基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離DTMF通訊設(shè)計(jì)

1、 數(shù)理與信息工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì)題 目： 基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離dtmf通訊 目 錄 第1節(jié) 引 言11.1 概述11.2 設(shè)計(jì)任務(wù)21.3 系統(tǒng)主要功能2第2節(jié) 遠(yuǎn)程通訊硬件設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及功能32.2 at89c2051單片機(jī)及其引腳說明42.3 實(shí)現(xiàn)dtmf信號(hào)原理5第3節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)6 3.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)63.2 數(shù)據(jù)通信程序設(shè)計(jì)63.3 發(fā)送電路程序設(shè)計(jì)73.4 接收電路程序設(shè)計(jì)8第4節(jié) 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析9 4.1 使用的儀器儀表94.2 系統(tǒng)調(diào)試94.3 測(cè)試結(jié)果分析94.4 系統(tǒng)誤差處理9第5節(jié) 結(jié)束語(yǔ)10參考文獻(xiàn) 10附錄 11第1節(jié) 引 言隨著計(jì)算機(jī)

2、技術(shù)和電信業(yè)的發(fā)展，通過電話線進(jìn)行的遠(yuǎn)程通信越來越常見。人們通常采用modem進(jìn)行通信，但是在通信數(shù)據(jù)量不大，對(duì)通信速率要求不高的應(yīng)用場(chǎng)合，我們可以考慮一種dtmf通信方式，它具有接口簡(jiǎn)單，成本低廉且可靠性高的特點(diǎn)。與相關(guān)軟件配合還可實(shí)現(xiàn)雙向呼叫通信，正確識(shí)別通話與通信等功能，可適用多種遠(yuǎn)程通信場(chǎng)合，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。dtmf（ dual tone multi-frequency ），即雙音多頻信號(hào)，是郵電業(yè)務(wù)的通信信令，它有很強(qiáng)的抗干擾能力，因此被廣泛用于遠(yuǎn)距離通訊，如電話撥號(hào)通信中。基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離dtmf信號(hào)的方法可以有多種，如用d/a轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)（基于pwm），也可用集dtmf

3、信號(hào)的收發(fā)功能于一體的mt8880芯片等等。1.1 概述 dtmf（ dual tone multi-frequency ）是用兩個(gè)特定的單音頻組合信號(hào)來代表數(shù)字信號(hào)以實(shí)現(xiàn)其功能的一種編碼技術(shù)。兩個(gè)單音頻的頻率不同，代表的數(shù)字或?qū)崿F(xiàn)的功能也不同。這種電話機(jī)中通常有16個(gè)按鍵，其中有10個(gè)數(shù)字鍵09和6個(gè)功能鍵*、#、a、b、c、d。由于按照組合原理，一般應(yīng)有8種不同的單音頻信號(hào)。因此可采用的頻率也有8種，故稱之為多頻，又因它采用從8種頻率中任意抽出2種進(jìn)行組合來進(jìn)行編碼，所以又稱之為“8中取2”的編碼技術(shù)。根據(jù)ccitt的建議，國(guó)際上采用的多種頻率為687hz、770hz、852hz、941h

4、z、1209hz、1336hz、1477hz和1633hz等8種。用這8種頻率可形成16種不同的組合，從而代表16種不同的數(shù)字或功能鍵，具體組合見表1。 表1 1.2 本設(shè)計(jì)任務(wù)雖然基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)dtmf遠(yuǎn)程通訊的技術(shù)已相當(dāng)成熟，但依然有尚可完善的地方，本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是基于更低成本實(shí)現(xiàn)dtmf遠(yuǎn)程通訊。在實(shí)際應(yīng)用中常用1 b的dm編碼來實(shí)現(xiàn)ad和da過程，其中ad過程可以在pc機(jī)上完成，用程序生成對(duì)應(yīng)每一個(gè) dtmf信號(hào)的dm編碼表，da過程在單片機(jī)上完成。1.3 系統(tǒng)主要功能dtmf （ dual tone multi-frequency ），在全世界范圍內(nèi)，逐漸使用在按鍵式電話機(jī)上，因其

5、提供更高的撥號(hào)速率，迅速取代了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤式電話機(jī)使用的撥號(hào)脈沖信令。近年來 dtmf 也應(yīng)用在交互式控制中，諸如語(yǔ)言菜單、語(yǔ)言郵件、電話銀行等。這也是 dtmf 為手機(jī)使用添輝的所在。手機(jī)在 dtmf 的功能下，就能自動(dòng)根據(jù)對(duì)方系統(tǒng)提示恢復(fù)數(shù)字或者符號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)撥叫功能，這在如今的電話銀行、語(yǔ)音菜單、分機(jī)呼叫系統(tǒng)中使用尤其明顯，可見 dtmf 逐步在手機(jī)上的使用使得手機(jī)給我們帶來更多的便利和精彩。 第2節(jié) 遠(yuǎn)程通信硬件設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及功能通信接口電路如圖1所示。話機(jī)與接口電路并聯(lián)，通過光耦輸出電平檢測(cè)用戶是否摘機(jī)。用戶摘機(jī)后通過line1，line2直接收碼，降低了接口電路對(duì)撥號(hào)

6、的影響。數(shù)據(jù)通信時(shí)mpu通過i/01控制繼電器斷開話機(jī)，同時(shí)i/04置高，電路模擬摘機(jī)，三極管組成恒流源維持摘機(jī)狀態(tài)。通信中斷開話機(jī)可減少干擾，恒流源設(shè)計(jì)可保證電路具有較小的直流阻抗（600),使電路具有較好的收發(fā)碼特性。line1，line2間接接入壓敏電阻或瞬態(tài)抑制二極管可達(dá)到抗雷擊保護(hù)作用。i/02，i/03輸出電平與相關(guān)軟件配合可實(shí)現(xiàn)脈沖撥號(hào)接收和反術(shù)信號(hào)檢測(cè)。圖1tf1 out pf1 gnd in timc vcc timrlm56710uf12in-201ufvcc34547kvcc20k20k01uf678電源部分：電源部分有二部分組成。一部分是由220v的市電通過變壓、整流穩(wěn)

7、壓來得到+5v電壓，維持系統(tǒng)的正常工作；另一部分是由3v的電池供電，以保證停電時(shí)正常走時(shí)。正常情況下電池是不提供電能的，以保證電池的壽命。 22 at89c2051單片機(jī)及其引腳說明at89c2051單片機(jī)是51系列單片機(jī)的一個(gè)成員，是8051單片機(jī)的簡(jiǎn)化版。內(nèi)部自帶2k字節(jié)可編程flash存儲(chǔ)器的低電壓、高性能coms八位微處理器，與intel mcs-51系列單片機(jī)的指令和輸出管腳相兼容。由于將多功能八位cpu和閃速存儲(chǔ)器結(jié)合在單個(gè)芯片中，因此，at89c2051構(gòu)成的單片機(jī)系統(tǒng)是具有結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、造價(jià)最低廉、效率最高的微控制系統(tǒng)，省去了外部的ram、rom和接口器件，減少了硬件開銷，節(jié)省了

8、成本，提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。at89c2051是一個(gè)有20個(gè)引腳的芯片，引腳配置如圖2所示。與8051相比，at89c2051減少了兩個(gè)對(duì)外端口（即p0、p2口），使它最大可能地減少了對(duì)外引腳下，因而芯片尺寸有所減小。圖2 at89c2051引腳配置at89c2051芯片的20個(gè)引腳功能為：vcc 電源電壓。gnd 接地。rst 復(fù)位輸入。當(dāng)rst變?yōu)楦唠娖讲⒈３?個(gè)機(jī)器周期時(shí)，所有i/o引腳復(fù)位至“1”。xtal1 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。xtal2 來自反向振蕩放大器的輸出。p1口 8位雙向i/o口。引腳p1.2p1.7提供內(nèi)部上拉，當(dāng)作為輸入并被外部下拉為低電平時(shí)，它

9、們將輸出電流，這是因內(nèi)部上拉的緣故。p1.0和p1.1需要外部上拉，可用作片內(nèi)精確模擬比較器的正向輸入（ain0）和反向輸入（ain1），p1口輸出緩沖器能接收20ma電流，并能直接驅(qū)動(dòng)led顯示器；p1口引腳寫入“1” 后，可用作輸入。在閃速編程與編程校驗(yàn)期間，p1口也可接收編碼數(shù)據(jù)。p3口 引腳p3.0p3.5與p3.7為7個(gè)帶內(nèi)部上拉的雙向i/0引腳。p3.6在內(nèi)部已與片內(nèi)比較器輸出相連，不能作為通用i/o引腳訪問。p3口的輸出緩沖器能接收20ma的灌電流；p3口寫入“1”后，內(nèi)部上拉，可用輸入。p3口也可用作特殊功能口，其功能見表1。p3口同時(shí)也可為閃速存儲(chǔ)器編程和編程校驗(yàn)接收控制信號(hào)

10、。23 實(shí)現(xiàn)dtmf信號(hào)原理因?yàn)榱讼到y(tǒng)主要目的是為了降低成本，所以系統(tǒng)中沒有采用現(xiàn)成的d/a芯片，而是自行設(shè)計(jì)了一新穎的型電阻網(wǎng)絡(luò)d/a轉(zhuǎn)換器和濾波網(wǎng)絡(luò)。如圖2所示。該d/a轉(zhuǎn)換器的新穎之處在于其電阻網(wǎng)絡(luò)。由于其基本單元（1位二進(jìn)制）的電阻網(wǎng)絡(luò)很像一個(gè)的形狀，幫稱型。眾所周知，通常的位權(quán)電阻d/a網(wǎng)絡(luò)，雖然電路簡(jiǎn)潔，只用了9個(gè)電阻，但最高位與最低位電阻阻值相差128倍，很難從系列電阻中選取，幫精度較差。典型的r-2r t 型d/a電阻網(wǎng)絡(luò)，雖然電阻選取方便，精度較高，但需要18只電阻?，F(xiàn)作者參考多方面資料給出的d/a電阻網(wǎng)絡(luò)，集權(quán)電阻d/a網(wǎng)絡(luò)電路簡(jiǎn)潔和t型d/a電阻網(wǎng)絡(luò)電阻選取方便，精度高之

11、優(yōu)點(diǎn)于一身，理論推算和實(shí)驗(yàn)均驗(yàn)證了該電路的合理性。當(dāng)圖2中的電阻r=10k時(shí)，不難求得其輸出電壓的交流分量表達(dá)式：式中的vout為d0位至d7位輸出高電平時(shí)的電壓值。圖3中的r1，r2，c1，c2和運(yùn)放組成你通平滑濾波網(wǎng)絡(luò)，參數(shù)的選取應(yīng)使該網(wǎng)絡(luò)具有最佳的阻率和最平坦響應(yīng)的butterworth濾波特性。由圖可求是其傳遞函數(shù)為：圖3 第3節(jié) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)主要可分為主程序、定時(shí)計(jì)數(shù)中斷程序、基于pwm實(shí)現(xiàn)dtmf信號(hào)程序等。在程序設(shè)計(jì)過程中，加強(qiáng)了部分軟件抗干擾措施，下面對(duì)部分模塊作介紹。程序功能如下： l 通信中斷開話要可減少干擾，提高通信可靠性。l 摘機(jī)后不能即撥號(hào)，要延時(shí)或

12、檢測(cè)到撥號(hào)音后再撥號(hào)。l 通信中不允許無(wú)限等待，可限時(shí)接收，超時(shí)應(yīng)退出通信。l 判斷是用戶呼出摘機(jī)還是外線呼入用戶接聽摘機(jī)。l 判斷是主機(jī)呼入還是他人呼入。l 判斷是用戶正常撥號(hào)還是用戶完成功能設(shè)置。l 具有振鈴檢測(cè)和自動(dòng)摘機(jī)功能。振鈴4次無(wú)人接聽電路即自動(dòng)摘機(jī)。31 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)退出通信斷開話機(jī) 電路摘機(jī)延時(shí)待撥號(hào)音撥叫主機(jī)號(hào)碼進(jìn)入通信程序是否收到應(yīng)答？等待時(shí)間到否？通信開始電路掛機(jī)，接上話機(jī) 圖4 系統(tǒng)流程圖32 數(shù)據(jù)通信程序設(shè)計(jì)程序功能如下：l 采用固定格式報(bào)文方式，方便接收。l 采用固定字節(jié)接收方式和簡(jiǎn)單異或校驗(yàn)方式即可實(shí)現(xiàn)可靠通信。l 出錯(cuò)重發(fā)一次可提高通信成功率。從機(jī)發(fā)送通信發(fā)送

13、報(bào)文數(shù)據(jù)發(fā)送校驗(yàn)碼接收應(yīng)答？時(shí)間到？置重發(fā)標(biāo)志已重發(fā)退出通信重發(fā)請(qǐng)求？通信完成退出通信 圖5 數(shù)據(jù)通信程序框圖33 發(fā)送電路程序設(shè)計(jì)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)總線上d0d3四位二進(jìn)制碼被鎖存在發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器中，發(fā)送的dtmf信號(hào)頻率由358 mhz的晶振分頻產(chǎn)生。分頻器首先從基準(zhǔn)頻率分離出8個(gè)不同頻率的正弦波，行列計(jì)數(shù)器根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)，以八取二方式分離出一個(gè)高頻信號(hào)和一個(gè)低頻信號(hào)，經(jīng)開關(guān)電容做da轉(zhuǎn)換，在加法器中合成dtmf信號(hào)，并從tone端輸出。程序框圖如圖6所示。開始發(fā)送 圖6 發(fā)送程序流程圖50ms延時(shí)相應(yīng)數(shù)據(jù)初始化 串口初始化 r1=1？ 接收數(shù)據(jù) r1清“0”n y 34 接收電

14、路程序設(shè)計(jì)接收數(shù)據(jù)時(shí)，dtmf信號(hào)經(jīng)由in和in輸入，經(jīng)過運(yùn)算放大濾除信號(hào)中的撥號(hào)音頻率，然后發(fā)送到雙音頻濾波器，分離出低頻組和高頻組信號(hào)，通過數(shù)字計(jì)數(shù)的方式檢出dtmf信號(hào)的頻率，并且通過譯碼器譯成4位二進(jìn)制碼。4位二進(jìn)制編碼被鎖存在接收數(shù)據(jù)寄存器中，此時(shí)狀態(tài)寄存器中的延時(shí)控制識(shí)別位復(fù)位，狀態(tài)寄存器中的接收數(shù)據(jù)寄存器滿標(biāo)識(shí)位置位，對(duì)外而言，當(dāng)寄存器中的延時(shí)控制識(shí)別位復(fù)位時(shí)，irqcp由高電平變?yōu)榈碗娖?。如果用irqcp作為單片機(jī)的中斷信號(hào)，irql由高電平變?yōu)榈碗娖?，向cpu發(fā)出中斷請(qǐng)求，當(dāng)cpu響應(yīng)中斷，讀出寄存器中的數(shù)據(jù)后，irq返回高電 平。程序流程圖如圖7所示。開始接收 相應(yīng)數(shù)據(jù)初始

15、化 串口初始化 n p1.2=1？y 接收數(shù)據(jù) n t1=1？y 發(fā)送數(shù)據(jù) t1清“0”圖7 接收程序流程圖第4節(jié) 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析軟硬件結(jié)合后，本系統(tǒng)也大致完成了，但還有一個(gè)重要的環(huán)節(jié)那就是調(diào)試和測(cè)試。4.1 使用的儀器儀表 數(shù)字萬(wàn)用表dt9203單片機(jī)仿真器wave6000燒寫器 gf2100雙蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源dh1718e-5數(shù)字示波器 tds10024.2 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模塊設(shè)計(jì)法，所以方便對(duì)各電路模塊功能進(jìn)行逐級(jí)測(cè)試等，最后將各模塊組合后進(jìn)行整體測(cè)試。4.3 測(cè)試結(jié)果分析采用簡(jiǎn)單校驗(yàn)手段，

16、發(fā)現(xiàn)dtmf通信中容易出現(xiàn)漏碼，而重碼、誤碼較少出現(xiàn)，所以采用固定字節(jié)接收方式和簡(jiǎn)單異或校驗(yàn)方式即可實(shí)現(xiàn)可靠通信。4.4 系統(tǒng)誤差處理在dtmf雙音多頻通訊中，解芯片對(duì)dtmf信號(hào)的誤差并不敏感，因此d/a轉(zhuǎn)換的量化誤差可以忽略。另外，dtmf信號(hào)的數(shù)據(jù)都是專家經(jīng)過一系列復(fù)雜的，嚴(yán)密的計(jì)算而得，所以，這方面即使存在誤差也不好消除。我們可以做的是增加采樣數(shù)據(jù)。結(jié) 束 語(yǔ)本系統(tǒng)軟硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)具有接口電路簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。適用于數(shù)據(jù)通信量不大，速率要求不高的遠(yuǎn)程通信場(chǎng)合?？蓱?yīng)用于遠(yuǎn)程分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、家用自動(dòng)防盜報(bào)警裝置、遠(yuǎn)程室內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)以及公話集中管理系統(tǒng)等。 通過本次課程

17、設(shè)計(jì)的制作，我對(duì)dtmf技術(shù)有了更深刻的體會(huì)，進(jìn)而對(duì)單片機(jī)也產(chǎn)生了更濃厚的興趣。以前做實(shí)驗(yàn)時(shí)，有些東西不是特明白，通過這次的學(xué)習(xí)，我收獲很多，我了解了dtmf技術(shù)的先進(jìn)性，實(shí)用性，從而也明白學(xué)好單片機(jī)的重要性。由此也終于體會(huì)到老師的苦心了。我相信很多人還不知道dtmf是 dual tone multi-frequency 的縮小，至少我知道了。現(xiàn)在dtmf技術(shù)很流行，也很實(shí)用，正如在前面提到過的，除了取代傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤式電話機(jī)使用的撥號(hào)脈沖信令，也應(yīng)用在交互式控制中，諸如語(yǔ)言菜單、語(yǔ)言郵件、電話銀行等。我明白自己現(xiàn)在對(duì)dtmf的了解還只是皮毛，不過，我會(huì)沿著這個(gè)興趣，在以后繼續(xù)關(guān)注它的發(fā)展，并不斷學(xué)

18、習(xí)和掌握它。同時(shí)通過此次課程設(shè)計(jì)的制作，讓我知道自學(xué)的重要性，以及它帶來的樂趣。也正是這次的制作，讓我對(duì)單片機(jī)更加“另眼相看”，原來單片機(jī)真的用途很廣，作用好大，我要學(xué)的東西很多，從而也增加我對(duì)單片機(jī)學(xué)習(xí)的興趣。參考文獻(xiàn)1 張?chǎng)?華臻 陳書謙，單片機(jī)原理及應(yīng)用m，北京：電子工業(yè)出版社，2005.82 李朝青，pc機(jī)與單片機(jī)dsp數(shù)據(jù)通信技術(shù)選編2m，北京：北航出版社，20033 龔冬梅基于dtmf信號(hào)方式的數(shù)據(jù)傳輸接口軟件設(shè)計(jì)j電腦開發(fā)與應(yīng)用，2003，16（6）：17附錄部分源程序代碼org0000hmain: movr0,#00hmovr5,#0ffhloop: mova,r0movdpt

19、r,#tabhmova,a+dptrmovdptr,#7fffhmovxdptr,aincr0djnzr5,loopajmpmaintab: db 80h,83h,86h,89h 產(chǎn)生正弦波程序db 8dh,90h,93h,96hdb 99h,9ch,9fh,a2hdb a5h,a8h,abh,aehdb b1h,b4h,b7h,bahdb bch,bfh,c2h,c5hdb c7h,cah,cch,cfhdb d1h,d4h,d6h,d8hdb dah,ddh,dfh,e1hdb e3h,e5h,e7h,e9hdb eah,ech,eeh,efhdb f1h,f2h,f4h,f5hdb f6

20、h,f7h,f8h,f9hdb fah,fbh,fch,fdhdb fdh,feh,ffh,ffhdb ffh,ffh,ffh,ffhdb ffh,ffh,ffh,ffhdb ffh,ffh,feh,fehdb fdh,fch,fbh,fahdb f9h,f8h,f7h,f6hdb f5h,f4h,f2h,f1hdb efh,eeh,ech,eahdb e9h,e7h,e5h,e3hdb e1h,deh,ddh,dahdb d8h,d6h,d4h,d1hdb cfh,cch,cah,c7hdb c5h,c2h,bfh,bchdb bah,b7h,b4h,b1hdb aeh,abh,a8h,a5

21、hdb a2h,9fh,9ch,99hdb 96h,93h,90h,8dhdb 89h,86h,83h,80hdb 80h,7ch,79h,76hdb 72h,6fh,6ch,69hdb 66h,63h,60h,5dhdb 5ah,57h,55h,51hdb 4eh,4ch,48h,45hdb 43h,40h,3dh,3ahdb 38h,35h,33h,30hdb 2eh,2bh,29h,27hdb 25h,22h,20h,1ehdb 1ch.1ah,18h,16hdb 15h,13h,11h,10hdb 0eh,0dh,0bh,0ahdb 09h,08h,07h,06hdb 05h,04h,

22、03h,02hdb 02h,01h,00h,00hdb 00h,00h,00h,00hdb 00h,00h,00h,00hdb 00h,00h,01h,02hdb 02h,03h,04h,05hdb 06h,07h,08h,09hdb 0ah,0bh,0dh,0ehdb 10h,11h,13h,15hdb 16h.18h,1ah,1chdb 1eh,20h,22h,25hdb 27h,29h,2bh,2ehdb 30h,33h,35h,38hdb 3ah,3dh,40h,43hdb 45h,48h,4ch,4ehdb 51h,55h,57h,5ahdb 5dh,60h,63h,66hdb 69

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