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实验四双音多频(DTMF)接收与检测单元实验一、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、预习要求1．认真预习有关双音多频方面的相关内容。
三、实验仪器仪表1．现代程控交换实验系统一台2．电话机四部3．20MHz 示波器一台四、实验电路工作过程(一)双音多频拨号和脉冲拨号简单介绍在电话机中，有两种拔号方式，即脉冲拨号和双音多频拔号。
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，故称之为多频，又因为 8 种频率中任意抽出 2 种进行组合。
又称其为 8 中取 2 的编码方法。
表 5-1双音多频，简写 DTMF（DTMF=Dual Tone Multifrequency）图 5-1 一个典型的 DTMF 发送电路原理框图DTMF 发送器的原理与构成如图 5-1 所示，它主要包括：(1) 晶体振荡器——外接晶体（通常采用 3.58MHz）与片内电路构成振荡器，经分频产生参考信号。
(2) 键控可变时钟产生电路——它是一种可控分频比的分频器，通常由 n 级移位寄存器与键控反馈逻辑单元组成。
(3) 正弦波产生电路——它是由正弦波编码器与 D/A 变换器构成，通常，可变速时钟信号先经 5 位寄存器，产生一组 5 位移位代码，再由可编程逻辑阵列（PLA）将其转换成二进制代码，加到 D/A 变换器形成台阶型正弦波。
显然台阶的宽度等于时钟频率的倒数，这样形成的正弦波信号频率必然对应于时钟的速率和按键的号码。
(4) 混合电路——将键盘所对应的行、列正弦波信号（即低、高群 fL 、 fH ）相加、混合成双音信号输出。
基于双音多频编码信号的通信系统接收端设计摘要基于双音频编码信号的通信系统接收端主要是完成接收DTMF信号，并进行相应的译码显示工作。
本课题设计中，硬件设计运用芯片MT8880进行DTMF信号的接收和译码工作。
采用MT8880的典型应用电路对接收的DTMF信号进行译码，然后MT8880将译码数据传输给单片机，单片机通过数据口传输该数据给HD7279，由HD7279构成的驱动电路将数据通过数码管显示出来。
此时，MT8880设置在中断方式，当有DTMF信号发送过来时，芯片的IRQ端由高电平变为低电平，通过软件控制，单片机进入中断程序，进行接收数据的传送和显示工作。
MT8880对时序的要求比较高，译码前必须初始化。
MT8880的初始化和单片机接收初始化由软件控制。
单片机主要是对硬件电路工作进行控制。
在显示电路中用HD7279作为接收、驱动芯片，对接收的数据送给数码管显示出来。
HD7279A是一片具串行接口的，可同时驱动8 共阴式数码管的智能显示驱动芯片，所以接收时数据只能一位一位的接收。
本课题完成了双音频编码信号的通信系统接收端设计，以单片机STC89C52为核心，运用双音频信号（DTMF）编码对接收的DTMF信号进行译码并发送到单片机，之后将发送的数据用数码管显示出来。
关键词：DTMF 单片机 MT8888 HD7279第一章设计要求1.1实验内容以单片机STC89C52为核心，运用双音频信号（DTMF）编码对数据进行编码并发送。
1.2实验要求1. 利用MT8880实现双音频信号的译码；2. 通过HD7279接收传输数据；3．译码的数据通过显示器显示。
第二章系统组成及工作原理2.1 系统组成双音多频信号（DTMF）是由一组低音频信号和一组高音频信号以一定方式的组合构成的，每组音频信号各有4个音频信号，而每种组合有一个高音频信号和一个低音频信号，共16种组合。
过去主要用于电话拨号信息传输，具有很强的抗干扰能力。
双音多频拨号系统仿真设计报告首先，我们需要了解双音多频拨号系统的原理。
在DTMF系统中，每个按键都被映射到一个由两个频率组成的音调。
这些频率包括低频组（697Hz,770Hz,852Hz,941Hz）和高频组（1209Hz,1336Hz,1477Hz,1633Hz）。
通过同时发送低频和高频信号，我们就可以识别出用户所按下的按键。
为了设计一个可靠的DTMF拨号系统，我们需要进行系统的仿真设计。
首先，我们需要使用MATLAB等工具来实现DTMF信号的产生。
这可以通过使用矩阵乘法来实现，其中每个按键对应一个DTMF信号，并且通过调整每个信号的振幅和长度来控制其音调。
在仿真时，我们可以模拟用户按下按键来产生相应的DTMF信号。
然后，我们需要设计一个数字滤波器来对DTMF信号进行分析和处理。
这个数字滤波器通常被称为带通滤波器，它可以对特定的频率范围内的信号进行增益。
为了实现这个滤波器，我们需要使用数字滤波器设计工具，例如巴特沃斯滤波器或IIR滤波器。
通过将DTMF信号传递给数字滤波器，我们可以将其分解成低频组和高频组，并且可以判断出用户所按下的按键。
通过以上的仿真设计，我们可以模拟出一个完整的双音多频拨号系统。
通过调整输入的按键和观察界面显示的结果，我们可以验证系统的正确性和可靠性。
此外，通过对系统进行性能测试，我们还可以评估系统的响应时间和稳定性等指标。
总结起来，双音多频拨号系统仿真设计报告主要介绍了DTMF系统的原理和设计过程。
通过使用MATLAB等工具，我们可以实现DTMF信号的产生和分析，并通过设计合适的数字滤波器进行信号处理。
通过设计一个交互式界面，我们可以模拟整个DTMF拨号系统的运行过程，并评估其性能和可靠性。
摘要双音多频(Dual Tone Multi Frequency,DTMF)作为一种电话拨号的制式,通过不同频率的组合在线路上表示不同的数字和符号。
相比于传统的拨号脉冲信令,DTMF信令具有更高的拨号脉冲速率,因此在按键电话机上得到广泛的使用。
近年来,在交互式控制中,DTMF也得到了应用,诸如语言邮件、电话银行和ATM终端等。
在这些系统中,用户可利用电话发送DTMF信号,来选择语音菜单进行操作。
电话机的音频拨号方式是，当每一个按键按下时，对应着两个不同的频率的信号在电话线上传送。
反之，如果要求根据某两个频率确定对应的按键，则需要音频译码电路。
关键词双音多频；应用；MT8870；特点Title Secondary development of DTMF Dual Tone Multi Frequency system designAbstract:Dual Tone Multi Frequency as a telephone dialing systems, through a combination of different frequency on the lines represent different numbers, and symbols. Compared to traditional dial-pulse signaling, DTMF signalling dial with a high pulse rate, so press the key on the telephone is widely used. In recent years, in an interactive control, DTMF has been applied, such as voice mail, telephone banking and ATM terminals, etc. In these systems, users can use the phone sends DTMF signals, to select the voice menu for operation. Telephone tone dialing is when every key pressed, corresponding to two different frequency signal sent over the phone line. Conversely, if the requirements determined according to two frequencies correspond to the keys, you will need audio decoding circuit.Keywords:Dual-tone multi-frequency; application; the MT8870; features目录1 绪论 (1)1.1 DTMF双音多频信号的发现及应用 (1)1.2 DTMF双音多频信号的特点 (1)2 DTMF双音多频信号的简介 (2)3 DTMF双音多频信号的产生与接收 (3)3.1DTMF双音多频信号的产生原理 (3)3.2DTMF双音多频信号构成 (4)4 双音多频（DTMF）系统重要部分 (5)4.1 双音多频（DTMF)收发电路 (5)4.2 MT8870芯片简述 (6)4.2.2 MT8870的引脚功能 (7)4.3 电路的工作原理 (9)4.3.1 MT8870芯片工作方式 (11)4.4 拨号芯片及外围电路 (12)5.2 硬件电路部分 (13)5.2.1 单片机主控电路 (13)5.2.2 双音多频（DTMF）解码部分 (16)5.2.3 自动摘挂机电路 (17)5.3 软件部分设计 (17)6 系统抗干扰措施 (19)6.1 系统硬件抗干扰措施 (19)6.2 系统软件抗干扰措施 (20)结论 (21)致谢 (22)附录： (24)1 绪论1.1 DTMF双音多频信号的发现及应用双音多频（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。
DTMF电话中的拨号信号发生与检测系统仿真摘要双音多频（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，且容易自动检测识别，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他通信系统中，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。
本文着重介绍了一种快速的频率检测算法——GEORTZEL算法的原理，以及该算法在双音多频拨号检测系统中的应用。
并根据此算法设计出了相应的滤波器，利用MATLAB在计算机上对双音多频的信令产生及检测接收系统进行了仿真测试。
关键词：双音多频，Goertzel算法，数字信号处理，傅里叶变换；目录摘要 (1)1.绪论 (3)1.1 引言 (3)1.2 数字信号简介 (3)1.3 数字滤波器 (4)1.4 频率分析 (4)1.4.1 傅里叶级数及傅里叶变换 (5)1.4.2 Z变换及系统函数 (5)1.4.3 离散系统傅里叶变换（DFT） (6)2.双音多频（DTMF）通信系统 (6)2.1 双音多频（DTMF）信号简介 (6)2.2 双音多频（DTMF）信号的产生 (7)2.3 双音多频（DTMF）信号的检测 (8)3.戈泽尔(Goertzel)算法 (10)3.1 戈泽尔(Goertzel)算法原理 (10)3.2 戈泽尔(Goertzel)算法程序 (12)5.双音多频（DTMF）系统的仿真 (13)6.结束语 (15)参考文献 (16)1 绪论1.1 引言双音多频（DTMF）信号，由美国贝尔实验室研制，用于音频电话网络中的拨号信号。
DSP课程设计实验报告DTMF信号的产生与检测指导老师：时间：1 设计任务书双音多频DTMF（Dual Tone Multi Frequency）信号是在按键式电话机上得到广泛应用的音频拨号信令，一个DTMF信号由两个频率的音频信号叠加构成。
这两个音频信号的频率分别来自两组预定义的频率组：行频组和列频组。
每组分别包括4个频率，据CCITT的建议，国际上采用的这些频率为697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz 和1633Hz等8种。
在每组频率中分别抽出一个频率进行组合就可以组成16种DTMF编码，从而代表16种不同的数字或功能键，分别记作0~9、*、#、A、B、C、D。
如下图所示。
图1-1 双音多频信号编码示意图要用DSP产生DTMF信号，只要产生两个正弦波叠加在一起即可；DTMF检测时采用改进的Goertzel算法，从频域搜索两个正弦波的存在。
1.1 实验目的掌握DTMF信号的产生和检测的DSP设计可使学生更加透彻的理解和应用奈奎斯特采样定理，与实际应用相结合，提高学生系统地思考问题和解决实际问题的能力。
通过对DSP 信号处理器及D/A和A/D转换器的编程，可以培养学生C语言编程能力以及使用DSP硬件平台实现数字信号处理算法的能力。
1.2 技术指标及设计要求1.2.1 基本部分1)使用C语言编写DSP下DTMF信号的产生程序，要求循环产生0~9、*、#、A、B、C、D对应的DTMF信号，并且符合CCITT对DTMF信号规定的指标。
2)使用C语言编写DSP下DTMF信号的检测程序，检测到的DTMF编码在CCS调试窗口中显示，要求既不能漏检，也不能重复检出。
3) DTMF 信号的发送与接收分别使用不同的实验板完成。
1.2.2 发挥部分1) 使用一个DSP 工程同时实现DTMF 信号的发送和检测功能。
2) 改进DTMF 信号的规定指标，使每秒内可传送的DTMF 编码加倍。
程控课程设计报告设计题目基于DTMF芯片的远程控制器设计学生姓名王名孝学号1007050217教学院系电气信息学院专业年级通信工程2010级指导教师曹玉英完成日期2013 年 6 月18 日目录第一部分：前言 (3)第二部分：主要器件DTMF原理和MT8870简介 (4)Intel 8052单片机简介 (6)74LS123简介 (6)第三部分：硬件模块振铃检测 (7)模拟摘挂机 (7)控制电器 (7)第四部分：软件设计总体设计流程图 (8)振铃检测程序 (8)密码验证程序 (9)第五部分：系统功能介绍及扩展………………………………………第六部分：总结与体会…………………………………………………参考文献……………………………………………………前言随着通讯产业的发展，电话机已经走进了千家万户，利用电话机进行远程控制的技术也日益用于生活中，本文设计了一种电话远程控制系统，该系统主要应用于电话遥控控制的家用电器，用户在户外可通过任意一部双音多频电话（包括手机、电话分机），根据语音提示，可以对各种电器（如电饭锅、微波炉等电器）进行远程控制。
DTMF远程控制装置是以intel 8052单片机为控制核心，MT8870为DTMF 信号接受电路，在系统程序控制下实现功能，它由振铃信号检测、摘挂机控制、双音频解码、及电器控制四部分组成。
DTMF远程控制应用于家庭、无人场所、工业控制等。
由于该系统的设计，是利用现有的电话网络资源和现代集成电子技术、通信技术、微处理技术于一体，它为出门在外的人们，因总惦记家里的安危，想不用回家就可开关家里的电器设备，造成有人在家的假象，保证家里的安全，也可以为工作了一天的人们提早准备了热水，使你尽情释放一天的疲劳，提早准备了香喷喷的饭菜，提早打开空调，一进门便能享受清凉的世界……为人们省去了多少麻烦，带来了多少便利。
同时由于采用基于公共电话网的新型遥控方式，而常规的有线遥控方式需要进行专门的布线，增加了投入；而红外线、超声波遥控则受距离限制。
中北大学课程设计说明书学生姓名：学号：学院：信息与通信工程专业：电子信息工程题目：信息处理综合实践:DTMT双音多频信号的检测指导教师：薛英娟赵英亮职称:副教授2014 年 6 月 26 日课程设计任务书课程设计任务书目录一、引言 (1)二、设计目的 (1)三、设计原理 (1)USB总线概述 (1)(一)USB总线： (1)(二)USB总线设备规范： (2)(三)USB总线通信模型： (2)(四)USB总线枚举过程： (3)(五)USB总线要点： (4)(六)USB总线传输过程： (4)(七)通用USB设备操作： (5)1.动态插接与拔出： (5)2.地址分配： (6)3.配置： (6)4.数据传送： (6)(八)USB设备的标准请求： (7)1. 批处理传送： (9)2. 控制传送： (9)3. 中断传送： (9)4. 同步传送： (10)基于USB总线的A/D采集卡(USB-9211A) (10)(一)概述： (10)(二)性能和技术指标： (10)双音多频信号 (12)四、设计方案 (12)(一)双音多频(DTMF)信号的组成： (12)(二)双音多频信号的产生： (13)(三)双音多频信号的检测： (14)(四)MATLAB实现： (14)(五)检测DTMF信号的DFT参数选择： (15)1.频谱分析的分辨率： (15)2.频谱分析的频率范围： (15)3.检测频率的准确性： (15)五、结果及分析 (17)(一)实验结果： (17)(二)实验程序： (21)第一部分：DTMF信号生成(generateSingle.m) ................... 错误！未定义书签。
第二部分：DTMF信号检测(DTMF.m) ................................ 错误！未定义书签。
六、设计心得 (23)一、引言在现代通信系统中，都离不开数据采集、处理和输出这三个过程。
基于双音多频编码信号的通信系统接收端设计摘要基于双音频编码信号的通信系统接收端主要是完成接收DTMF信号，并进行相应的译码显示工作。
本课题设计中，硬件设计运用芯片MT8880进行DTMF信号的接收和译码工作。
采用MT8880的典型应用电路对接收的DTMF信号进行译码，然后MT8880将译码数据传输给单片机，单片机通过数据口传输该数据给HD7279，由HD7279构成的驱动电路将数据通过数码管显示出来。
此时，MT8880设置在中断方式，当有DTMF信号发送过来时，芯片的IRQ端由高电平变为低电平，通过软件控制，单片机进入中断程序，进行接收数据的传送和显示工作。
MT8880对时序的要求比较高，译码前必须初始化。
MT8880的初始化和单片机接收初始化由软件控制。
单片机主要是对硬件电路工作进行控制。
在显示电路中用HD7279作为接收、驱动芯片，对接收的数据送给数码管显示出来。
HD7279A是一片具串行接口的，可同时驱动8 共阴式数码管的智能显示驱动芯片，所以接收时数据只能一位一位的接收。
本课题完成了双音频编码信号的通信系统接收端设计，以单片机STC89C52为核心，运用双音频信号（DTMF）编码对接收的DTMF信号进行译码并发送到单片机，之后将发送的数据用数码管显示出来。
关键词：DTMF 单片机 MT8888 HD7279第一章设计要求1.1实验内容以单片机STC89C52为核心，运用双音频信号（DTMF）编码对数据进行编码并发送。
1.2实验要求1. 利用MT8880实现双音频信号的译码；2. 通过HD7279接收传输数据；3．译码的数据通过显示器显示。
第二章系统组成及工作原理2.1 系统组成双音多频信号（DTMF）是由一组低音频信号和一组高音频信号以一定方式的组合构成的，每组音频信号各有4个音频信号，而每种组合有一个高音频信号和一个低音频信号，共16种组合。
过去主要用于电话拨号信息传输，具有很强的抗干扰能力。
沈阳工程学院学生实验报告实验室名称：通信实验室课程名称：数字传输技术实验名称：双音多频电话拨号音产生实验实验日期：2015年11月6日班级：通信32 姓名：张翼学号：2013312211指导教师：何思远成绩：一、实验目的1. 理解双音多频电话拨号音产生的原理。
2. 掌握使用MATLAB语言产生双音多频电话拨号音的方法。
二、实验原理电话拨号产生的电话号码是通过双音多频（DTMF）格式从电话机传送给交换机的。
所谓双音多频，就是利用两个规定频率的正弦波去代表电话机的某一个按键，当按下某按键时，就发送相应的一组正弦波。
交换机一方通过检测这组正弦波的频率来识别相应的号码信息。
DTMF规定的电话拨号按键与发送正弦波频率组的对应关系如图1所示。
图1 DTMF规定的电话拨号按键与发送正弦波频率组的对应关系此外，Matlab也提供了关于电话拨号的演示程序phone。
图2为使用phone命令打开的演示窗口。
图2 Matlab中的phone演示窗口三、实验内容及要求根据双音多频电话拨号音产生的原理，用一个函数文件（Function File）产生双音多频电话拨号音。
要求该函数能够根据输入的电话号码产生拨号音频，每个号码的DTMF音持续时间为0.3秒，拨号间隔为0.1秒。
四、程序代码function y=myphone(num_str)%输入num_str为电话号码字符串，为1.2.3.4.5.6.7.5.6.0.*.#%输出为相应的拨号音效矩阵%如果不给出输出变量，则从声卡输出拨号音频freq_low=[697 770 852 941]; %低频频率freq_Hgh=[1209 1336 1477]; %高频频率time_of_num=0.3; %每个号码的DTMF音持续时间Fs=8000; %信号采集率wav=inline('0.25*sin(2*pi*p(1)*[1/p(3):1/p(3):p(4)])+0.25*sin(2*pi*p(2)*[1/p(3):1/p(3):p(4)])','p'); %P=[fL,fH,time_of_num]%参数的含义：[高频率，低频率，采样率，持续时间]XX=[]; %提高运行速度for k=1:length(num_str)switch num_str(k) %根据拨号确定双音频对case '1'fL=freq_low(1);fH=freq_Hgh(1);case '2'fL=freq_low(1);fH=freq_Hgh(2);case '3'fL=freq_low(1);fH=freq_Hgh(3);case '4'fL=freq_low(2);fH=freq_Hgh(1);case '5'fL=freq_low(2);fH=freq_Hgh(2);case '6'fL=freq_low(2);fH=freq_Hgh(3);case '7'fL=freq_low(3);fH=freq_Hgh(1);case '8'fL=freq_low(3);fH=freq_Hgh(2);case '9'fL=freq_low(3);fH=freq_Hgh(3);case '0'fL=freq_low(4);fH=freq_Hgh(2);case '*'fL=freq_low(4);fH=freq_Hgh(1);case '#'fL=freq_low(4);fH=freq_Hgh(3);otherwiseerror('输入号码错误');endX=wav([fL,fH,Fs,time_of_num]); %产生拨号频率信号X=[X,zeros(1,Fs*0.1)]; %添加拨号间隔XX=[XX,X]; %多个拨号顺序合成endif nargout==1y=XX; %返回else %如果无返回变量，则播放声音，并做出波形图sound(XX,Fs);plot([1:length(XX)]./Fs,XX);axis([0 length(XX)/Fs -1 1]);xlabel('time(sec)');title(['The telephone number is : ',num_str]);end编辑并存盘为myphone.m后，执行：（1）myphone('31975555');从声卡输出拨号DTMF音，并显示出拨号波形图，如图3所示。
设计目的 1. 巩固所学的数字信号处理理论知识，了解电话中双音多频信号的产生与检测原理；2. 了解数字信号处理在实际中的使用方法和重要性；3. 学习资料的收集与整理，学会撰写课程设计报告。
实验环境 1. 微型电子计算机（PC）；2. 安装Windows 2000以上操作系统，MATLAB等开发工具。
任务要求 1. 研究双音多频拨号（DTMF）系统，研究电话中双音多频信号的产生与检测原理；任意送入6位和8位电话号码，打印出相应的幅度谱。
观察程序运行结果，判断程序谱分析的正确性。
2. 利用课余时间去图书馆或上网查阅课题相关资料，深入理解课题含义及设计要求，注意材料收集与整理；3. 在第15周末之前完成预设计，并请指导教师审查，通过后方可进行下一步工作；4. 结束后，及时提交设计报告（含纸质稿、电子稿），要求格式规范、内容完整、结论正确，正文字数不少于3000字（不含代码）。
工作进度计划序号起止日期工作内容1 2009.12.14~2009.12.14 在预设计的基础上，进一步查阅资料，完善设计方案。
2 2009.12.14~2009.12.17 设计总体方案，构建、绘制流程框图，编写代码，上机调试。
3 2009.12.17~2009.12.18 测试程序，完善功能，撰写设计报告。
4 2009.12.18 参加答辩，根据教师反馈意见，修改、完善设计报告。
摘要所谓双音多频（DTMF），就是用两个频率——行频和列频来表示电话机键盘上的一个数字。
DTMF 电话的指令正在迅速的取代脉冲指令。
除了在电话呼叫信号中使用外，DTMF 还广泛的使用在交互式控制应用，例如电话银行、电子邮件甚至家电远程控制等，用户可以从电话机发送DTMF 信号来做菜单选择。
本文基于MATLAB的双音多频拨号系统的仿真实现。
主要涉及到电话拨号音合成的基本原理及识别的主要方法，利用MATLAB 软件以及DFT 算法实现对电话通信系统中拨号音的合成与识别。
并进一步利用MATLAB 中的图形用户界面GUI 制作简单直观的模拟界面。
还能够利用矩阵不同的基频合成0 －9 不同按键的拨号音，并能够对不同的拨号音加以正确的识别，实现由拨号音解析出电话号码的过程，进一步利用GUI 做出了简单的图形操作界面。
本文具有界面清楚，画面简洁，易于理解，操作简单的优点，从而实现对电话拨号音系统的简单的信号仿真。
关键词：双音多频（DTMF）MATLAB GUI 信号仿真目录1 引言 52 电话中的双音多频（DTMF）信号的产生与检测 62．1双音多频信号的产生 62．2双音多频信号的检测 63 检测DTMF信号的DFT参数选择 73．1 频谱分析的分辨率 73．2频谱分析的频率范围 73．3检测频率的准确性 84 关于Goertzel 94.1 Goertzel基本算法 104.2 选择合适的采样率 104.3 块大小的设置 114.4 预计算常数 114.5 Goertzel优化算法 124.6 Goertzel算法演示程序 125 DTMF信号的产生与识别仿真实现 136 界面的设计与实现 166．1 DTMF 信号的组成 166．2 DTMF 信号产生合成的程序模块 166.2.1 默认模块 176.2.2 按键模块设计 176.3．图形电话拨号面板的制作 226.4．DTMF 信号的检测识别 236.5. DTMF的整体界面设计结果 23结论 25致谢 26参考文献12751 引言双音多频（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，信号用表示，其中，。
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 1336Hz1477Hz 633Hz697Hz 1 2 3 A770Hz 4 5 6 B852Hz 7 8 9 C942Hz * 0 # DDTMF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。
2 电话中的双音多频（DTMF）信号的产生与检测2．1双音多频信号的产生假设时间连续的DTMF信号用表示，式中是按照表1选择的两个频率，代表低频带中的一个频率，代表高频带中的一个频率。
显然采用数字方法产生DTMF信号，方便而且体积小。
下面介绍采用数字方法产生DTMF信号。
规定用8KHz对DTMF信号进行采样，采样后得到时域离散信号为形成上面序列的方法有两种，即计算法和查表法。
用计算法求正弦波的序列值容易，但实际中要占用一些计算时间，影响运行速度。
查表法是预先将正弦波的各序列值计算出来，寄存在存储器中，运行时只要按顺序和一定的速度取出便可。
这种方法要占用一定的存储空间，但是速度快。
因为采样频率是8000Hz，因此要求每125ms输出一个样本，得到的序列再送到D/A变换器和平滑滤波器，输出便是连续时间的DTMF信号。
DTMF信号通过电话线路送到交换机。
2．2双音多频信号的检测在接收端，要对收到的双音多频信号进行检测，检测两个正弦波的频率是多少，以判断所对应的十进制数字或者符号。
显然这里仍然要用数字方法进行检测，因此要将收到的时间连续DTMF信号经过A/D变换，变成数字信号进行检测。
检测的方法有两种，一种是用一组滤波器提取所关心的频率，根据有输出信号的2个滤波器判断相应的数字或符号。
另一种是用DFT（FFT）对双音多频信号进行频谱分析，由信号的幅度谱，判断信号的两个频率，最后确定相应的数字或符号。
当检测的音频数目较少时，用滤波器组实现更合适。
FFT是DFT 的快速算法，但当DFT的变换区间较小时，FFT快速算法的效果并不明显，而且还要占用很多内存，因此不如直接用DFT合适。
下面介绍Goertzel算法，这种算法的实质是直接计算DFT的一种线性滤波方法。
这里略去Goertzel算法的介绍（请参考文献[19]），可以直接调用MATLAB信号处理工具箱中戈泽尔算法的函数Goertzel，计算N点DFT的几个感兴趣的频点的值。
3 检测DTMF信号的DFT参数选择用DFT检测模拟DTMF信号所含有的两个音频频率，是一个用DFT对模拟信号进行频谱分析的问题。
根据第三章用DFT对模拟信号进行谱分析的理论，确定三个参数：（1）采样频率，（2）DFT的变换点数N，（3）需要对信号的观察时间的长度。
这三个参数不能随意选取，要根据对信号频谱分析的要求进行确定。
这里对信号频谱分析也有三个要求：（1）频率分辨率，（2）谱分析的频谱范围，（3）检测频率的准确性。
3．1 频谱分析的分辨率观察要检测的8个频率，相邻间隔最小的是第一和第二个频率，间隔是73Hz，要求DFT最少能够分辨相隔73Hz的两个频率，即要求。
DFT的分辨率和对信号的观察时间有关，。
考虑到可靠性，留有富裕量，要求按键的时间大于40ms。
3．2频谱分析的频率范围要检测的信号频率范围是697～1633Hz，但考虑到存在语音干扰，除了检测这8个频率外，还要检测它们的二次倍频的幅度大小，波形正常且干扰小的正弦波的二次倍频是很小的，如果发现二次谐波很大，则不能确定这是DTMF信号。
这样频谱分析的频率范围为697～3266Hz。
按照采样定理，最高频率不能超过折叠频率，即，由此要求最小的采样频率应为7.24KHz。
因为数字电话总系统已经规定＝8KHz，因此对频谱分析范围的要求是一定满足的。
按照，＝8KHz，算出对信号最少的采样点数为。
3．3检测频率的准确性这是一个用DFT检测正弦波频率是否准确的问题。
序列的N点DFT是对序列频谱函数在0～区间的N点等间隔采样，如果是一个周期序列，截取周期序列的整数倍周期，进行DFT，其采样点刚好在周期信号的频率上，DFT的幅度最大处就是信号的准确频率。
分析这些DTMF信号，不可能经过采样得到周期序列，因此存在检测频率的准确性问题。
DFT的频率采样点频率为（k=0，1，2，---，N-1），相应的模拟域采样点频率为（k=0，1，2，---，N-1），希望选择一个合适的N，使用该公式算出的能接近要检测的频率，或者用8个频率中的任一个频率代入公式中时，得到的k值最接近整数值，这样虽然用幅度最大点检测的频率有误差，但可以准确判断所对应的DTMF频率，即可以准确判断所对应的数字或符号。
经过分析研究认为N＝205是最好的。
按照＝8KHz，N＝205，算出8个频率及其二次谐波对应k值，和k取整数时的频率误差见表2。
表28个基频Hz 最近的整数k值 DFT的k值绝对误差二次谐波Hz 对应的k值最近的整数k值绝对误差697 17.861 18 0.139 1394 35.024 35 0.024770 19.531 20 0.269 1540 38.692 39 0.308852 21.833 22 0.167 1704 42.813 43 0.187941 24.113 24 0.113 1882 47.285 47 0.2851209 30.981 31 0.019 2418 60.752 61 0.2481336 34.235 34 0.235 2672 67.134 67 0.1341477 37.848 38 0.152 2954 74.219 74 0.2191633 41.846 42 0.154 3266 82.058 82 0.058通过以上分析，确定＝8KHz，N＝205，关于Goertzel采用快速傅立叶变换(FFT)算法程序可以方便地检测音频信号中的单个或多个音调，当只需检测少数几个频率时，本文介绍的Goertzel算法将更有效，该算法在进行音调检测时比快速傅立叶变换(FFT)所需的CPU资源少得多，运算速度更快。
