新聞中心

EEPW首頁 > 嵌入式系統(tǒng) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 基于PSoC的嵌入式DTMF解碼器實(shí)現(xiàn)方案

基于PSoC的嵌入式DTMF解碼器實(shí)現(xiàn)方案

作者:賽普拉斯(Cypress)半導(dǎo)體有限公司 高級(jí)應(yīng)用工程師 艾曉輝 時(shí)間:2008-04-17 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

  引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/81649.htm

  DTMF (雙音多頻)信號(hào)是電話網(wǎng)中常用的信令,無論是家用電話、移動(dòng)電話還是程控交換機(jī)上,多采用DTMF信號(hào)發(fā)送接收號(hào)碼。DTMF技術(shù)廣泛地應(yīng)用于電話機(jī),遠(yuǎn)程家用電器產(chǎn)品的控制,語音信箱,報(bào)警系統(tǒng)等領(lǐng)域。可見,DTMF撥號(hào)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(hào)的檢測(cè)采用專用芯片,DSP,16位或更高檔的MCU來實(shí)現(xiàn),但其成本較高。本文介紹 了一種低成本的基于賽普拉斯的8位芯片的器實(shí)現(xiàn)方案。

   簡(jiǎn)述

  是Cypress半導(dǎo)體有限公司生產(chǎn)的的可編程片上系統(tǒng)芯片。它主要由8位微處理器,可編程模擬模塊和數(shù)字模塊,外加硬件乘法累加器,I2C,F(xiàn)lash,SRAM等周邊外圍模塊組成,如圖2所示。

  因此,PSoC除了能實(shí)現(xiàn)一般MCU的功能外,還可通過可編程模擬和數(shù)字模塊靈活地實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)所需的模擬與數(shù)字外圍功能。為了方便用戶簡(jiǎn)單而快速地實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)字外圍功能的設(shè)計(jì),Cypress基于可編程數(shù)字模擬模塊構(gòu)建了大量的用戶模塊,如可編程運(yùn)算放大器,比較器,6至14位的模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器,濾波器,8/16 /24/32位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,脈寬調(diào)制器,觸摸感應(yīng)等模塊。這些用戶模塊將PSoC內(nèi)部的寄存器配置,數(shù)字模塊和模擬模塊之間的內(nèi)部連線,底層API(Application Program Interface, 應(yīng)用程序接口)函數(shù)都已設(shè)計(jì)好了。當(dāng)用戶需要某個(gè)數(shù)字模擬外圍功能時(shí),只需要簡(jiǎn)單地調(diào)用相應(yīng)的用戶模塊即可實(shí)現(xiàn)。

  DTMF信號(hào)

  DTMF信號(hào)是將撥號(hào)盤上的0~9、A~D及*/E、#/F共16個(gè)字符,用音頻范圍的8個(gè)頻率來表示的一種編碼方式。8個(gè)頻率分為高頻群和低頻群兩組,分別作為列頻和行頻。每個(gè)字符的信號(hào)由來自列頻和行頻的兩個(gè)頻率的正弦信號(hào)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(hào)的技術(shù)指標(biāo)是:傳送/接收率為每秒10個(gè)號(hào)碼,或每個(gè)號(hào)碼100ms。每個(gè)號(hào)碼傳送過程中,信號(hào)存在時(shí)間至少45ms,且不多 于55ms,100ms的其余時(shí)間是靜音。在每個(gè)頻率點(diǎn)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(hào),均被認(rèn)為是無效的,拒絕承認(rèn)接收。另外,在最壞的檢測(cè)條件下,信噪比不得低于15dB。

  

  采用軟件方式進(jìn)行,首先要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),然后再送入CPU處理。利用PSoC的可編程模擬運(yùn)算放大器和8位,加上簡(jiǎn)單的接口就可以實(shí)現(xiàn)DTMF信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換,ADC接口電路如圖3所示。 可編程模擬運(yùn)算放大器用戶模塊主要用來實(shí)現(xiàn)DTMF輸入信號(hào)的自動(dòng)增益控制功能。

  DTMF解碼可以通過計(jì)算所接收到的信號(hào)在8個(gè)既定頻率點(diǎn)的頻譜值來確定是否為有效的DTMF信號(hào)及接收到的是哪個(gè)號(hào)碼。另外,需要通過一系列的有效性檢驗(yàn)以防止誤判。

  FFT可用來計(jì)算N點(diǎn)頻率處的頻譜值,但不適合于此處應(yīng)用。因?yàn)樗?jì)算了許多不需要的值,計(jì)算量太大;而且為保證頻率分辨率,F(xiàn)FT的點(diǎn)數(shù)較大。另外,它不能按逐個(gè)樣點(diǎn)的方式處理,不利于實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。

  由于只需要知道8個(gè)特定點(diǎn)的頻譜值,采用一種稱為Goertzel算法的DFT算法可以有效地提高計(jì)算效率。它相當(dāng)于一個(gè)含兩個(gè)極點(diǎn)的IIR濾波器,8個(gè)頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)各自相匹配的濾波器,其傳遞函數(shù)為:

  然而Goertzel算法還是有一個(gè)缺點(diǎn),那就是它計(jì)算的是頻率fk=kfs/N處的頻譜值,而精確的頻率值fi通常只能對(duì)應(yīng)某個(gè)近似的整數(shù)k,為了達(dá)到要求的分辨率,就需要較大的樣點(diǎn)數(shù)N。改進(jìn)的方法是:修改傳遞函數(shù),不計(jì)算角頻率處的頻譜值,而計(jì)算精確角頻率處的頻譜值。這樣分辨率能達(dá)到數(shù)據(jù)自然加窗(矩形窗)的分辨率。它的傳遞函數(shù)為 

  運(yùn)算步驟如下:

  1. 對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)遞歸計(jì)算(n=0,1,…,N)

  Si(n)=2cos(2πfi/fs)× Si(n-1)- Si(n-2)+x[n]

  其初始條件是Si[-1]= Si[-2]=0。

  2. 當(dāng)N個(gè)樣點(diǎn)采集并計(jì)算完成后,計(jì)算8個(gè)頻譜值:

  |Y(i)|2=Si2[N]+ Si2[N-1]- 2cos(2πfi/fs)× Si[N] × Si[N-1]

  在選定采樣頻率為7.8125Khz基礎(chǔ)上,選取N=84個(gè)樣點(diǎn)即可達(dá)到所需的頻率分辨率。這對(duì)應(yīng)約11ms信號(hào)的采樣時(shí)間,這足以保證PSOC在100mS的信號(hào)碼傳輸周期里的非采樣時(shí)間里完成DTMF解碼和用戶應(yīng)用系統(tǒng)的其它功能。

  當(dāng)8 個(gè)頻譜值計(jì)算出來后,還要進(jìn)行DTMF有效性檢驗(yàn),以判定是否為有效的DTMF信號(hào)。有效性檢驗(yàn)包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容:(1)高、低頻段的最大幅值都必須大于 某個(gè)門限值,而且二者之和也要大于某個(gè)門限值。(2)高、低頻段的最大幅值與各自頻段其它三個(gè)幅值相比,其差值必須大于某個(gè)門限值。(3)逆向絞度檢驗(yàn)即 低頻段最大幅值不得超過高頻段最大幅值8dB,標(biāo)準(zhǔn)絞度檢驗(yàn)即高頻段最大幅值不得超過低頻段最大幅值4dB。

  若上述檢驗(yàn)通過,判定當(dāng)前周期DTMF信號(hào)有效,根據(jù)頻率組合可確定是對(duì)應(yīng)哪個(gè)號(hào)碼。為了避免重復(fù)識(shí)別,還需進(jìn)行靜音檢測(cè)。

  DTMF解碼程序流程圖如圖4所示。

  解碼時(shí)需要大量的乘法運(yùn)算,可以通過PSoC內(nèi)部的8位有符號(hào)硬件乘法器完成,從而實(shí)現(xiàn)DTMF的實(shí)時(shí)解碼要求。

  結(jié)語

  該方案所需PSoC的軟硬件資源少,性能可靠,可方便地集成于基于PSOC的單片系統(tǒng)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)低成本的遠(yuǎn)程控制功能。



評(píng)論


相關(guān)推薦

技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉