基于DSP的DTMF的信号检测与识别毕业设计.doc
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基于DSP的DTMF的信号检测与识别毕业设计.doc
基于DSP的DTMF的信号检测与识别摘 要双音多频DTMF(Dual Tone Multi-Frequency)信令在全世界范围内得到广泛应用,将DTMF信令的产生与检测集成到含有数字信号处理器(DSP)的系统中,是一项较有价值的工程应用。本文给出一种实现方案,阐述DTMF信令的产生与检测的基本原理:用两个二阶数字数字正弦振荡器产生DTMF信号,并通过Goertzel算法实现DTMF信号检测。本论文是在TI公司定点DSP芯片TMS320C54x系列中的实现DTMF信号的检测,采用DSP技术既增加了系统的功能、灵活性,又降低费用,克服了硬件电路实现检测的缺点。关键词:数字信号处理器DSP 双音多频DTMF 正弦波振荡器 Goertzel算法英文题目ABSTRACT【从这里键入英文摘要内容】英文摘要须与中文摘要内容相对应,英文摘要约250个实词;关键词要反映毕业设计说明书(论文)的主要内容,数量一般为3-5个。KEY WORDS: 关键词1,关键词2,关键词3,关键词4,关键词5目录摘 要I前言2第1章 绪论41.1 DTMF介绍41.2方案对比4第2章DTMF信号的基本原理62.1双音多频(DTMF)信号62.2 DTMF信号的硬件产生与检测82.3 双音多频信号软件产生与检测92.4 数字正弦波振荡器原理102.5 数字匹配滤波器原理(Geortzel算法)11第3章DTMF信号接收电路及声卡143.1.1声卡概述143.1.2声卡的功能143.1.3声卡的基本组成143.2. 音频编解码器TLV320AIC23153.3.DTMF信号输入电路193.3.1. M T 8 8 8 0 功 能 概 述 :193.3 .2 MT8880应用电路20第4章DTMF信号软件介绍244.1 DTMF信号检测的DSP软件设计244.2DTMF信号检测的单片机软件设计26第5章 DTMF中的硬件设备及仿真305.1单片机自举电路305.2电源转换电路315.3.单片机串口电路325.4仿真程序运行结果34结论38谢 辞39参考文献40附录42外文资料翻译43前言双音多频(Dual Tone Multi Frequency,DTMF)信号产生起初是为了代替电话机的脉冲拨号而使用的,DTMF信号有一个高频信号和一个低频信号编码而成。它是最早由美国贝尔公司作为注册商标而在商业领域中使用,DTMF信号的产生解决了脉冲拨号的不稳定性、传输速率慢和抗干扰能力差的特性,这样就使DTMF信号的使用扩展开来。DTMF信号起先主要用于打电话时电话机的拨号和使用手机的其它功能,如播放语音信箱、查看邮件、阅读短信等。DTMF信号具有稳定性强、抗干扰性强等优点,但它是在硬件的基础上实现的。DTMF信号的稳定性强就需要在编码时符合规定的标准,信号具有足够的强度和不能混入杂音,DTMF信号的抗干扰能力强主要是它由两个特定的音频组成,在接收时能很好的与其它信号区别开来。现在DTMF信号的产生和解码多依赖于专用的发生和解码芯片,但解码芯片是固化的程序或纯硬件,使用灵活性差,但遇到话音、音乐等其它杂声干扰时解码会出现一定的误差,而又不能改变其特性,而当专用芯片想用于其它非电话系统中时专用芯片就无用武之地了,因此DTMF信号的检测和识别只依靠专用芯片不是一个好的选择。随着科技的发展将来的生活和工作将会越来越智能化、信息化、数字化,但它的实现需要依靠处理芯片的发展,处理芯片相当于人的大脑,需要它来统筹整个系统的工作。处理器常常需要处理的是数字量,数字信号处理技术自然就成了将来的发展方向,而数字信号处理器也会广泛的用到生活中的方方面面。通过几十年的发展,DSP芯片的处理速度越来越快,功耗越来越低,功能越来越多,而价格却越来越低,有很高的性价比,它们被广泛的运用到各个领域,如通信领域的移动电话,路由器,交换机,IP电话等,医疗设备中的B超,成像仪器,核磁共振,CT扫描仪等,军事领域中的导弹制导系统,自动火炮系统,卫星侦测系统,战机系统等,生活中的ATM取款机、音箱设备、MP4、MP5,游戏机,摄录相机等,工业控制领域的检测、自动控制系统等,近来好多芯片为了增强功能,多加入了DSP协处理器,使处理图像、声音和视频时更加流畅,等等,此种种都表现出DSP的应用非常广泛。本课题采用TI公司生产的TMS320VC5402处理器,利用它的处理速度快、稳定性强和价格低等优势,来代替专用的芯片进行DTMF信号的检测与识别。通过此种方法,能降低检测的成本也能缩小硬件的体积,减小对专用芯片的依赖,充分利用了芯片的资源,同时也能方便的运用到除通信领域的其它系统,如ATM取款机、便携手持仪器等。综上,用DSP芯片检测DTMF信号具有很大的商业工程应用价值。 第1章 绪论1.1 DTMF介绍电话中的双音多频信号(DTMF)有两种用途:一是用于双音多频信号的拨号,去控制交换机接通被叫的用户话机;二是利用双音多频信号遥控电话机各种动作,如播放留言、语音信箱等,并可以通过附加一些电路来是实现遥控家电设备的开启关闭等智能功能。前者解决双音多频信号的发送和编码,后者是双音多频信号的接收和解码。这些东西都离不开DTMF信号的正确检测。目前,大多数的DTMF信号的检测均采用专用的发送、接收芯片,这种解码的原理都依赖于计算输入信号的过零率。但这种方法有很大的局限性,无法检测多路DTMF信号,当混有语音和噪声时,专用芯片检测往往出现误差,如果音频信号频率改变应用于别的系统时,专用的芯片就发挥不了作用。所以,用硬件实现DTMF信号的检测并不是一种很好的选择。信息化已经成为社会发展的大趋势,信息化是以数字化为背景的,而DSP技术则是数字化最重要的基本技术之一。在过去的短短的二十来年里,DSP处理器的性能得到很大改善,软件和开发工具也得到相应的发展,价格却大幅度地下降,从而得到越来越广泛的应用。通信领域(移动通信的交换设备、基站和手机,网络的路由和交换设备,智能天线,软件无线电,IP电话等),雷达和声纳系统,巡航导弹、灵巧炸弹及各种武器系统,自动测试系统,医疗诊断设备(CT、核磁共振、B超等),计算机及其外设,消费类电子设备(VCD、DVD、HDTV、机顶盒、MP3、家庭影院系统、数字照相机和摄象机等),机器人及各种自动控制系统,等等,应用范围不胜枚举。1.2方案对比方案1. 硬件实现:以往的DTMF信号的产生检测一般用的是模拟硬件电路实现的。前几年DTMF编解码电路大量是使用LC或者音叉振荡电路以产生DTMF的8个音频。而解码电路过去采用的是音叉滤波,后又改进为有锁相环检测集成电路和简单的滤波器组成,但需要八路。这些电路复杂,制造和调整麻烦。电路多属于CMOS集成电路,它一般包括DTMF分组滤波器和DTMF译码器,当DTMF信号经输入电路输入时,先进入高、低频滤波器滤波,经带通滤波后,不仅滤波后,不仅滤掉了信号中的噪声干扰,而且DTMF信号的高频信号(fH )和低频信号(fL)也被区分开来,然后这两组信号分别进入过零检测,比较后,得到相应于DTMF的两路fH 、fL 信号的输出,该两路信号经译码、锁存、缓冲、恢复成对应于16种DTMF信号音频的4比特二进制码。这种用硬件电路实现DTMF检测与软件处理数字信号比起来会有较大的缺陷。(1) 对于一个可编程的数字系统,改变下程序就可以改变对信号处理的方式,而对模拟系统的重新配置就意味着重新设计硬件。(2) 精度上的要求也决定了处理器的选择。(3) 数字信号可以很容易地存储在磁介质中而不会丢失方案2. 软件实现:曾经有人尝试用DSP构成一个数字式带通滤波器,其中心频率随着采样频率的不同而改变。用顺序扫描的方式来检查每个频率,当某个频率超过给定的门限值时,将其记录,从而确定收到的是哪一个键的信号。然而该方法有一个严重的缺点:由于在给定的时间内只能检测8个频率中的一个,而不是8个同时检测,从而使检测的速度缓慢。因此,本文基于TMS320S54X的DTMF信号的检测,是在频域解决了上述问题,使DTMF的检测更加快捷、准确。下面详细介绍基于DSP的DTMF信号的检测。第2章DTMF信号的基本原理2.1双音多频(DTMF)信号双音多频(DTMF)信号就是用两个不同频率的音频信号的组合来传输信息的一种通信信号形式,可以用数学式表示为 (1)式中fH和fL分别是高频组和低频组的两个信号频率。对这两个频率的要求是:1、位于人而能够听到的音频频率范围内;2、频率间隔近似为乐音音阶的频率间隔(按十二平均律,相邻各个音的频率呈等比关系,其比值约为1.059463,例如C3 130.8Hz,C4=261.7Hz,D4 293.7)。这种信号在电话线路上传输,而且声音悦耳。在电话系统中,高低频组的频率已经标准化,如图1所示。图1 DTMF拨号频率标准DTMF最早应用是在电话通信系统中作为控制信令使用的。在电话通信系统中,最早的控制信令是使用直流脉冲信号。脉冲拨号方式是由接在旋转拨盘位置上的开关或电子开关控制二线电路的通与断。每拨出一位数字,都有唯一一串电流脉冲相对应,图2 中给出了数字3的电流脉冲序列。每个脉冲周期通常为100ms,其中有40%的占空时间,在人工控制条件下,两个相继数字的时间间隔可以从0.5S到数秒之间变化不等。由此可见,利用拨号脉冲拨号,发送一个10位长的号码大约需要7秒的时间。图2 脉冲拨号示意图当采用DTMF拨号方式时,号码的每一个数字用一对音频表示,话机中有8个单音频,分为两组,通过拨号盘选拨号码时,各位数字由触键开关输入,其对应的某个频率对(高频和低频)同时传输,图3所示为各频率对应位置。对DTMF信号所规定的指标为:传送速率为每秒10个数字,即每个数字100ms。每个数字传送过程中,信号必须存在至少45ms,且不得多于55ms,100ms里其余时间是静音。另外ITU (国际电信联盟)还规定,DTMF信号在每个频率点上允许有1.5%的偏移,任何超出给定3.5%的信号认为无效,拒绝承认接收。还规定,在最坏检测条件下,信噪比不得低于15dB。显然。DTMF的拨号方式比双脉冲拨号方式可快至10倍,明显缩短了拨号时间。而且DTMF拨号方式发出的信号抗干扰能力大大高于脉冲拨号方式。因此,目前普遍使用DTMF拨号方式。采用DTMF信号,用话音频率发送数字,可以避免占用额外的信道,又比脉冲拨号方式节约时间。在通信、测量、控制、自动服务等领域有着广泛的应用。在基于电话的各种信息服务系统中,广泛使用了DTMF信号来传送按键操作信息。利用这种按键信息,人们可以直接通过电话查询所需要的信息以及进行各种远程控制。在实际系统中,首次拨号由程控交换机识别,完成主叫与被叫之间的接续;二次乃至多次拨号的识别以及操作由用户系统自己完成。DTMF信号还可以用来在话音信道上传送各种类型的控制指令,例如利用电话控制家用电器的启停,传送远方的状态监测信息。目前DTMF信号已经不仅仅限于在电话系统中应用,在测量、控制、遥测遥控等各个领域都有应用。由电话机键盘结构图可知,一个DTMF信号由两个频率的音频信号叠加构成。这两个音频信号的频率来自两组预分配的频率组:行频组或列频组。每一对这样的音频信号唯一表示一个数字或符号。当使用电话拨号时,电话机产生两个正弦波叠加在一起后发送,解码时Phone spy采用改进的Goertzel算法,从频域搜索两个正弦波的存在。2.2 DTMF信号的硬件产生与检测通常是用硬件产生和检测DTMF信号。已经有多种专用的产生和检测DTMF信号的集成电路器件。具有代表性的DTMF发送、接收器的型号为MT8860, MT8862, MT8870, MT8872等。 图3 DTMF信号发送器电路原理DTMF信号发送器电路原理如图3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)键控可变速率时钟产生电路它是一种可变分频比的分频器,通常由n级移位寄存器与键控反馈逻辑单元组成。(3)正弦波产生电路它出正弦波编码器与DA变换器构成。通常可变速时钟信号先经过5位移位寄存器,产生组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,送到DA变换器转换成台阶形正弦波。显然台阶的宽度等于时钟频率的倒数,这样形成的正弦波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产生的行、列正弦波信号(即低高群fL、fH单音)相加,混合成双音信号而输出。(5)附加功能单元,如含有单音抑制、输出控制(禁止)、双键向按无输出等控制电路。DTMF接收器主要包括DTMF分组滤波器和DTMF译码器,其基本原理如图4所示。DTMF接收信号先经高、低群带通滤波进行fL/fH区分,然后过零检测、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(L1一L4)。图4 硬件接收DTMF信号的电路原理2.3 双音多频信号软件产生与检测近年来DTMF也应用在交互式控制中,诸如语言菜单、语言邮件、电话银行和ATM终端等。将DTMF信令的产生与检测集成到任一含有数字信号处理器(DSP)的系统中,是一项较有价值的工程应用。为了产生DTMF信号,DSP用软件产生两个正弦波叠加在一起后发送,软件具体实现方式可以有三种方法:(1)用软件模拟DSP的方式产生两个数字正弦波振荡器并把输出合成起来,建立所希望的双音频。(2)通过产生的某频率的方波后再附加滤波器滤出二次以上的谐波,产生DTMF信号。(3)查表输出产生DTMF信号。软件检测DTMF信号主要有以下方法:(1)利用离散傅立叶变换(DFT)及其快速算法(FFT),求取DTMF信号频谱的峰值点,进而利用峰值点的频率判断发送的数字。这种方法的缺点是计算量大,不利于实时处理。但是如果使用MATLAB软件仿真则可以用很简单的几条语句实现。(2)对于DTMF信号的波形,波形过零点数量决定了低频信号的频率,而极值点数量决定了高频信号的频率。因此通过软件分别计算出高频频率和低频频率,从而实现DTMF的解码。 这里选择采样频率为8K,已知每一个信号的频率至少持续40ms的时间,我们对DTMF采样160个点,即20ms,这样总会有一个20ms的采样点全部落在40ms的发送范围内,对采样的点进行6次求和取平均,去掉噪声成分,然后分别计算过零点的数目a和极值点的数目b,对应频率可以计算为: 既然可以求出DTMF信号的一组频率值,那么就可以得出对应电话号码值。这种算法比较适合于单片机硬件实现,但是其抗噪声性能较差。 (3)计算接收到的DTMF信号在8个既定频率的能量,进而确定是否有DTMF信号到达以及收到的是哪一对信号,此外通过计算接收信号的总能量来防止误判。采用Geortzel算法可进一步提高计算效率,Goertzel算法实质是一个两极点的IIR滤波器,对应每一个频点有一个匹配滤波器,在抽样时刻检测。这种方法理论上属于最佳接收方法,而且算法有利于用DSP实现。在本次课程设计中要求使用这种方法。DTMF解码即是在输入信号中搜索出有效的行频和列频。2.4 数字正弦波振荡器原理数字正弦波振荡器的功能是利用数字信号处理的方法产生正弦波信号的抽样序列。基本原理是:设数字正弦波振荡器要产生的波形为 (1)则其Z变换为上式的分子与分母同时乘以y(n)可以看作是一个单位冲击函数激励了一个线性系统的冲击响应。这个线性系统的传递函数就是Y(z)。由Y(z)可以写出该线性系统的差分方程:式中为数字角频率。令输入x(n)为单位冲击函数,即则可以得到下面的递推方程当n<0时,y(n)=0当n=0时,y(0)=0当n=1时,当n=2时,当n>2时, (2) 实现时,首先将每个频率常数存在一个表中,用来初始化给定键的振荡器;再按照(2)进行迭代计算,就得到正弦序列的输出;将两个这样的输出叠加即可得到双音频的输出。每个数字输出的样本数取决于数字速率与采样速率。双音频中的每一个音调之后都是同样长度的无音周期,从而可以检测到按键的释放。2.5 数字匹配滤波器原理(Geortzel算法)计算接收到的DTMF信号在8个既定频率的能量,进而 确定是否有DTMF信号到达以及收到的是哪一对信号,此外通过计算接收信号的总能量来防止误判。为满足检测8个DTMF频点(偏差1.5%),需计算256点FFT,因只对8个频点感兴趣,故可以直接计算8个频点附近的DFT ,计算数字信号的频谱可以采用DFT及其快速算法FFT,而在实现DTMF解码时,采用Goertzel算法要比FFT更快。通过FFT可以计算得到信号所有谱线,了解信号整个频域信息,而对于DTMF信号只用关心其8个行频/列频及其二次谐波信息即可(二次谐波的信息用于将DTMF信号与声音信号区别开)。此时Goertzel算法能更加快速地在输入信号中提取频谱信息。Goertzel算法实质是一个两极点的IIR滤波器,其算法原理框图如图5。图5 Geortzel算法信号流图对应每一个频点有一个匹配滤波器,第k个频率匹配滤波器的传递函数为其中, , 对应的前、后向差分方程为:后一个方程无需全部计算,只需要在n=N时刻,即最后的输出时刻计算。如果考虑同步相位误差,也可以在n=N时刻附近计算一段时间内的输出。前向差分方程也可以改写为便于计算的递归形式:并令初始值为。在n=N时刻既可以得到所需要的X(k)。由于在DTMF检测中,输入的信号是实数序列,并不需要检测出8个行频/列频的相位,只需要计算出其幅度平方即可。因此计算|X(k)|2如下:这里分别表示状态变量在N和N-1时刻的值。在输入信号中检测DTMF信号,并将其转换为实际的数字,这一解码过程本质是连续的过程,需要在输入的数据信号流中连续地搜索DTMF信号频谱的存在。整个检测过程分两步:首先采用Goertzel算法在输入信号中提取频谱信息;接着作检测结果的有效性检查。第3章DTMF信号接收电路及声卡3.1.1声卡概述1、声卡是多媒体计算机中必不可少的一种接口部件。2、可支持11.025kHz、22.05kHz、44.1kHz三种采样频率,16位采样精度和选择单/双声道对模拟声音波形信号进行数字化采样,生成WAVE文件。 3.1.2声卡的功能声卡是多媒体设备最基本的部分,是实现声音A/D、D/A(模数、数模)转换的硬件电路。声卡的功能与性能直接影响到多媒体系统中的音频效果。(1) 录制和编辑音频文件能以一定频率和精度采样声源模拟波形,并数字化和量化成数字量,以*.VOC、*.WAV、或*.AU等各种声音文件格式存储。 (2) 合成和播放音频文件(3) 压缩和解压缩音频文件(4) 具有与MIDI设备和CD-ROM驱动器的连接功能3.1.3声卡的基本组成声卡上一般有以下几个功能单元:(1) 数字信号处理器 (2) CD音频连接器(3) 音频控制芯片(4) 混音器(5) 合成器FM合成是采用频率调制的原理产生声音,通过芯片产生各种频率复合而成,用以模拟各种乐器的声音。波表合成则是对真实乐器发出的声音进行采样,将采样值制表保存在ROM中,可由数字信号处理器随时查表调用处理,再将合成后的数字音频信号经D/A转换器变成模拟音频信号,其声音效果与真实的乐器声几乎没有什么差别。(6) 波形表只读存储器(7) CD-ROM接口(8) MIDI接口(9) 跳接器(10)I/O端口·Line In(声音信号输入)·Mic In(麦克风输入)·Line Out(声音信号输出)·Speak Out(扬声器输出)3.2. 音频编解码器TLV320AIC23本设计需要一款ADC芯片将模拟信号转换为数字信号,此设计选择德州仪器(TI)公司生产的一款高性能立体声音频编解码芯片TLV320AIC23。其输入和输出的模拟信号的增益都能通过编程耳机的输出放大器来设置调节,它还支持麦克风输入和line in输入。AIC23具有低功耗模式,通过编程可以设置,它的采样数据位数可以通过设置相应的控制寄存器设为16位、20位、24位和32位,它在内部集成了数模转换器和模数转换器省去了再连接其他外围器件使使用更加简便也减小了芯片的体积。AIC23的采样频率能设定在8kHz到96kHz之间的某些阶段。综述上面优点,AIC23是一款非常优秀的编解码音频芯片,通过McBSP与DSP结合更是方便了AIC23的应用。AIC23主要的外围接口:(1) 数字音频接口:主要管脚为:DOUT模数转换器的数字信号输出。DIN数模转换器的数字信号输入。LRCIN数模转换器方向的帧信号。LRCOUT模数转换器方向的帧信号。BCLK接口时钟信号,当TLV320AIC23作为master模式时时钟由AIC23提供,作为slave模式时时钟由DSP产生。TLV320AIC23的数字音频接口可以很轻易的与DSP的McBSP串口之间进行数据传输,连接图,如图3-1:图3-1 McBSP与TLV320AIC23的连接上面介绍了部分管脚, TLV320AIC23的内部图及部分管脚再介绍如下。内部结构框图,如图3-5:图3-2 TLV320AIC23内部结构及部分管脚(2) MIC输入接口:主要管脚为:MICINMIC的输入。MICBIASMIC的偏压供给管脚。从音频编解码器的内部结构图可以看出MICIN接入的放大器的放大倍数是5。MICIN的连接图,如图3-6:图3-3 音频芯片与MIC连接示意图(3) HeadPhone输出接口:主要管脚为:ROUTright channel output.LOUTleft channel output.LHPOUTleft HeadPhone channel output.RHPOUTright HeadPhone channel output.由音频编解码芯片内部框图来看,左声道输出和右声道输出时没有通过结构内的放大器,而耳机声道输出有放大器,因此在设计使用音频编解码时常采用耳机右声道输出和耳机左声道输出。连接使用图,如图3-7:图3-4 音频芯片输出连接示意图(4) 线性输入接口:主要管脚为:LLINEIN左声道线性输入。RLINEIN右声道线性输入。硬件接线图,如图3-8:图3-5 音频芯片左右声道输入连接图DSP与AIC23数据接口的连接:数字音频芯片AIC23不但能通过I2S模式控制它,而且还有专用与DSP相互传输数据的DSP模式,DSP模式实现了DSP与AIC23的无缝连接,本文使用的是DSP模式。DSP模式的时序图,如图3-9:图3-6 DSP模式3.3.DTMF信号输入电路3.3.1. M T 8 8 8 0 功 能 概 述 :MT8880是一个带有呼叫处理滤波器的单DTMF信号收发器。他的制造 采用MITEL公司的低功耗、高稳定性的ISO-CMOS技术。DTMF信号的接收部分采用DTMF信号接收单片机MT8870的工业制造标准;发送部分采用开关电容进行DA转换发送高精度、低畸变的DTMF信号。内部寄存器提供一个群模式。在双音频群模式下DTMF信号可以通过精确的时序被发送出去。可选择呼叫处理滤波器让一个微处理器处理呼叫音频信号。MT8880C还具有标准的微处理器 总路线与6800系列的微处理器接连接。3.3.2.MT8880内结构图及引脚功能1 . MT8880内部结构图整合了收发功能的MT8880C单片机的结构包括一个带有可变增益的内 部 放大器的高性能接收器和一个带有脉冲计数器的发射器。一个可以访问MT8880内部的寄存器的标准的微处理器接口。MT8880的内部寄存器包括1个状态寄存器、2个数据寄存器和2个控制寄存器,如图3-7所示 。图3-7 MT8880内部结构图3.3 .2 MT8880应用电路下图是使用MT8880作为DTMF收发部件所构成的一种电话报警装置的部分电路。 图3-8 MT8880电路图该报警装置的主要功能如下:( 1 ) 报警话号码设置、存储。通过电话机的按 键,可以设置并存储若干组报警电话号码。当有警情发生时,由传感器触发单片机(因该部分不属本书内容,故未画出),能按照预先存储的报警电话或传呼机号码逐个轮流发出。( 2 ) 存储号码的检查。通过电话机的按键,可以检查所预存的报警电话号码是否正确,所被检查的号码能显示在LED显示器上。( 3 ) 存储报警号码的删除。在检查显示某一存储的号码时,在电话机键盘上按“#”键,该号码即被删除。( 4 )布防、撤防功能。 使用手持的微型无线电遥控器,可以使报警装置进入布防状态或撤防状态。手持遥控器也可以用于紧急报警,只需按动某2个按键即可。 使用本机电话键盘,按照规定的步骤输入密码等,可以撤防或布防。 使用异地电话撤防、布防。在任何地方任何电话机(包括移动电话机)上,按照规定步骤操作,也可以使安装在家庭住宅或办公场所的本报警装置进入撤防或布防状态。( 5 ) 远程监听功能。在任何地方的任何电话机(包括移动电话机)上,按照规定操作可以启动本报警装置的一个高灵敏度放大器监听电路,这时可以从远程电话机里监听本报警装置安装处的各种声响。( 6 )普通电话报警。报警装置在警情触发下,自动呼叫所预先设置存储的报警电话。报警电话振铃,提起电话机听筒,能听到报警装置事先录制好的语音告警信息(使如“XX号楼XX号房发生盗情”等),语信号能重复若干遍,然后轮着呼叫下一个报警电话。在语音信息停顿期间,在报警电话机上通过按键可以进入监听、退出监听等操作。( 7 ) 传呼机报警。如果事先在报警装置中设置了传呼机号码,那么报警装置会向传呼机发来警情,它以某几位预先规定的数字来表示警情,显示在传呼机的末若干位上。( 8 )专用设备报警。使用与本报警装置配套的专用报警装置,类似于传呼机报警,以事先规定的某几种数字编码来表示警情信息以及警情类别(如人工紧急报警、煤气泄漏报警、撬门报警、门匙开关报警等)。专用报警设备也接在一对专用电话线上,当报警装置呼叫它时,它能很快接通并收取由DTMF所运载的盗情信息,根据预定的编码,显示报警类别。图中的报警电路可以粗略分为振铃检测、提机检测、电话接口、语音信息录放、DTMF信号收发、单片机等部分。当双刀转换开关SW拨向“1"位置时,电话机的一端接地,另一端有两条去路:一条经 R,、光耦 LE。的二极管连至+12V电源;另一条经电容C,、电阻 R,连至MT8880的输入端(1N端),这时电话机脱离外部电话线 L1、L。,只用于设置报警电话号码以及撤防、布防等操作。当提起电话听筒时,+12V电源一光耦LE2的二极管一R:一开关SW一话机一开关SW一地,形成电流回路(电话听筒放下时,由于电话机内 断开,所以该回路亦断开),有电流流过光耦LE。的二极管,使其内部的光敏三极管导通,于是三极管 集电极变为低电平,送到片机的 PO3引脚,单片机便可以检测到提机挂机状态。接着,可以在电话机键盘上按入所需的电话号码或符号,每按一下按键,电话机便会发出一种双音频信号经Cs、R。送到MT8880的输入脚(1N端)。MT8880接收到该双音频信号并译码后,从D。D:引脚输出一组二进制码,代表一位数字或符号,由单片机读取并进行相应处理。当转换开关SW接向“2”位置时,由图可知,电话机的一端经SW触点、继电器J,的常闭触点a接至外线L:;另一端经SW触点接至外线L1,这种情况下,电话机可与普通电话一样正常使用。当发生警情时,单片机检测到传感器信号,从引脚P23及P20送出低电平,使三极管丁 1、T:饱和,于是继电器J:及J:吸合,Jl的动触点接向常开触点b,J:两触点闭合。可以看出,这时电话机与外线 L2的那根线路已断开,而外线L1经R,、J。触点接向变压器 B的一端,L2经J1、常开触点b接向变压器另一端,这时由于接入L1、L:两端的直流电阻(R7与线圈串联)较小,实现了模拟提机。单片机经MT8880的D。D,引脚向其数发送寄存器写入要发送的数字信息(以二进制数写入),则MT8880产生相应的DTMF信号并从TONE引脚输出,并经R14、C,、Rl到达三极管T。放大,放大后的DTMF信号从T,集电极送 到变压器 B,经 B耦合后DTMF信号可以到达外线Ll、L2。当轮到向下一个报警电话呼叫时,单片机会控制继电器 J2断开约1秒(Jl仍吸合以保持电话机断开)实现模捌挂机,以便“拨出第二个电话号码”。直至全部报警工作完成后,J1、J2才全部释放恢复原状。在报警过程中,单片机会启动一个语音电路,把事先录制的语音放出,经 C。、R15送入T,基极,放大后送到变压器B并耦合至外线 L1、L2。振铃检测电路是为使用异地电话对本报警装置进行操作而设置的,它由光耦合器LE:及若干阻容元件构成。当使用远程异地电话呼叫本装置时,电信局发来振铃信号,它有半个周期会使 LEl的二极管导通,于是其内部的光敏三极管导通,使三极管集电极电位变低;另半周LE的二极管反向截止,因此光敏三极管不导通,其集电极电位变高。这样,光耦的三极管集电极输出一串方波,送到单机的P3,2引脚检测。当检测到振铃次数(相当于振铃响声次数)达到预设的次数(一般设置为10声左右)时,单片机便控制继电器J1、J2吸合,实现模拟提机。这时远程的异地电话便可以在键盘上操作,该电话发出的 DTMF信号电信局及电话网送达 L1、L2线路,并经过变压器B的耦合以及C4、到达MT8880的输入端,经MT8880接收译码后的信号从D。D3引脚输出相应的二进制码,由单片机读取并进行相应处理。 第4章DTMF信号软件介绍4.1 DTMF信号检测的DSP软件设计DSP主程序流程图,如图4-1:图4-1 DSP主程序流程图配置DSP时钟为5倍频,因为内部晶振为20M,所以DSP的运行时钟为100M,DSP芯片配置为微处理器模式,McBSP0配置为自由运行模式允许,接收数据在CLKR的上升沿采样,接收字长度16位,每帧1个字,无数据延迟等。当每接收一帧数据,串口就触发一次中断,说明接收到一个采样点,当采样点等于205个时进行一次处理,把处理的结果存在一个寄存地址内,等待单片机通过DSP的HPI主机接口将数据读取后通过单片机的串口传送给PC,但DSP接收数据还在进行。4.2DTMF信号处理流程,如图4-2:图4-2 DTMF信号处理程序流程图DTMF信号处理时先是计算8个系数2cos(2*pi*k/N),k的值由2-15式计算得出,然后再计算8个频点的递归值为下步计算信号的频谱值做准备,程序段如下:for(i=0;i<8;i+)vi0=0;vi1=0;for(j=1;j<=205;j+) /迭代计算v(n)=coef*v(n-1)-v(n-2)+x(n) /v(-1)=v(-2)=0,x(n)为采样数据vi2=coefi*vi1-vi0+bufferj-1; /buffer为采样数据vi0=vi1;vi1=vi2;计算幅值平方程序段如下:ampi=vi1*vi1+vi0*vi0-coefi*vi1*vi0;然后判断得出的频谱幅度值是否大于经验门限值,然后再根据下面程序段判断最大行频和最大列频,如下:获得最大行频:temp=amp0; row_num=0;for(i=1;i<4;i+) if(ampi>temp temp=ampi; row_num=i; 获得最大列频:temp=amp0; col_num=4;for(i=5;i<8;i+) if(ampi>temp) temp=ampi; col_num=i; 然后再根据最大行、列频来判断对应的号码。4.2DTMF信号检测的单片机软件设计单片机主程序流程图,如图4-3:图6-3单片机主程序流程图初始化TLV320AIC23程序段为:void init_AIC23() write_AIC23(RESET,0);/初始化寄存器 write_AIC23(D_INTERFACE_ACT,0x001);/数字界面激活 write_AIC23(POWER_CON,0);/所有的功能的电源都打开,如器件电源、时钟、振荡器、输出、AD/DA、麦克输入 write_AIC23(SAMPLE_RATE,0x02e); /采样8.021k write_AIC23(L_LINE_VOLUME,0x0017);/0dB(不放大)非静音输入,左右声道音量和静音模式不同时修改 volume=100; write_AIC23(L_HEADPHONE_VOLUME,0x0180+volume);/耳机左右声道音量控制静音同时修改,音量100 write_AIC23(R_HEADPHONE_VOLUME,0x0180+volume); write_AIC23(A_AUDIO_PATH,0x811); /linein进入AD write_AIC23(D_AUDIO_PATH,0x11);/使能ADC高通滤波器,DAC软件静音 write_AIC23(D_AUDIO_INTERFACE,0x043)