用單片機AT89S52實現(xiàn)DTMF信號譯碼

　　DTMF信號首先用于電話的撥號系統(tǒng)，在頻率編碼遙控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)編碼傳輸中的應用也很普遍。目前的DTMF譯碼器中，大多采用通用集成器件(單音譯碼電路和組合門電路)或專用DTMF信號譯碼集成電路(如MC145436等)組成譯碼電路。在很多情況下，DTMF譯碼器輸出的數(shù)據(jù)仍需送入單片機進行相應的運算及處理，進而控制其它各種設備的動作。因此，如果能找到一種基于單片機的DTMF信號的譯碼算法，再輔之以簡單的整形電路就可以，既可省去成套譯碼電路，又能達到簡化電路降低成本的目的。本文所要介紹的，就是這種構想的初衷，結果通過計算機仿真計算數(shù)據(jù)論證認為完全能夠達到設計要求。

　　1、DTMF信號頻率組成及整形前DTMF信號的幅值密度

　　在DTMF信號中，16個指令鍵均由兩個單音頻率信號組合(見表1)。單音頻率有兩組，高頻組為(1209Hz、1336Hz、1447Hz、1633Hz)，低頻組為(697Hz、770Hz、852Hz、941Hz)，每個指令鍵，對應的都是一個高頻組的頻率和一個低頻組的頻率的組合。以“*”號指令鍵為例：其DTMF信號是由941Hz的低頻組信號和1209Hz的高頻組信號組成。圖1為其頻譜圖。

　　表1 DTMF信號頻率組成表

　　從圖1中可以看出，“*”號指令鍵的DTMF信號在941Hz和1209Hz處有譜線。在理想條件下，可計算出頻譜密度函數(shù)X(f)在f=941Hz和1209Hz時的模值為|X(941)|，|X(1209)|，即它們模值均不為零。也就是說，要是同時存在頻譜密度函數(shù)模值為|X(941)|，|X(1209)|，并且它們模值均不為零時，其表征的鍵號為“*”。以此類推(見表1)，可分別計算出低頻組信號|X(697)|、|X(770)|、|X(852)|、|X(941)|和高頻組信號|X(1209)|、|X(1336)|、|X(1447)|、|X(1633)|的模值。如果高、低頻組中均各自有一個X(f)的模值不為零，則再通過f在表1查找出其表征的指令鍵。

　　在用單片機進行X(f)運算即離散傅立葉變換(DFT)時，只能對有限長的DTMF信號進行分析與處理，即對有限時間Tp=NT內的N個數(shù)據(jù)進行離散傅立葉變換(N為采樣點數(shù)，T為采樣時間間隔)。

　　根據(jù)DFT定義式：

　　同樣以“*” 指令鍵信號為例，在高頻率組f=1209 Hz，采樣點數(shù)N=256，采樣時間間隔T=55×10-6 S時，由式K=f×N×T，可得K=17，即|X(17)|為DTMF信號在頻率為1209 Hz處的幅值密度其值為121.5。在低頻率組f=941 Hz，采樣點數(shù)N=256，采樣時間間隔T=54×10-6 S時，由式K=f×N×T，可得K=13，即|X(13)|為DTMF信號在頻率為941 Hz處的幅值密度其值為123.6。同理，可計算出其它15個指令鍵的幅值密度，見表2(表2為對16個指令鍵的DTMF信號采用計算機仿真計算后的幅值密度)。

　　表2 整形前DTMF信號的幅值密度表

　　從表2看出：由于時域無限長DTMF信號被截斷所引起的泄漏效應，如“2”、“3”號鍵對應的DTMF信號雖然不含有頻率為1209 Hz和941 Hz的信號成份，可是|X(17)|、|X(13)|不為零，理想時應為零，也就是說存在一定的幅值密度誤差。但對于含有f=1209 Hz高頻組信號的DTMF信號(如“1”、“4”、“7”、“*”鍵)，其|X(17)|值遠大于不含f=1209 Hz高頻組信號的DTMF信號的|X(17)|值。同樣，對于含有f=941 Hz低頻組信號的DTMF信號的|X(13)|值遠大于不含f=941Hz低頻組信號的DTMF信號的|X(13)|值，這樣就為實際DTMF信號譯碼識別提供了必要的條件。