实验三 双音多频DTMF接收实验

双音多频DTMF 技术 (综合实验)一、实验目的１.了解数字信号处理理念中差分方程、DFT 与Z 变换的基本原理； ２.观察双音多频DTMF 信号的产生及检测；３.掌握DTMF 信令的产生及其检测在实际工程应用中的实现；二、实验原理双音多频DTMF （Dual Tone Multi Frequency ）信令，逐渐在全世界范围内使用在按键式电话机上，因其提供更高的拨号速率，迅速取代了传统转盘式电话机使用的拨号脉冲信令。

近年来DTMF 也应用在交互式控制中，诸如语言菜单、语言邮件、电话银行和ATM 终端等。

DTMF 编解码器在编码时将击键或数字信息转换成双音信号并发送,解码时在收到的DTMF 信号中检测击键或数字信息的存在性。

电话机键盘上每一个键通过由图12.1 所示的行频与列频唯一确定。

DTMF 的编解码方案无需过多的计算量，可以很容易的在DSP 系统里与其他任务并发执行。

图12.1 电话机键盘的频率矩阵由图12.1 可知，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来自两组预分配的频率组：行频组或列频组。

每一对这样的音频信号唯一表示一个数字或符号。

为了产生DTMF 信号，DSP 用软件产生两个正弦波叠加在一起后发送，解码时DSP 则采用改进的Goertzel 算法，从频域搜索两个正弦波的存在。

本实验即讨论DTMF 编解码在TI 的定点DSPTMS320VC54xx 上的实现。

1. DTMF 信号的产生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700Hz ～1700Hz ，选取8000Hz 作为采样频率，即可满足Nyquist 条件。

图 12.2 为数字振荡器对的框图。

由图知每个数字正弦振荡器可以表示为如下二阶系统函数：01212()1b H z a z a z -=++，其中，00sin b A ω=，102cos a ω=-，21a =。

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。

实验3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。

信息科学与工程学院《程控交换原理》上机实验报告
专业班级电信1302班姓名饶亲苗学号 201304135077 实验时间 2016年10月26日指导教师章喆成绩
实验名称 1.双音多频DTMF接收实验
2.空分交换网络原理系统实验
实验目的实验一：1.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；
实验二：1.掌握程控交换的基本原理与实现方法；
2.通过对MT8816芯片的实验，熟悉空分交换网络的工作过程。

实验仪器与材料实验一：程控交换实验箱一台，电话机二台，20MHz示波器一台
实验二：程控交换实验箱一台，电话二---四台，20MHz示波器一台
实验原理实验一：1.在电话机中，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。

注：“实验记录及个人小结”部分不够可另附页或在背面续写第页。

莱芜职业技术学院实训（验）项目单图7－1 按键号码与频率的关系按键号码是两个四中取一的双频编码方式，即每个按键按下时，发出两个频率，一个是高频组中的四中取一，另一个则是低频组中的四中取一。

DTMF译码有硬件译码和软件译码两种。

硬件译码过程如下：DTMF接收器先经高、低群带通滤器进行f L / f H区分，然后过零Goertzel算法介绍Goertzel算法的仿真检测、比较，得到相应于DTMF的两路f L、f H信号输出。

该两路信号经译码、锁存、缓冲，恢复成对应于16种DTMF信号音对的4比特二进制码（D1～D4）。

软件译码过程如上：A/D采样输入信号，对输入信号进行数字信号处理，主要算法包括：双音频率信息获取算法：Goertzel算法判决方法∙信号强度大于THR-SIG∙双音信号（行、列）功率差：THR-TWIREV~THR-TWISTD∙比邻近双音信号强度大THR-ROWREL，THR-COLREL∙二次谐波强度小于THR-ROW2nd，THR-COL2ndA/D转换芯片采用的是TI的TLC549芯片，TLC549是美国德州仪器公司生产的8位图7－3 TLC549原理框图串行A/D转换器芯片，可与通用微处理器、控制器通过I/O CLOCK、CS、DATA OUT三条口线进行串行接口。

具有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路，转换时间最长17μs，TLC548允许的最高转换速率为45 500次/s，TLC549为40 000次/s。

总失调误差最大为±0.5LSB，典型功耗值为6mW。

采用差分参考电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准转换范围，V REF-接地，V REF+－V REF-≧1V，可用于较小信号的采样。

TLC549均有片内系统时钟，该时钟与I/O CLOCK是独立工作的，无须特殊的速度或相位匹配。

其工作时序如图7－4所示。

当CS为高时，数据输出(DA TA OUT)端处于高阻状态，此时I/O CLOCK不起作用。

实验3双音多频信号的合成与检测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 =2πf H f s,ωL =2πf L f s分别表示高频和低频频率，电话信号的典型抽样频率为f s =8KHz 。

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 ：/k s f kf 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。

实验4 双音多频（DTMF ）接收与检测‎实验一、实验目的1．观测电话机‎发送的DT ‎M F 信号波‎形；2．了解电话号‎码双音多频‎信号在程控‎交换系统中‎的接收和检‎测方法； 3．熟悉该电路‎的组成结构‎及工作过程‎。

二、实验电路工‎作过程DTMF 接‎收器包括D ‎T MF 分组‎滤波器和D ‎T MF 译码‎器，其基本原理‎如图4-1所示。

DTMF 接‎收器先经高‎、低群带通滤‎器进行fL ‎ / f H 区分，然后过零检‎测、比较，得到相应于‎D T MF 的‎两路f L 、fH 信号输‎出。

该两路信号‎经译码、锁存、缓冲，恢复成对应‎于16种D ‎T MF 信号‎音对的4比‎特二进制码‎（D 1～D4）。

图4-1 典型DTM ‎F 接收器原‎理框图图4-2 MT887‎0芯片管脚‎排列在本实验系‎统电路中，DTMF 接‎收器采用的‎是M T88‎70芯片。

图4-2为管脚排‎列图。

1．电路的基本‎特性（1）提供DTM ‎F 信号分离‎滤波和译码‎功能，输出相应1‎6种DTM ‎F 频率组合‎的4位 并行二进制‎码。

（2）可外接3.5795M ‎H z 晶体，与内含振荡‎器产生基准‎频率信号。

（3）具有抑制拨‎号音和模拟‎信号输入增‎益可调的能‎力。

（4）二进制码为‎三态输出。

18VDDD1 D2 D3 D4（4）提供基准电‎压（VDD\2）输出。

（5）电源+5V（6）功耗15mw（7）工艺CMOS（8）封装18引线双‎列直插2．管脚简要说‎明IN+ ，IN-运放同、反相输入端‎，模拟信号或‎D T MF信‎号从此端输‎入。

FB 运放输出端‎，外接反馈电‎阻可调节输‎入放大器的‎增益。

VREF 基准电压输‎出。

IC 内部连接端‎，应接地。

OSC1，OSC0振荡器输入‎、输出端，两端外接3‎.5795M‎H z晶体。

EN 数据输出允‎许端，若为高电平‎输入，即允许D0‎1～D04输出‎，若为低电平‎输入，则禁止D0‎1～D04输出‎。

实验一：数字程控交换系统的组成及数据配置一、实验目的和要求通过对本实验系统的初步使用，对数字程控交换系统的基本构成和工作过程有一个总体而直观的认识。

理解数字程控交换系统的核心——交换网络的工作原理和工作过程，观察从用户摘机到链路拆除整个局内呼叫过程中数字程控交换系统硬件和软件的基本动作。

二、实验原理一个数字程控交换系统通常由交换网络、接口子系统和控制子系统三个部分组成。

其中接口子系统的作用是将来自不同终端（如电话机，计算机等）或其他交换系统的各种传输信号转换成统一的数字程控交换系统内部的工作信号，并按信号的性质分别将信令传送给控制系统，将消息传送给交换网络。

交换网络的任务是实现输入输出线上的信号的传递或接续。

控制系统则负责处理信令，按信令的要求控制交换网络完成接续，通过接口发送必要的信令，协调整个数字程控交换系统的工作以及配合协调整个电信网的运行等等。

各个模块之间的关系如图1-1所示：图1-1 数字程控交换实验系统各模块关系三、仪器设备1．数字程控交换实验系统2．PC机两台3．电话机两台四、操作方法与实验步骤实验步骤：实验者可根据以上的系统配置数据，确定要拨叫的局内分机号码。

然后根据分机号码打电话，具体步骤如下：（1）首先由实验者摘机，此时可以观察到接在用户线两端的发光二极管变亮，表示该话机已从挂机状态转为摘机状态，然后实验者可以听到拨号音，为连续的450Hz的单频声音。

（2）用户开始拨号，此时拨号音停止，用户所拨的号码在数码管上显示出来，如果所拨的号码为系统允许的合法号码，实验者将听到被叫电话发出振铃声，振铃信号为25Hz，通断比为1秒通、4秒断的低频振荡信号，同时系统将向主叫用户送回铃音，回铃音是频率为450Hz，通断比为1秒通、4秒断的单频信号音。

（3）被叫摘机，被叫的振铃声和主叫的回铃音都将停止，同时这两路电话可以开始进行正常通话。

（4）当某一方挂机后，通话完毕，此时系统将拆除这两路的连接，并向未挂机的一方送出忙音。

双音多频检测实验一、实验目的1、加强对用户接口信令的认识与理解2、掌握双音多频检测的基本原理3、熟悉CM8870双音多频检测器件的性能及使用方法二、实验仪器1、J H5001通信原理综合实验系统一台2、20MHz双踪示波器一台3、数字存贮示波器一台4、电话机二部三、实验原理用户接口上的信令又可分为线路信令与地址信令（也称之为记发器信令）。

线路信令主要反映了二线用户话机的状态：摘机或挂机，此类信令一般由SLIC电路检测（该方面已包括在前面的实验中）；地址信令主要是用户发送的号码信令，该类信令一般由双音多频检测器进行检测。

用户线上的地址信令存在两种技术标准：1、脉冲拨号方式：脉冲拨号方式是按一定的断续比和速率来断、续电话线的环路来发出号码信号。

脉冲拨号主要在早期的步进制交换机中采用，其缺点是拨号速度慢、脉冲产生变异易引起交换机误动作等，随着技术的发展已逐渐被双音多频拨号方式所取代。

2、双音多频DTMF（Dual Tone Multifrequency)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），按照双音组合的原理，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的编码方法。

根据CCITT的建议，国际上采用697HZ、770 HZ、852 HZ、表6.2.1 DTMF号码组合941HZ、1209HZ、1336HZ、1477HZ和1633HZ，把这8种频率分成两个群，即低频群和高频群，从低频群和高频群中任意各抽出一种频率进行组合，共有16种不同组合，各代表16种不同数字号码或功能，DTMF号码组合见表6.2.1。

在双音多频检测模块中，采用CM8870进行双音频信号的检测。

双音多频信号输入后，经过信号放大和滤波，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，并对检测的结果按表6.2.2进行译码、锁存。