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1、摘 要本课题针对DTMF双音多频信号的检测与识别，着力分析研究了DTMF信号编解码电路以及语音芯片的工作原理和开发应用。研究过程中通过查阅相关文献资料，对实现方案进行了分析设计，并基于设计方案对DTMF编解码芯片及语音芯片进行了分析选型和电路设计调试。本文首先介绍了DTMF技术和常用的DTMF信号编解码芯片，经过选型，设计了本系统DTMF信号的收发方案。同时，针对目前常用的语音芯片，我们着重分析了ISD系列语音芯片1420的工作原理和分段原理，根据研究分析结果，设计了该芯片的录放音方案。结合MT8870译码显示电路和ISD1420录放音电路的工作原理，实现了系统的按键译码显示和按键播报功能。文
2、章给出了用电路图绘制工具Protel 99SE绘制的系统实现电路。本文最后对系统实现方案作了进一步探讨设想，以拓展和优化系统设计。关键词 TP5087 MT8870 MT8888 ISD1420语音芯片 DTMF双音多频信号 直接模拟存储技术目 录第1章 引言11.1 设计要求11.2 课题意义1第2章 DTMF技术22.1 自动电话的制式22.2 DTMF 技术 3第3章 DTMF信号收发方案分析53.1 TP5087双音多频编码器53.2 MT8870双音多频解码器73.2.1 引脚排列与功能73.2.2 内部结构83.2.3 内部原理分析93.2.4 应用电路93.3 MT8888双音多
3、频编解码器123.3.1 引脚排列与功能123.3.2 内部结构133.3.3 寄存器与控制133.3.4 应用电路153.4 DTMF信号收发的两种方案15第4章 ISD110/ISD1420系列语音芯片简介164.1 ISD110/ISD1420系列语音芯片概述164.2 ISD1420语音芯片功能描述174.3 ISD1420操作模式204.4 ISD1420应用电路和时序21第5章 设计实现235.1 DTMF信号的发送235.2 DTMF信号的接收和按键显示245.2.1 模块电路和功能245.2.2 Protel 99SE绘制的功能实现电路255.3 按键播报265.3.1 ISD
4、1420分段原理265.3.2 录放音实现295.3.3 Protel 99SE绘制的总体实现电路30第6章 结束语32参考文献33致谢34附录1 所需器件与设备35附录2 芯片资料36DTMF的检测与识别第1章 引言1.1 设计要求本课题要求将电话机的按键拨号信息DTMF（Double Tone Multi Frequency，双音多频）信号正确接收解码，在数码管上逐位显示，并通过语音芯片将电话按键号码播报出来。设计实现中，要求在查阅双音多频信号及语音芯片相关资料的基础上，学习和熟悉DTMF编解码器和语音芯片的使用知识，结合电子电路设计知识，设计本系统的实现电路，并用电路图绘制工具Prote
5、l 99SE进行绘制，根据绘制的电路，在实验室条件下，进行电路搭建和调试。1.2 课题意义DTMF双音多频拨号和解码在通信系统及其它方面有着广泛的应用。DTMF信号是电话网中常用的信令，无论是家用电话、移动电话还是程控交换机，多采用DTMF信号发送接收号码。DTMF作为实现电话号码快速可靠传输的一种技术，具有很强的抗干扰能力和较高的传输速度，除广泛应用于电话通信系统用作电话的音频拨号外，还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。DTMF信号传输在语音网络中极为重要，因为网络不仅传输被叫方的拨叫号码，而且用来激活基本电路特性。信号质量的衰减会影响到DTMF信号的识别。
6、DTMF信号的失真又会影响话音服务的质量。语音芯片的应用前景也十分广阔，目前语音芯片已应用于微型固体录音机、通讯、电话、车船、飞机黑匣子、有声电子信函、语音信箱、高级玩具等。此外，还可以利用语音芯片开发出“会说话”的电压表、电流表等语音型智能仪器仪表以及“会说话的电子称”、“出租车自动语音报价器”、“多路语音报警系统”等新颖电子电器产品。该项设计可促进我们学习开发电子、通信产品的技术，培养和锻炼我们电子电路设计调试、文献资料检索、电路图绘制等多方面的能力和素质，同时也帮助我们熟练掌握常用双音多频信号编解码器和语音芯片的工作原理和使用方法，具有很强的实践指导意义和实用价值。第2章 DTMF技术2
7、.1 自动电话的制式要弄清双音频的来龙去脉，必须从电话的制式谈起。最早的电话机是带有一个“手摇把”的，后来慢慢的开始出现了“磁石电话”、“供电电话”、一直发展到现在人们广泛使用的“自动电话”。由于“磁石电话”、“供电电话”早已淘汰，因此我们重点要谈的是自动电话的制式。 从自动电话的制式来分，可分为“脉冲制式”及“双音频制式”两种。所谓“脉冲制式”，就是拨号的时候电话机发出的是一串一串的“无电流脉冲”。比如拨号码“1”时，发出去的是一个“无电流脉冲”，也就是一个“断电脉冲”，拨号码“2”时，发出去的是两个连续的“无电流脉冲”，拨号码“0”时，发出去的是十个连续的“无电流脉冲”。如图2-1所示是脉
8、冲电话机拨武汉区号027 时线路上出现的脉冲图谱。图2-1 脉冲电话机拨号的脉冲图谱从图2-1中可以看出，待机状态下线路上是没有电流的，摘机后线路上才有电流，拨号时，拨的号码是几，线路上就出现几个连续的、没有电流的脉冲间隙，比如拨2的时候，就好像电话线被快速的断开了两次一样，因此老式的电话机还能用拍打叉簧的办法拨号。老式带有“拨号盘”的电话机就是脉冲电话。脉冲电话容易出现拨错号的现象，当线路接触不良，刮风时线路接头时通断时，就会出现错号。另外脉冲信号经过长途线路传送以后，由于线路电感和电容的影响，脉冲波形会发生严重畸变，本来上升沿和下降沿都是很陡的波形，传到对方以后很可能完全变样引起误判，因此
9、这种电话也逐渐被淘汰。所谓“双音频制式”，就是拨电话的时候，拨每一个号码，发出去的都是由两个不同频率的音频信号组合起来的双音频信号。如拨“0”的时候，发出去的两个音频信号分别是941HZ和1336HZ，拨“9”的时候发出去的两个音频信号分别是952HZ 和1477HZ 等等。我们用电话进行拨号时都能从听筒中听到一种按键的声音，这种声音其实就是由两个不同的频率组合成的复合音。每个号码都是由两个音频信号组合起来的，因此叫“双音频”。图2-2列出了每个号码与双音频频率的对应关系。我们可以将脉冲拨号与双音多频拨号的性能进行一个比较：（1）脉冲信号在线路传输中容易产生波形畸变，可能产生错号。（2）脉冲信
10、号的幅度较容易产生线间干扰。（3）脉冲拨号速度慢例如：拨打电话号码590850，它所用的时间为： （5+9+10+8+5+10）100+8005=8700ms=8.7s 如果电话号码越长，所用的时间越长，占用交换机的时间也长，这就使程控交换机接续速度快的优点得不到发挥，从而影响了交换机的接通率。 双音多频电话机是两个单音频来代表一个数字，因此，采用音频信号传送的速度快，它发送的每位号码所用的时间都是相同的，它的发号速度主要取决于打电话者的拨号速度。现在还以拨打电话号码590850为例，在双音多频方式下，单频持续时间为120ms，位间隔为108ms，则拨打上述电话号码所需的时间为1206+108
11、5=1260ms=1.26s。可见，脉冲拨号所用的时间是双音多频拨号的8.7 s/1.26s=6.4倍。2.2 DTMF技术由以上分析可知，采用双音多频信号，可以提高电路的抗干扰能力，减少交换机的接续差错，从而提高交换机的接通率。同时我们也可以知道DTMF技术就是用两个特定的单音频组合信号来代表数字信号以实现其功能的一种编码技术。两个单音频的频率不同，代表的数字或实现的功能也不同。这种电话机中通常有16个按键，其中有10个数字键09和6个功能键*、#、A、B、C、D。由于按照组合原理，一般应有8种不同的单音频信号。因此可采用的频率也有8种，故称之为多频，又因它采用从8种频率中任意抽出2种进行组
12、合来进行编码，所以又称之为“8中取2”的编码技术。根据CCITT的建议，国际上采用的多种频率为687Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz等8种。用这8种频率可形成16种不同的组合，从而代表16种不同的数字或功能键，具体组合如表2-1所示。行频（Hz） 列频（Hz） 1209133614771633697123A770456B852789C941*0#D表2-1 键值频率组合表DTMF信号由电话键盘使用相同幅度的两个不同的高频和低频来产生。拨号的时候，需要将每一个号码都转换成一对双音频信号，这种转换叫做编码；解（译）码，就是将接收到的双
13、音频信号重新还原成数据信号。DTMF接收器包括DTMF分组滤波器和DTMF译码器，其基本原理如图2-3所示。DTMF接收器先经高、低群带通滤波器进行fl/fh区分，过零检测、比较，得到相应于DTMF的两路fl、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DTMF信号音对的4比特二进制码（D1D4）。图2-3 DTMF接收器原理图第3章 DTMF信号收发方案分析在方案分析之前，我们先介绍几种常用的DTMF编解码器。3.1 TP5087双音多频编码器为了产生DTMF信号，现在有很多专用芯片，TP5087就是其中之一。它是一个双音多频产生器，可以与一个标准的电话按键相连产生所有的双
14、音多频组合，现已广泛应用于按键式新型电话机、程控交换机等通信设备和其它电子仪器，是我国优选的通信集成电路品种。其引脚如图3-1所示。引出端功能说明如下：COL1 COL4：列输入端。它们通过内部电阻Rc保持于VSS。当与一行输入相接时，该输入将呈有效逻辑电平（近似为VDD/2）ROW1 ROW4：行输入端。它们通过内部电阻RR保持于VDD。当与一行输入相接时，该输入将呈有效逻辑电平（近似为VDD/2） OSC1、OSC0：振荡器输入与输出端，通常于两端间外接3.579545MHz晶体，产生电路时钟信号。MUTE：静默输出。当无按键输入时，该CMOS输出端为VSS电平，当有一按键输入时，该端呈现VDD电平。其输出状态与INHST无关。XMTR：发送转换开关。它实际是集电极接于VDD的双极型晶体管之发射极输出，若无按键输入时，该输出保持在VDD电平；若有一按键输入时，该端呈高阻态，其状态于INTST无关。INHST：单音禁止输入。该端通过内部上拉电阻接于VDD。若INHST悬空或接至VDD，电路可产生单音或DTMF信号，若INTST输入VSS电平，则电路只会产生DTMF信号，而禁止出现单音。DTMF：DTMF信号输出端。它实际是集电极接于VDD的NPN晶体管之发射极输出。行和列单音经运放相加与稳幅后，加到晶体管的基极，经驱动而输出。TP5087的应用电路如图3-2所示。当按
