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实验3双音多频(DTMF)接收与检测单元实验


实验3
一、实验目的

双音多频(DTMF)接收与检测单元实验

1.了解电话号码双音多频信号在程控交换系统中的发送和接收方法。 2.熟悉该电路的组成及工作过程。 二、预习要求 1.认真预习有关双音多频方面的相关内容。 三、实验仪器仪表 1.现代程控交换实验系统一台 2.电话机四部 3.20MHz 示波器一台 四、实验电路工作过程

(一) 双音多频拨号和脉冲拨号简单介绍 在电话机中,有两种拔号方式,即脉冲拨号和双音多频拔号。 双音多频拨号方式中 的双音多频是指用两个特定的单音频信号的组合来 代表数字或功能,两个单音频的频率 不同,所代表的数字和功能也不同,在双 音多频电话机中有 16 个按键,其中有 10 个数 字键 0-9,6 个功能键*、#、A、 B、C、D,按照组合的原理,它必须有 8 种不同的单音频 信号,由于采用的频 率有 8 种,故称之为多频,又因为 8 种频率中任意抽出 2 种进行组 合。又称其为 8 中取 2 的编码方法。 表 5-1 高 频 低频 697 770 852 941 1209 1 4 7 * 1336 2 5 8 0 1447 3 6 9 # 1633 A B C D

双音多频,简写 DTMF(DTMF=Dual Tone Multifrequency)

图 5-1 一个典型的 DTMF 发送电路原理框图

DTMF 发送器的原理与构成如图 5-1 所示,它主要包括:(1) 晶体振荡器— —外接晶体(通常采用 3.58MHz)与片内电路构成振荡器,经分频产生参考信 号。(2) 键控可变时钟产生电路——它是一种可控分频比的分频器,通常由 n 级 移位寄存器与键控 反馈逻辑单元组成。(3) 正弦波产生电路——它是由正弦波编 码器与 D/A 变换器构成, D/A 变换器形成台阶型正弦波。显然台阶的宽度等 通常,可变速时钟信号先经 5 位寄存器,产生一组 5 位移位代码,再由可编程逻辑阵列 (PLA)将其转换成二进制代码,加到 于时钟频率的倒数,这样形成的 正弦波信号频率必然对应于时钟的速率和按键的号码。(4) 混合电路——将键盘所对应的行、列正弦波信号(即低、高群 fL 、 fH )相加、混合成 双音信号输出。(5) 无输出 等控制电路。 DTMF 发送器按输入控制方式可分为键盘行列控制和 BCD 接口控制两种。 它们的控制部分真值表分别示于表 5-2、表 5-3。 表 5-2、键盘控制接口功能真傎表 附加功能单元,如有时含有单音抑制,输出控制(禁止)、双键同按

输入 R1 发送 频率
fH(Hz )

行 R2 R3 R4 C1 C2

列 C3 C4

fL(Hz) 697 770 852 941

1209 1336 1447 1633

表 5-3、BCD 码控制接口功能真傎表 BCD 码输入 R1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 R2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 R3 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 R4 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 发送频率

fL (Hz)
941 697 697 697 770 770 770 852 852 852

fH (Hz)
1336 1209 1336 1477 1209 1336 1477 1209 1336 1477

二、双音多频接收电路 DTMF 接收器包括 DTMF 分组滤波器和 DTMF 译码器,其基本原理如图 5-2 所示。 DTMF 接收器先经高、低群带通滤波器进行 fL / fH 区分,过零检测、 比较,得到

相应于 DTMF 的两路 fL 、 fH 信号输出。该两路信号经译码、锁存、缓冲,恢复成对 应于 16 种 DTMF 信号音对的 4 比特二进制码(D1-D4) 。

图 5-2 典型 DTMF 接收器原理图

(A)MT8870 功能框图
1 2 3 4 5 6 7 8 9 IN+ INGS VRef INH PWDN OSC1 OSC2 VSS VDD St/Gt Est Std Q4 Q3 Q2 Q1 TOE 18 17 16 15 14 13 12 11 10

(B) MT8870芯片管脚排列图 图 5-3 MT8870 芯片及管脚排列图 在本实验系统电路中,DTMF 接收器采用的是 MT8870 芯片。 图 5-3(A)是该芯片的逻辑功能框图,图 5-3(B)是该芯片的管脚排列 图。 1.芯片简介 (1) 提供 DTMF 信号分离滤波和译码功能, 输出相应的 16 种 DTMF 频率 组合的 4 位 并行二进制码。 (2)可外接 3.5795MHz 晶体,与内含振荡器产生基准频率信号。 (3)具有抑制拨号音和模拟信号输入增益可调的能力。 (4)二进制码为三态输出。 (5)提供基准电压(Vdd/2)输出。 (6)电源:+5V。

(7)功耗:15mW。 (8)工艺:CMOS。 (9)封装:18 引线双列直插。 2.管脚简要说明 引 出 端 符 号 说 明 IN+,INFB VRef IC OSC1,OSC0 EN 运放同、反相输入端,模拟信号或 DTMF 信号从此端输入。 运放输出端,外接反馈电阻可调节输入放大器的增益。 基准电压输出. 内部连接端,应接地。 振荡器输入、输出端,两端外接 3.5795MHz 晶体。 数据输出允许端,若为高电平输入,即允许 D01-D04 输出,若 为低电平输入,则禁止 D01-D04 输出。 数据输出,它是相应于 16 种 DTMF 信号(高,低单音组合)的 4 位 二进制并行码,为三态缓冲输出。 控制输入, 若此输入电压高于门限值 VTSt, 则电路将接收 DTMF 单音对,并锁存相应码字并输出,若输入电压低于 VTSt,则电 路不接收新的单音对。 初始控制输出, 若电路检测出一对可识别的单音, 则此端即变为 高电平,若无输入信号或连续失真,则EC0返回低电平。 延迟控制输出。当一有效单音对被接收,CI 超过 VTSt,输出锁 存器被更新,则 CID 为高电平,若 CI 低于 VTSt,则 CID 返 至 低电平。 接正电源,通常接+5V。 接负电源,通常接地。

D01-D04

CI\GT

EC0

CID

VDD VSS

3.电路的基本工作原理 它完成典型 DTMF 接收器的主要功能:输入信号的高,低频组带通滤波、 限幅、频 率检测与确认、译码、锁存与缓冲输出及振荡,监测等,具体来说, 就是 DTMF 信号从 芯片的输入端输入, 经过输入运放和拨号音抑制滤波器进行 滤波后,分两路分别进入高, 低频组滤波器以分离检测出高、低频组信号。 如果高、低频组信号同时被检测出来,便在EC0输出高电平作为有效检测 DTMF信号的标志; 如果DTMF信号消失, 则EC0即返至低电平, 与此同时, EC0 通过外接R向C充 电,得到 CI 、 GT 。 ( 通常此两端相短接)积分波形,如图 5-4 所示,若经 tGTP 延时后, CI、GT电压高于门限值VTst时,产生内部标志,这样, 该电路在出现EC0标志时,将证实 后的两单音送往译码器,变成 4 比特码字并 送到输出锁存器,而CI标志出现时,则该码 字送到三态输出端 D01-D04。另外, CI 信号经形成和延时,从 CID 端输出,提供一选通脉

冲,表明该码字已被接收 和输出已被更新, 如若积分电压降到门限VTst以下, 使CID也回到 低电平。 图 5-4 是它的工作时序波形图,图 5-5 是MT8870 分离带通滤波器特性。

图 5-4 5-7 是它的电原理图。

MT8870 的时序图

MT8870 的译码表见表 5-4 所示, 图 5-6 为双音多频实验系统的方框图。 图

图 5-5 表 5-4 MT8870 译码表

MT8870 分离带滤波器特性图

fL
(697 Hz) 697 697 770 770 770 852 852 852 941 941 941

fH
( Hz) 1209 1336 1477 1209 1336 1477 1209 1336 1477 1336 1209 1477

NO. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 ﹡ #

EN H H H H H H H H H H H H

Q4 L L L L L L L H H H H H

Q3 L L L H H H H L L L L H

Q2 L H H L L H H L L H H L

Q1 H L H L H L H L H L H L

697 770 852 941

1633 1633 1633 1633

A B C D

H H H H L

H H H L Z

H H H L Z

L H H L Z

H L H L Z

图 5-6 双音多频实验系统的方框图 需要指出,由图 5-6 与图 5-7 可知,一片 MT8870 芯片可以对两路用户电 路进 行号码检测接入, 为了不影响电路的正常工作, 则由模拟开关 U307 CD4066) 来接通或断开 DTMF 信号,模拟开关的第二个作用是它对话音信号进行隔离, 阻 止 话 音 信 号 进 入 MT8870 芯片,防止误动作的发生,在实际应用中,一片 MT8870 最多可接入检测 16 路用户电路的 DTMF 信号,此时,采取排队等待 方式进行工作。当然,在具体设计这 方面的电路时,要全面考虑电路的设计,使之能正常工作而不出现漏检测现象。 五、实验内容 1. 用示波器观察并测量发送DTMF信号的波形, 在用户线接口电路的输入 端进行测量,即 在甲一路用户线接口电路的测量点TP301与TP302进行测量。 2.用示波器测量MT8870 译码输出与DTMF信号的对应关系,其中,TP304 是DTMF输入 MT8870 的测试点,TP309为数据输出允许端EN的测量点。 六、实验步骤 1.在甲一路和甲二路接上电话机。 2. 一位同学将甲二路用户摘机, 听到拨号音后开始拨打号码, 建立正常通 信,当按 电话机上的任意键,其中另一位同学对有关电路的测量点进行观察并 记录波形,测量点 TP301 、 TP302 、 TP304 、 TP401 、 TP402 、 TP404 、 TP309 ;看 DTMF 波形是否与理论值相符 合。 3.电话机不工作时,即不发送 DTMF 波形时,再测量上述各测量波形。 七、实验报告要求 1.画出接收 DTMF 过程测量点在有、无信号状态的波形,并作简要的分析与说明。


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