正弦波和雙音多頻dmf信號產(chǎn)生方法

正弦波和雙音多頻dmf信號產(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、泰勒級數(shù)展開法、數(shù)字正弦振蕩器法及利用TMS320VC5402DSP中定時器和中斷等產(chǎn)生正弦波,并由其產(chǎn)生雙音多頻DTMF信號。1單元轉(zhuǎn)換正弦波回放法是對標(biāo)準(zhǔn)正弦信號進行采樣得到數(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。泰勒級數(shù)展開法能精確計算角度的正弦值,只需較小的存儲空間,選擇正弦周期中的樣點數(shù)、改變樣點間的延遲,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時鐘中斷時的處理利用定時器及中斷產(chǎn)生頻率為f正弦信號,定時器被置成每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,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,通過定時器設(shè)置,每隔125μs中斷一次,即產(chǎn)生一個y[n]。則遞歸差分方程系數(shù)為:為便于定點DSP處理,將所有系數(shù)除以2,再用16位定點格式表示為:A=6D4BH、B=C000H、C=214FH,可產(chǎn)生697Hz正弦信號的3個系數(shù)。主程序初始化時先計算出y和y,然后開放定時器中斷,以后每次進入定時器中斷服務(wù)程序時,利用該結(jié)果計算出新的y。VC5402的片內(nèi)定時器利用CLKOUT時鐘計數(shù),用3個寄存器(TIM、PRD、TCR)控制定時器。定時器有20bit的周期寄存器。對CLKOUT信號計數(shù),先將PSC減1,直到PSC為0,再用TDDR重新裝入PSC,同時將TIM減1,直到TIM減為0。這時CPU發(fā)出TINT中斷,同時在TOUT引腳輸出一個脈沖信號,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)或定時器復(fù)位。因而定時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)信號由2個頻率的音頻信號疊加構(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8個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信號解碼選擇性,其信號頻率間要有一定間隔,否則將會超過上述頻率范圍;(3)為避免倍頻高次諧波干擾,防止解碼端誤動,DTMF信號各頻率間的比值不能是整數(shù)。綜上原則,選DTMF信號的8個頻率,并形成國際標(biāo)準(zhǔn)。相鄰頻率間的比值約為1.105。每對音頻信號表示1個數(shù)字或符號。為產(chǎn)生DTMF信號,DSP用軟件產(chǎn)生2個正弦波疊加后發(fā)送,解碼時則采用改進的Goertzerl算法,從頻域搜索2個正弦波。雙音多頻DTMF和8個頻率對應(yīng)關(guān)系如圖1。DTMF編碼器基于2個二階數(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個輸出疊加即得雙音頻輸出。用2個數(shù)字振蕩器產(chǎn)生8個音頻信號,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)極點為P1,2=e±jω0,表明H(z)含有位于單位圓上的復(fù)共扼極點。其H(z)沖擊函數(shù):對其施加沖擊信號,系統(tǒng)輸出正弦波,為此可設(shè)計數(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,為避免計算輸入沖擊函數(shù),可將y(-2)作為系統(tǒng)初值,以得等價差分方程為: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(國際電報電話咨詢委員會)對DTMF信號的規(guī)定是傳送/接收率為每秒10個數(shù)字,即每個數(shù)字100ms,其音頻信號須持續(xù)45ms,但不超過55ms,其它時間為靜音,以區(qū)別連續(xù)的2個按鍵信號。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。每個任務(wù)結(jié)束后,啟動下個任務(wù)前(音頻信號任務(wù)或靜音任務(wù)),須復(fù)位定時器變量,決定音頻或靜音的持續(xù)時間。靜音結(jié)束后,從數(shù)字緩存中調(diào)出下個數(shù)字,判決該數(shù)字