基于單片機實現遠距離DTMF通訊設計

1、基于單片機實現遠距離dtmf通訊 數理與信息工程學院課 程 設 計題 目： 基于單片機實現遠距離dtmf通訊 目 錄 第1節(jié) 引 言11.1 概述11.2 設計任務21.3 系統(tǒng)主要功能2第2節(jié) 遠程通訊硬件設計32.1 系統(tǒng)的硬件構成及功能32.2 at89c2051單片機及其引腳說明42.3 實現dtmf信號原理5第3節(jié) 系統(tǒng)軟件設計6 3.1 系統(tǒng)主程序設計63.2 數據通信程序設計63.3 發(fā)送電路程序設計73.4 接收電路程序設計8第4節(jié) 系統(tǒng)調試與測試結果分析9 4.1 使用的儀器儀表94.2 系統(tǒng)調試94.3 測試結果分析94.4 系統(tǒng)誤差處理9第5節(jié) 結束語10參考文獻 10附

2、錄 1122第1節(jié) 引 言隨著計算機技術和電信業(yè)的發(fā)展，通過電話線進行的遠程通信越來越常見。人們通常采用modem進行通信，但是在通信數據量不大，對通信速率要求不高的應用場合，我們可以考慮一種dtmf通信方式，它具有接口簡單，成本低廉且可靠性高的特點。與相關軟件配合還可實現雙向呼叫通信，正確識別通話與通信等功能，可適用多種遠程通信場合，具有較好的推廣應用價值。dtmf（ dual tone multi-frequency ），即雙音多頻信號，是郵電業(yè)務的通信信令，它有很強的抗干擾能力，因此被廣泛用于遠距離通訊，如電話撥號通信中?；趩纹瑱C實現遠距離dtmf信號的方法可以有多種，如用d/a轉換器

3、實現（基于pwm），也可用集dtmf信號的收發(fā)功能于一體的mt8880芯片等等。1.1 概述 dtmf（ dual tone multi-frequency ）是用兩個特定的單音頻組合信號來代表數字信號以實現其功能的一種編碼技術。兩個單音頻的頻率不同，代表的數字或實現的功能也不同。這種電話機中通常有16個按鍵，其中有10個數字鍵09和6個功能鍵*、#、a、b、c、d。由于按照組合原理，一般應有8種不同的單音頻信號。因此可采用的頻率也有8種，故稱之為多頻，又因它采用從8種頻率中任意抽出2種進行組合來進行編碼，所以又稱之為“8中取2”的編碼技術。根據ccitt的建議，國際上采用的多種頻率為687h

4、z、770hz、852hz、941hz、1209hz、1336hz、1477hz和1633hz等8種。用這8種頻率可形成16種不同的組合，從而代表16種不同的數字或功能鍵，具體組合見表1。 表1 1.2 本設計任務雖然基于單片機實現dtmf遠程通訊的技術已相當成熟，但依然有尚可完善的地方，本設計的主要任務是基于更低成本實現dtmf遠程通訊。在實際應用中常用1 b的dm編碼來實現ad和da過程，其中ad過程可以在pc機上完成，用程序生成對應每一個 dtmf信號的dm編碼表，da過程在單片機上完成。1.3 系統(tǒng)主要功能dtmf （ dual tone multi-frequency ），在全世界范

5、圍內，逐漸使用在按鍵式電話機上，因其提供更高的撥號速率，迅速取代了傳統(tǒng)轉盤式電話機使用的撥號脈沖信令。近年來 dtmf 也應用在交互式控制中，諸如語言菜單、語言郵件、電話銀行等。這也是 dtmf 為手機使用添輝的所在。手機在 dtmf 的功能下，就能自動根據對方系統(tǒng)提示恢復數字或者符號，從而實現自動撥叫功能，這在如今的電話銀行、語音菜單、分機呼叫系統(tǒng)中使用尤其明顯，可見 dtmf 逐步在手機上的使用使得手機給我們帶來更多的便利和精彩。 第2節(jié) 遠程通信硬件設計2.1 系統(tǒng)的硬件構成及功能通信接口電路如圖1所示。話機與接口電路并聯(lián)，通過光耦輸出電平檢測用戶是否摘機。用戶摘機后通過line1，li

6、ne2直接收碼，降低了接口電路對撥號的影響。數據通信時mpu通過i/01控制繼電器斷開話機，同時i/04置高，電路模擬摘機，三極管組成恒流源維持摘機狀態(tài)。通信中斷開話機可減少干擾，恒流源設計可保證電路具有較小的直流阻抗（600),使電路具有較好的收發(fā)碼特性。line1，line2間接接入壓敏電阻或瞬態(tài)抑制二極管可達到抗雷擊保護作用。i/02，i/03輸出電平與相關軟件配合可實現脈沖撥號接收和反術信號檢測。圖1tf1 out pf1 gnd in timc vcc timrlm56710uf12in-201ufvcc34547kvcc20k20k01uf678電源部分：電源部分有二部分組成。一部

7、分是由220v的市電通過變壓、整流穩(wěn)壓來得到+5v電壓，維持系統(tǒng)的正常工作；另一部分是由3v的電池供電，以保證停電時正常走時。正常情況下電池是不提供電能的，以保證電池的壽命。 22 at89c2051單片機及其引腳說明at89c2051單片機是51系列單片機的一個成員，是8051單片機的簡化版。內部自帶2k字節(jié)可編程flash存儲器的低電壓、高性能coms八位微處理器，與intel mcs-51系列單片機的指令和輸出管腳相兼容。由于將多功能八位cpu和閃速存儲器結合在單個芯片中，因此，at89c2051構成的單片機系統(tǒng)是具有結構最簡單、造價最低廉、效率最高的微控制系統(tǒng)，省去了外部的ram、ro

8、m和接口器件，減少了硬件開銷，節(jié)省了成本，提高了系統(tǒng)的性價比。at89c2051是一個有20個引腳的芯片，引腳配置如圖2所示。與8051相比，at89c2051減少了兩個對外端口（即p0、p2口），使它最大可能地減少了對外引腳下，因而芯片尺寸有所減小。圖2 at89c2051引腳配置at89c2051芯片的20個引腳功能為：vcc 電源電壓。gnd 接地。rst 復位輸入。當rst變?yōu)楦唠娖讲⒈３?個機器周期時，所有i/o引腳復位至“1”。xtal1 反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。xtal2 來自反向振蕩放大器的輸出。p1口 8位雙向i/o口。引腳p1.2p1.7提供內部上拉，

9、當作為輸入并被外部下拉為低電平時，它們將輸出電流，這是因內部上拉的緣故。p1.0和p1.1需要外部上拉，可用作片內精確模擬比較器的正向輸入（ain0）和反向輸入（ain1），p1口輸出緩沖器能接收20ma電流，并能直接驅動led顯示器；p1口引腳寫入“1” 后，可用作輸入。在閃速編程與編程校驗期間，p1口也可接收編碼數據。p3口 引腳p3.0p3.5與p3.7為7個帶內部上拉的雙向i/0引腳。p3.6在內部已與片內比較器輸出相連，不能作為通用i/o引腳訪問。p3口的輸出緩沖器能接收20ma的灌電流；p3口寫入“1”后，內部上拉，可用輸入。p3口也可用作特殊功能口，其功能見表1。p3口同時也可為

10、閃速存儲器編程和編程校驗接收控制信號。23 實現dtmf信號原理因為了系統(tǒng)主要目的是為了降低成本，所以系統(tǒng)中沒有采用現成的d/a芯片，而是自行設計了一新穎的型電阻網絡d/a轉換器和濾波網絡。如圖2所示。該d/a轉換器的新穎之處在于其電阻網絡。由于其基本單元（1位二進制）的電阻網絡很像一個的形狀，幫稱型。眾所周知，通常的位權電阻d/a網絡，雖然電路簡潔，只用了9個電阻，但最高位與最低位電阻阻值相差128倍，很難從系列電阻中選取，幫精度較差。典型的r-2r t 型d/a電阻網絡，雖然電阻選取方便，精度較高，但需要18只電阻。現作者參考多方面資料給出的d/a電阻網絡，集權電阻d/a網絡電路簡潔和t型

11、d/a電阻網絡電阻選取方便，精度高之優(yōu)點于一身，理論推算和實驗均驗證了該電路的合理性。當圖2中的電阻r=10k時，不難求得其輸出電壓的交流分量表達式：式中的vout為d0位至d7位輸出高電平時的電壓值。圖3中的r1，r2，c1，c2和運放組成你通平滑濾波網絡，參數的選取應使該網絡具有最佳的阻率和最平坦響應的butterworth濾波特性。由圖可求是其傳遞函數為：圖3 第3節(jié) 系統(tǒng)的軟件設計本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)主要可分為主程序、定時計數中斷程序、基于pwm實現dtmf信號程序等。在程序設計過程中，加強了部分軟件抗干擾措施，下面對部分模塊作介紹。程序功能如下： l 通信中斷開話要可減少干擾，提高通信可

12、靠性。l 摘機后不能即撥號，要延時或檢測到撥號音后再撥號。l 通信中不允許無限等待，可限時接收，超時應退出通信。l 判斷是用戶呼出摘機還是外線呼入用戶接聽摘機。l 判斷是主機呼入還是他人呼入。l 判斷是用戶正常撥號還是用戶完成功能設置。l 具有振鈴檢測和自動摘機功能。振鈴4次無人接聽電路即自動摘機。31 系統(tǒng)主程序設計退出通信斷開話機 電路摘機延時待撥號音撥叫主機號碼進入通信程序是否收到應答？等待時間到否？通信開始電路掛機，接上話機 圖4 系統(tǒng)流程圖32 數據通信程序設計程序功能如下：l 采用固定格式報文方式，方便接收。l 采用固定字節(jié)接收方式和簡單異或校驗方式即可實現可靠通信。l 出錯重發(fā)一

13、次可提高通信成功率。從機發(fā)送通信發(fā)送報文數據發(fā)送校驗碼接收應答？時間到？置重發(fā)標志已重發(fā)退出通信重發(fā)請求？通信完成退出通信 圖5 數據通信程序框圖33 發(fā)送電路程序設計發(fā)送數據時，數據總線上d0d3四位二進制碼被鎖存在發(fā)送數據寄存器中，發(fā)送的dtmf信號頻率由358 mhz的晶振分頻產生。分頻器首先從基準頻率分離出8個不同頻率的正弦波，行列計數器根據發(fā)送數據寄存器中的數據，以八取二方式分離出一個高頻信號和一個低頻信號，經開關電容做da轉換，在加法器中合成dtmf信號，并從tone端輸出。程序框圖如圖6所示。開始發(fā)送 圖6 發(fā)送程序流程圖50ms延時相應數據初始化 串口初始化 r1=1？ 接收數

14、據 r1清“0”n y 34 接收電路程序設計接收數據時，dtmf信號經由in和in輸入，經過運算放大濾除信號中的撥號音頻率，然后發(fā)送到雙音頻濾波器，分離出低頻組和高頻組信號，通過數字計數的方式檢出dtmf信號的頻率，并且通過譯碼器譯成4位二進制碼。4位二進制編碼被鎖存在接收數據寄存器中，此時狀態(tài)寄存器中的延時控制識別位復位，狀態(tài)寄存器中的接收數據寄存器滿標識位置位，對外而言，當寄存器中的延時控制識別位復位時，irqcp由高電平變?yōu)榈碗娖健Ｈ绻胕rqcp作為單片機的中斷信號，irql由高電平變?yōu)榈碗娖?，向cpu發(fā)出中斷請求，當cpu響應中斷，讀出寄存器中的數據后，irq返回高電 平。程序流程

15、圖如圖7所示。開始接收 相應數據初始化 串口初始化 n p1.2=1？y 接收數據 n t1=1？y 發(fā)送數據 t1清“0”圖7 接收程序流程圖第4節(jié) 系統(tǒng)調試與測試結果分析軟硬件結合后，本系統(tǒng)也大致完成了，但還有一個重要的環(huán)節(jié)那就是調試和測試。4.1 使用的儀器儀表 數字萬用表dt9203單片機仿真器wave6000燒寫器 gf2100雙蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源dh1718e-5數字示波器 tds10024.2 系統(tǒng)調試根據系統(tǒng)設計方案，本系統(tǒng)的調試共分為三大部分：硬件調試，軟件調試和軟硬件聯(lián)調。由于在系統(tǒng)設計中采用模塊設計法，所以方便對各電路模塊功能進行逐級測試等，最后將各模塊組合后進行整體測試。4

16、.3 測試結果分析采用簡單校驗手段，發(fā)現dtmf通信中容易出現漏碼，而重碼、誤碼較少出現，所以采用固定字節(jié)接收方式和簡單異或校驗方式即可實現可靠通信。4.4 系統(tǒng)誤差處理在dtmf雙音多頻通訊中，解芯片對dtmf信號的誤差并不敏感，因此d/a轉換的量化誤差可以忽略。另外，dtmf信號的數據都是專家經過一系列復雜的，嚴密的計算而得，所以，這方面即使存在誤差也不好消除。我們可以做的是增加采樣數據。結 束 語本系統(tǒng)軟硬件實現技術具有接口電路簡單、可靠性高、成本低、靈活性強等優(yōu)點。適用于數據通信量不大，速率要求不高的遠程通信場合。可應用于遠程分布式數據采集系統(tǒng)、家用自動防盜報警裝置、遠程室內監(jiān)控系統(tǒng)以

17、及公話集中管理系統(tǒng)等。 通過本次課程設計的制作，我對dtmf技術有了更深刻的體會，進而對單片機也產生了更濃厚的興趣。以前做實驗時，有些東西不是特明白，通過這次的學習，我收獲很多，我了解了dtmf技術的先進性，實用性，從而也明白學好單片機的重要性。由此也終于體會到老師的苦心了。我相信很多人還不知道dtmf是 dual tone multi-frequency 的縮小，至少我知道了?，F在dtmf技術很流行，也很實用，正如在前面提到過的，除了取代傳統(tǒng)轉盤式電話機使用的撥號脈沖信令，也應用在交互式控制中，諸如語言菜單、語言郵件、電話銀行等。我明白自己現在對dtmf的了解還只是皮毛，不過，我會沿著這個興

18、趣，在以后繼續(xù)關注它的發(fā)展，并不斷學習和掌握它。同時通過此次課程設計的制作，讓我知道自學的重要性，以及它帶來的樂趣。也正是這次的制作，讓我對單片機更加“另眼相看”，原來單片機真的用途很廣，作用好大，我要學的東西很多，從而也增加我對單片機學習的興趣。參考文獻1 張鑫 華臻 陳書謙，單片機原理及應用m，北京：電子工業(yè)出版社，2005.82 李朝青，pc機與單片機dsp數據通信技術選編2m，北京：北航出版社，20033 龔冬梅基于dtmf信號方式的數據傳輸接口軟件設計j電腦開發(fā)與應用，2003，16（6）：17附錄部分源程序代碼org0000hmain: movr0,#00hmovr5,#0ffhl

19、oop: mova,r0movdptr,#tabhmova,a+dptrmovdptr,#7fffhmovxdptr,aincr0djnzr5,loopajmpmaintab: db 80h,83h,86h,89h 產生正弦波程序db 8dh,90h,93h,96hdb 99h,9ch,9fh,a2hdb a5h,a8h,abh,aehdb b1h,b4h,b7h,bahdb bch,bfh,c2h,c5hdb c7h,cah,cch,cfhdb d1h,d4h,d6h,d8hdb dah,ddh,dfh,e1hdb e3h,e5h,e7h,e9hdb eah,ech,eeh,efhdb f1

20、h,f2h,f4h,f5hdb f6h,f7h,f8h,f9hdb fah,fbh,fch,fdhdb fdh,feh,ffh,ffhdb ffh,ffh,ffh,ffhdb ffh,ffh,ffh,ffhdb ffh,ffh,feh,fehdb fdh,fch,fbh,fahdb f9h,f8h,f7h,f6hdb f5h,f4h,f2h,f1hdb efh,eeh,ech,eahdb e9h,e7h,e5h,e3hdb e1h,deh,ddh,dahdb d8h,d6h,d4h,d1hdb cfh,cch,cah,c7hdb c5h,c2h,bfh,bchdb bah,b7h,b4h,b1

21、hdb aeh,abh,a8h,a5hdb a2h,9fh,9ch,99hdb 96h,93h,90h,8dhdb 89h,86h,83h,80hdb 80h,7ch,79h,76hdb 72h,6fh,6ch,69hdb 66h,63h,60h,5dhdb 5ah,57h,55h,51hdb 4eh,4ch,48h,45hdb 43h,40h,3dh,3ahdb 38h,35h,33h,30hdb 2eh,2bh,29h,27hdb 25h,22h,20h,1ehdb 1ch.1ah,18h,16hdb 15h,13h,11h,10hdb 0eh,0dh,0bh,0ahdb 09h,08h,

22、07h,06hdb 05h,04h,03h,02hdb 02h,01h,00h,00hdb 00h,00h,00h,00hdb 00h,00h,00h,00hdb 00h,00h,01h,02hdb 02h,03h,04h,05hdb 06h,07h,08h,09hdb 0ah,0bh,0dh,0ehdb 10h,11h,13h,15hdb 16h.18h,1ah,1chdb 1eh,20h,22h,25hdb 27h,29h,2bh,2ehdb 30h,33h,35h,38hdb 3ah,3dh,40h,43hdb 45h,48h,4ch,4ehdb 51h,55h,57h,5ahdb 5d

23、h,60h,63h,66hdb 69h,6ch,6fh,72hdb 76h,79h,7ch,80hend；產生dtmf信號 org 0000h ljmp startstart:mov r0,#30hmov r1,#3bhmov r2,#00hloop1:cjne r0,#3bh,loop2mov r0,#30hloop2:mov a,r0add a,r1mov dptr,#7fffhmovx dptr,alcall delayinc r0inc r1cjne r1,#42h,loop1inc r2mov r1,#3bhcjne r2,#122,loop1ljmp startdelay:mov r7,#58loop:djnz r7,loopretdb 47h,6dh,88h,8dhdb 7dh,5bh,33h,11hdb 07h,06h,20h,38hdb 63h,6fh,50h,20hdb 01h,0ch,00hend；發(fā)送程序