正弦波和雙音多頻dmf信號(hào)產(chǎn)生方法

正弦波和雙音多頻dmf信號(hào)產(chǎn)生方法

0正弦波的產(chǎn)生正截面波是由任何波形組成的基本單元?？捎刹蓸踊胤欧?、查表法、泰勒級(jí)數(shù)展開法、數(shù)字正弦振蕩器法及利用TMS320VC5402DSP中定時(shí)器和中斷等產(chǎn)生正弦波,并由其產(chǎn)生雙音多頻DTMF信號(hào)。1單元轉(zhuǎn)換正弦波回放法是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)進(jìn)行采樣得到數(shù)據(jù)后回放或經(jīng)變頻變幅后回放。查表法利用VC5402片內(nèi)FE00H單元含有256字正弦函數(shù)值表,表中的數(shù)據(jù)用D/A轉(zhuǎn)換得正弦波。泰勒級(jí)數(shù)展開法能精確計(jì)算角度的正弦值,只需較小的存儲(chǔ)空間,選擇正弦周期中的樣點(diǎn)數(shù)、改變樣點(diǎn)間的延遲,能產(chǎn)生不同頻率的波形,可利用軟件改變波形幅度及相位。2時(shí)鐘中斷時(shí)的處理利用定時(shí)器及中斷產(chǎn)生頻率為f正弦信號(hào),定時(shí)器被置成每1/fs產(chǎn)生一次中斷(等效采樣速率),在中斷程序中用疊代算法計(jì)算出正弦值。該方法可很精確地產(chǎn)生某頻率的正弦波。設(shè)傳遞函數(shù)為正弦序列sinkωT,Z變換為H(z)=Cz-1/(1-Az-1-Bz-2),其中A=2cosωT,B=-1,C=sinωT。設(shè)初始條件為0,求反Z變換:y[k]=Ay[k-1]+By[k-2]+Cx[k-1]。該二階差分方程,其單位沖擊響應(yīng)為sinkωT。利用函數(shù)x[k-1]的性質(zhì),當(dāng)k=1時(shí),x[k-1]=1,推導(dǎo)得:y[n]=Ay[n-1]+By[n-2]。在k>2后,y[k]用y[k-1]和y[k-2]算出。式中:A=2cosωT=2cos(2лf/fs);B=-1;C=sinωT=sin(2лf/fs);fs為采樣頻率;f、A為正弦波頻率和幅度。用數(shù)字頻率振蕩器產(chǎn)生的正弦波由程序?qū)崿F(xiàn)遞歸差分方程。若產(chǎn)生振蕩器的頻率為697Hz正弦波,設(shè)采樣速率為8k,通過定時(shí)器設(shè)置,每隔125μs中斷一次,即產(chǎn)生一個(gè)y[n]。則遞歸差分方程系數(shù)為:為便于定點(diǎn)DSP處理,將所有系數(shù)除以2,再用16位定點(diǎn)格式表示為:A=6D4BH、B=C000H、C=214FH,可產(chǎn)生697Hz正弦信號(hào)的3個(gè)系數(shù)。主程序初始化時(shí)先計(jì)算出y和y,然后開放定時(shí)器中斷,以后每次進(jìn)入定時(shí)器中斷服務(wù)程序時(shí),利用該結(jié)果計(jì)算出新的y。VC5402的片內(nèi)定時(shí)器利用CLKOUT時(shí)鐘計(jì)數(shù),用3個(gè)寄存器(TIM、PRD、TCR)控制定時(shí)器。定時(shí)器有20bit的周期寄存器。對(duì)CLKOUT信號(hào)計(jì)數(shù),先將PSC減1,直到PSC為0,再用TDDR重新裝入PSC,同時(shí)將TIM減1,直到TIM減為0。這時(shí)CPU發(fā)出TINT中斷,同時(shí)在TOUT引腳輸出一個(gè)脈沖信號(hào),脈沖寬度和CLKOUT一致。然后用PRD重新裝入TIM,重復(fù)下去直到系統(tǒng)或定時(shí)器復(fù)位。因而定時(shí)器中斷的頻率由公式?jīng)Q定:TINT的頻率=1/tc×(TDDR+1)×(PRD+1)。其中tc為CLKOUT周期。設(shè)置PRD寄存器值為12499,TINT中斷頻率為8kHz。定時(shí)器初始化程序段為:在開放中斷屏蔽寄存器IMR后?？僧a(chǎn)生頻率為697Hz的正弦波。3dtmf編碼雙音多頻(DTMF:DualToneMultiFrequency)信號(hào)由2個(gè)頻率的音頻信號(hào)疊加構(gòu)成,頻率來自2組預(yù)分配的頻率組:行頻組和列頻組,行頻組包括697、770、852、940,列頻組包括1209、1336、1477、1633。DTMF信號(hào)8個(gè)音頻頻率由以下原則選定:(1)現(xiàn)行電話通信系統(tǒng)音頻通道頻帶為300～3400Hz,考慮到高端傳輸特性變差,為保證DTMF信號(hào)的傳輸質(zhì)量、應(yīng)將其頻率范圍選定在音頻通頻帶的中低段;(2)為保證DTMF信號(hào)解碼選擇性,其信號(hào)頻率間要有一定間隔,否則將會(huì)超過上述頻率范圍;(3)為避免倍頻高次諧波干擾,防止解碼端誤動(dòng),DTMF信號(hào)各頻率間的比值不能是整數(shù)。綜上原則,選DTMF信號(hào)的8個(gè)頻率,并形成國際標(biāo)準(zhǔn)。相鄰頻率間的比值約為1.105。每對(duì)音頻信號(hào)表示1個(gè)數(shù)字或符號(hào)。為產(chǎn)生DTMF信號(hào),DSP用軟件產(chǎn)生2個(gè)正弦波疊加后發(fā)送,解碼時(shí)則采用改進(jìn)的Goertzerl算法,從頻域搜索2個(gè)正弦波。雙音多頻DTMF和8個(gè)頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1。DTMF編碼器基于2個(gè)二階數(shù)字正弦波振蕩器,分別用于產(chǎn)生行頻和列頻,向DSP裝入相應(yīng)的系數(shù)和初始條件,再按疊代法得正弦序列的輸出,將2個(gè)輸出疊加即得雙音頻輸出。用2個(gè)數(shù)字振蕩器產(chǎn)生8個(gè)音頻信號(hào),DTMF頻率范圍:700Hz～1700Hz,選8000Hz為采樣頻率,可滿足Nyquist條件,如圖2。數(shù)字正弦振蕩器為:H(z)=b0/(1+a1z-1+a2z-2)。其中,b0=Asinω0,a1=-2cosω,a2=1。因H(z)極點(diǎn)為P1,2=e±jω0,表明H(z)含有位于單位圓上的復(fù)共扼極點(diǎn)。其H(z)沖擊函數(shù):對(duì)其施加沖擊信號(hào),系統(tǒng)輸出正弦波,為此可設(shè)計(jì)數(shù)字振蕩器。二階系統(tǒng)函數(shù)的差分方程為:y(n)=-a1y(n-1)-a2y(n-2)+b0δ(n)。由初值y(-1)=y(-2)=0可見,加到該系統(tǒng)的沖擊函數(shù)可激發(fā)系統(tǒng)振蕩,系統(tǒng)可維持穩(wěn)幅振蕩,為避免計(jì)算輸入沖擊函數(shù),可將y(-2)作為系統(tǒng)初值,以得等價(jià)差分方程為:y(n)=-a1y(n-1)-a2y(n-2)。其初值為y(-1)=0,y(-2)=-Asin?0,其中?0=2πf0/fs。fs是采樣頻率,f0是輸出正弦波頻率,A是輸出正弦波的幅度,幅度由初值y(-2)決定。如表1,要產(chǎn)生鍵“1”數(shù)字,需2種頻率(697Hz和1209Hz)疊加后發(fā)送,其合成波形及頻譜如圖3。CCITT(國際電報(bào)電話咨詢委員會(huì))對(duì)DTMF信號(hào)的規(guī)定是傳送/接收率為每秒10個(gè)數(shù)字,即每個(gè)數(shù)字100ms,其音頻信號(hào)須持續(xù)45ms,但不超過55ms,其它時(shí)間為靜音,以區(qū)別連續(xù)的2個(gè)按鍵信號(hào)。數(shù)字間須有適當(dāng)長度的靜音,因此編碼器產(chǎn)生雙音和靜音樣本。每個(gè)任務(wù)結(jié)束后,啟動(dòng)下個(gè)任務(wù)前(音頻信號(hào)任務(wù)或靜音任務(wù)),須復(fù)位定時(shí)器變量,決定音頻或靜音的持續(xù)時(shí)間。靜音結(jié)束后,從數(shù)字緩存中調(diào)出下個(gè)數(shù)字,判決該數(shù)字