基于單片機的DTMF信號的譯碼算法研究

1、引言

雙音多頻（DTMF）是由貝爾實(shí)驗室開(kāi)發(fā)的信令方式，通過(guò)承載語(yǔ)音的模擬電話(huà)線(xiàn)傳送電話(huà)撥號信息。每個(gè)數字利用兩個(gè)不同頻率突發(fā)模式的正弦波編碼，選擇雙音方式是由于它能夠可靠地將撥號信息從語(yǔ)音中區分出來(lái)。一般情況下，聲音信號很難造成對DTMF接收器的錯誤觸發(fā)。DTMF是TouchTONe （早期A(yíng)TT的商標）的基礎， 替代機械式撥號轉盤(pán)的按鍵。

DTMF信號首先用于電話(huà)的撥號系統，在頻率編碼遙控系統及數據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(mén)電路）或專(zhuān)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譯碼器輸出的數據仍需送入單片機進(jìn)行相應的運算及處理，進(jìn)而控制其它各種設備的動(dòng)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(jiǎn)單的整形電路就可以，既可省去成套譯碼電路，又能達到簡(jiǎn)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(guò)計算機仿真計算數據論證認為完全能夠達到設計要求。

2、DTMF信號頻率組成及整形前DTMF信號的幅值密度

DTMF是由低頻組（fb）和高頻組（fa）兩組頻率信號構成，每個(gè)數字信號由低頻組合高頻組的任意一個(gè)疊加而成。根據CCITT的建議，DTMF的編譯碼定義可用下式表示 f（t）=A_{a}sin（2f_{a}t）+A_sin（2f_t） 式中兩項分別表示低、高音頻的值，Ab好Aa分別表示低音群合高音群的樣值量化基線(xiàn)，而且兩者幅值比為K=Ab/Aa（0.7K0.9）。同時(shí)規定，對應于DTMF編譯碼中的標稱(chēng)頻率在發(fā)送時(shí)，DTMF信號的頻率偏差不應當超過(guò)1.5%,每位數字的信號極限時(shí)長(cháng)應該大于40ms,而接收設備對2%的偏差應能可靠地接收，對30ms~40ms時(shí)長(cháng)的信號可以正常地接收。與單音編碼不同，DTMF信號是采用8中取2的方式，從高低兩個(gè)音組中各取一個(gè)音頻復合而成來(lái)代表0-9十個(gè)號碼和其他功能碼，再加上這8個(gè)音頻信號的各頻率同不存在諧波關(guān)系，大大減少了虛假信號燈干擾，因而DTMF信號工作可靠性特別是抗干擾能力很強。

在DTMF信號中，16個(gè)指令鍵均由兩個(gè)單音頻率信號組合（見(jiàn)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(gè)指令鍵，對應的都是一個(gè)高頻組的頻率和一個(gè)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。

從圖1中可以看出，*號指令鍵的DTMF信號在941Hz和1209Hz處有譜線(xiàn)。在理想條件下，可計算出頻譜密度函數X（f）在f=941Hz和1209Hz時(shí)的模值為|X（941）|,|X（1209）|,即它們模值均不為零。也就是說(shuō)，要是同時(shí)存在頻譜密度函數模值為|X（941）|,|X（1209）|,并且它們模值均不為零時(shí)，其表征的鍵號為*.以此類(lèi)推（見(jiàn)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(gè)X（f）的模值不為零，則再通過(guò)f在表1查找出其表征的指令鍵。