z1是第一个区域的特性阻抗，Z2是第二个区域的特性阻抗。当信号从第一个区域传输到第二个区域时，交界处发生阻抗突变，因而形成反射。 纯电阻性负载的反射是研究反射现象的基础，阻性负载的变化是以下四种情况：阻抗增加有限值、减小有限值、开路（阻抗变为无穷大）、短路（阻抗突然变为0）。 阻抗增加有限值： 假设PCB线条的特性阻抗为50欧姆，传输过程中遇到一个100欧姆的贴片电阻，暂时不考虑寄生电容电感的影响，把电阻看成理想的纯电阻，那么反射系数为：，信号有1/3被反射回源端。如果传输信号的电压是3.3V电压，反射电压就是1.1V。这时，信号反射点处就会有两个电压成分，一部分是从源端传来的3.3V电压，另一部分是在反射电压1.1V，那么反射点处的电压为二者之和，即4.4V。 阻抗减小有限值： 仍按上面的例子，PCB线条的特性阻抗为50欧姆，如果遇到的电阻是30欧姆，则反射系数为：，反射系数为负值，说明反射电压为负电压，值为。此时反射点电压为3.3V+（-0.825V）=2.475V。 开路： 开路相当于阻抗无穷大，反射系数按公式计算为1。即反射电压3.3V。反射点处电压为6.6V。可见，在这种极端情况下，反射点处电压翻倍了。 短路： 短路时阻抗为0，电压一定为0。按公式计算反射系数为-1，说明反射电压为-3.3V，因此反射点电压为0。 由于反射现象的存在，信号传播路径中阻抗发生变化的点，其电压不再是原来传输的电压。这种反射电压会改变信号的波形，从而可能会引起信号完整性问题。实际电路板上的反射可能非常复杂，反射回来的信号还会再次反射回去，方向与发射信号相同，到达阻抗突变处又再次反射回源端，从而形成多次反射，一般的资料上都用反弹图来表示。多次的反弹是导致信号振铃的根本原因，相当于在信号上叠加了一个噪声。
低频信号发生器的设计 摘要： 信号发生器广泛应用于电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域。采用集成运放和分立元件相结合的方式，利用迟滞比较器电路产生方波信号，以及充分利用差分电路进行电路转换，从而设计出一个能变换出三角波、正弦波、方波的简易信号发生器。通过对电路分析，确定了元器件的参数，并利用Multisim软件仿真电路的理想输出结果，克服了设计低频信号发生器电路方面存在的技术难题，使得设计的低频信号发生器结构简单，实现方便。该设计可产生低于10 Hz的各波形 输出，并已应用于实验操作。 关键词：信号发生器；方波信号；电路仿真；迟滞比较器 O 引言 信号发生器一般指能自动产生正弦波、方波、三角波电压波形的电路或者仪器。电路形式可以采用由运放及分离元件构成；也可以采用单片集成函数发生器。这里，采用分立元件设计出能够产生3种常用实验波形的信号发生器，并确定了各元件的参数，通过调整和模拟输出，该电路可产生频率低于10 Hz 的3种信号输出，具有原理简单、结构清晰、费用低廉的优点。该电路已经用于实际电路的实验操作。 1 波形转换原理 1．1 方波和三角波的产生 方波一三角波一正弦波信号发生器电路由运算放大器电路及分立元件构成，其结构如图1所示。 它利用比较器产生方波输出；方波通过积分产生三角波输出。 1．2 利用差分放大电路实现三角波-正弦波的变换 波形变换原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性，波形变换过程如图2所示。由图2可以看出，传输特性曲线越对称，线性区域越窄越好；三角波的幅度Uim应正好使晶体接近饱和区域或者截至 区域。 2 电路设计及参数调整 根据设计功能，电路的设计过程分为正弦波、方波、三角波3部分。 2．1 方波与三角波的产生及转换电路 图3中U1构成同相输入迟滞比较器电路，用于产生输出方波。运算放大器U2与电阻Rp2及电容构成积分电路，用于将U1电路输出的方波作为输入，产生输出三角波。 方波部分与三角波部分的参数确定如下： 根据性能指标可知，由可见，f与C成正比，若要得到l~10 Hz输出，C=10μF；若要得到10～100 Hz输出，C=1μF。此时，R4+Rp2=7．5～75 kΩ，若取R4=5．1 kΩ，则Rp2=2.4 kΩ或者Rp2=69． 9 kΩ，因为Rp2=100 kΩ时， 根据输出的三角形幅值5 V和输出的方波幅值14 V，若有：R2／(R3+Rp1)14=5→R2／ (R3+Rp1)=5／14时，R2=10 kΩ，则有Rp1XXXXXX△47 kΩ，R3=20 kΩ。根据方波的上升时间为2 ms，可以选择74141型号的运放。由此可得调整电阻为： 2．2 正弦波产生电路