基于MSP430的嵌入式DTMF撥號解碼器方案設(shè)計

摘 要：本文介紹了一種基于MSP430的嵌入式DTMF撥號解碼器實現(xiàn)方案。DTMF撥號部分使用4根I/O線的電阻網(wǎng)絡(luò)，配合軟件產(chǎn)生DTMF信號。利用MSP430F133內(nèi)置的ADC，并采用改進的Goertzel算法，實現(xiàn)DTMF信號的實時解碼。該方案成本低、性能可靠，已經(jīng)得到了實際應(yīng)用。

引言
DTMF（雙音多頻）信號是電話網(wǎng)中常用的信令，無論是家用電話、移動電話還是程控交換機上，多采用DTMF信號發(fā)送接收號碼。DTMF技術(shù)還可以用于電力線載波通信等場合?？梢?，DTMF撥號和解碼在通信系統(tǒng)及其它方面有著廣泛的應(yīng)用。通常DTMF信號的檢測采用專用芯片或DSP來實現(xiàn)，但其成本較高。本文介紹了一種低成本的基于MSP430F133的DTMF撥號解碼器實現(xiàn)方案。 MSP430F133是TI的一款16位RISC結(jié)構(gòu)MCU，最短指令周期為150ns，含有8KB Flash ROM，256B RAM并內(nèi)置12位ADC。

DTMF信號
DTMF信號是將撥號盤上的0~9、A~D及*/E、#/F共16個字符，用音頻范圍的8個頻率來表示的一種編碼方式。8個頻率分為高頻群和低頻群兩組，分別作為列頻和行頻。每個字符的信號由來自列頻和行頻的兩個頻率的正弦信號疊加而成。頻率組合方式如圖1所示。

根據(jù)CCITT Q.23建議，DTMF信號的技術(shù)指標(biāo)是：傳送/接收率為每秒10個號碼，或每個號碼100ms。每個號碼傳送過程中，信號存在時間至少45ms，且不多于55ms，100ms的其余時間是靜音。在每個頻率點上允許有不超過±1.5%的頻率誤差。任何超過給定頻率 ±3.5%的信號，均被認(rèn)為是無效的，拒絕承認(rèn)接收。另外，在最壞的檢測條件下，信噪比不得低于15dB。

DTMF撥號
DTMF撥號部分的電路原理圖如圖2所示。電路主要由4根I/O線構(gòu)成的電阻網(wǎng)絡(luò)和濾波器組成。電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成4位的DAC，高通濾波器和低通濾波器組成一個帶通濾波器用來濾除雙音頻的諧波信號。在輸出端采用600Ω的1:1變壓器與電話線接口，電話線的輸出電平可通過改變Rx來進行調(diào)節(jié)。

軟件上使用查表方式模擬產(chǎn)生兩個不同頻率的正弦波。首先確定一個合適的采樣間隔，對每個頻率的正弦波進行采樣并規(guī)格化成0~7（3位數(shù)據(jù)）,制成相應(yīng)的正弦表。正弦表的制定要保證合成信號的頻率誤差在±1.5%以內(nèi)，同時使采樣點數(shù)盡量少。為使波形失真度小，正弦表記錄的總信號時間對應(yīng)原始信號的整數(shù)個周期，并且采樣起點選在正波形的峰值上。本設(shè)計采樣間隔選定為122us，保證頻率誤差均在±1%以內(nèi)，各個頻率信號的采樣點數(shù)及頻率誤差見圖3所示。

DTMF撥號程序流程圖如圖4所示。

DTMF解碼
采用軟件方式進行DTMF解碼，首先要將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后再送入CPU處理。利用MSP430F133內(nèi)置的12位ADC加上簡單的接口就可以實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，ADC接口電路如圖5所示。其中應(yīng)選1%精度的金屬膜電阻。ADC參考電壓選內(nèi)部2.5V：