DTMF無線遙控系統(tǒng)設(shè)計

1、11武漢理工大學(xué)學(xué)科基礎(chǔ)課設(shè)課程設(shè)計報告書 課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目: DTMF無線遙控系統(tǒng)設(shè)計 初始條件：理論方面電路分析基礎(chǔ)、模擬電子、高頻電子線路等專業(yè)知識設(shè)備方面示波器、萬用表、信號發(fā)生器、烙鐵焊錫等軟件方面matlab仿真平臺場地方面鑒主13樓通信實驗室4要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1. 理論設(shè)計與分析，包括理論的推導(dǎo)和計算過程。2. 制作相應(yīng)的電路實物或者編制仿真程序，并與理論結(jié)果對比，最后得出結(jié)論。3. 完成課程設(shè)計報告，要有必要的公式、文字和圖表說明。要有測試結(jié)果或者仿真結(jié)果。時間

2、安排：本課程設(shè)計自任務(wù)書發(fā)布之日開始，分散進(jìn)行，答辯時間統(tǒng)一。 目 錄摘 要IAbstractII1設(shè)計題目及設(shè)計要求11.1設(shè)計題目11.2設(shè)計要求12 DTMF簡介22.1 DTMF定義22.2 DTMF編解碼器23 DTMF遙控原理與電路結(jié)構(gòu)33.1 發(fā)射器原理33.2 接收器原理54元器件清單105 總結(jié)116參考文獻(xiàn)12 I摘 要DTMF（Dual Tone Multi-frequency）即雙音多頻，最先應(yīng)用于撥號系統(tǒng)。雙音多頻的撥號鍵盤是4×4的矩陣，每一行代表一個低頻，每一列代表一個高頻。每按一個鍵就發(fā)送一個高頻和低頻的正弦信號組合。本次課程設(shè)計是基于專用編碼芯片UM

3、95087和專用解碼芯片MT8870的DTMF遙控器的設(shè)計和制作。關(guān)鍵詞：DTMF，4×4鍵盤，編碼芯片UM95087，解碼芯片MT8870AbstractDTMF (Dual Tone Multi-frequency) first was applied to dial-up system. Dual tone multi-frequency dial-up keyboard is 4 × 4 matrix. Each row represents a low-frequency, while each column represents a high frequency

4、.When any button is pressed,it sends a signal constitute of a high-frequency signal and low frequency signal. This article is based on the specific encoding chips UM95087 and decoder chip MT8870 to design and produce a dedicated DTMF remote control system.Keywords: DTMF, 4 × 4 keyboard, encodin

5、g chips UM95087 decoder chip MT88701設(shè)計題目及設(shè)計要求1.1設(shè)計題目DTMF無線遙控系統(tǒng)設(shè)計1.2設(shè)計要求設(shè)計一雙音多頻無線遙控系統(tǒng)（1）選用DTMF編碼器芯片構(gòu)成一DTMF發(fā)射編碼器，具有09，AF 16個按鍵；（2）選用DTMF譯碼器芯片構(gòu)成一DTMF接收譯碼器，應(yīng)具有二進(jìn)制四位數(shù)據(jù)輸出；(3) 采用紅外電路構(gòu)成無線DTMF遙控系統(tǒng)；2 DTMF簡介2.1 DTMF定義DTMF（Dual Tone Multi-frequency）即雙音多頻，最先應(yīng)用于撥號系統(tǒng)。由高頻群和低頻群組成，高低頻群各包含4個頻率。一個高頻信號和一個低頻信號疊加組成一個組合信號，

6、代表一個數(shù)字【1】。DTMF信令有16個編碼。雙音多頻信號（DTMF），電話系統(tǒng)中電話機(jī)與交換機(jī)之間的一種用戶信令，通常用于發(fā)送被叫號碼。雙音多頻的撥號鍵盤是4×4的矩陣，每一行代表一個低頻，每一列代表一個高頻。每按一個鍵就發(fā)送一個高頻和低頻的正弦信號組合，比如'1'相當(dāng)于697和1209赫茲(Hz)。交換機(jī)可以解碼這些頻率組合并確定所對應(yīng)的按鍵。2.2 DTMF編解碼器DTMF編解碼器在編碼時將擊鍵或數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成雙音信號并發(fā)送，解碼時在收到的DTMF信號中檢測擊鍵或數(shù)字信息的存在性。一個DTMF信號由兩個頻率的音頻信號疊加構(gòu)成。這兩個音頻信號的頻率來自兩組預(yù)分配的

7、頻率組：行頻組或列頻組。每一對這樣的音頻信號唯一表示一個數(shù)字或符號。由于按照組合原理，一般應(yīng)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，又因它采用分別從高低頻中任意抽出1種進(jìn)行組合來進(jìn)行編碼，所以又稱之為“8中取2”的編碼技術(shù)。根據(jù)CCITT的建議，國際上采用的多種頻率為697Hz、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(shù)字或功能鍵【2】?，F(xiàn)在已經(jīng)有了各種專用的DTMF發(fā)生與解調(diào)電路，功能上略有不同但原理上基本一致。DTMF作為一種頻分制電路用在遙控電路中具有

8、電路簡單、應(yīng)用方便、性能可靠等優(yōu)點。3 DTMF遙控原理與電路結(jié)構(gòu)3.1 發(fā)射器原理DTMF遙控系統(tǒng)一般由發(fā)射器和接收器兩部分組成，發(fā)射器可采用S2559芯片構(gòu)成的電路。它主要由時鐘電路、鍵盤輸入邏輯控制電路、可編程分頻器、D/A轉(zhuǎn)換電路等幾部分構(gòu)成，將輸入端選用4×4導(dǎo)電橡膠鍵盤，輸出端的DTMFOUT信號通過紅外發(fā)射器件發(fā)射即構(gòu)成了發(fā)射器【3】。紅外發(fā)射驅(qū)動調(diào)制指令信號產(chǎn)生指令鍵（a）發(fā)射器框圖（b）發(fā)射器基本構(gòu)成圖1 發(fā)射器框圖及基本構(gòu)成一個DTMF信號由兩個頻率的音頻信號疊加構(gòu)成。這兩個音頻信號的頻率來自兩組預(yù)分配的頻率組：行頻組或列頻組。每一對這樣的音頻信號唯一表示一個數(shù)字

9、或符號。4×4鍵盤按鍵與高低頻的組合頻率如表1所示，例如'#'就是低頻組的941Hz和高頻組的1477Hz組合表示的?？捎孟率奖硎尽?】，式中兩項分別表示低、高音群的值，Ab和Aa分別表示低音群和高音群的樣值量化基線，而且兩者幅值比為K=Ab /Aa (0.7<K<0.9)。同時規(guī)定，對應(yīng)于表1中的標(biāo)稱頻率在發(fā)送時，DTMF信號的頻率偏差不應(yīng)當(dāng)超過1.5，每位數(shù)字的信號極限時長應(yīng)該大于40ms，而接收設(shè)備對2的偏差應(yīng)能可靠地接收，對30ms40ms時長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,從高低兩個音組中各取一個音頻

10、復(fù)合而成來代表0 - 9 十個號碼和其他功能碼,再加上這8 個音頻信號的各頻率間不存在諧波關(guān)系,大大減少了虛假信號的干擾,因而DTMF 信號工作可靠性特別是抗干擾能力很強(qiáng)【5】。fLfH1209133614771633679123A770456B852789C941*0#D表1 頻率組合關(guān)系圖 UM95087的管腳分布如圖2。圖2 UM95087管腳排列發(fā)送器整體電路如圖3，UM95087的C1 C4為四個fH信號，R1 R4為四個fL 信號接入UM95087的鍵盤輸入控制邏輯電路，OSC0 、OSC1外接石英晶體振蕩器并連接到UM95087內(nèi)部的時鐘電路上，S2559的10腳（MUTE）和2

11、腳（XMIT）為靜音輸出，當(dāng)任一鍵輸入時MUTE將變?yōu)楦唠娖剑o輸入時為低電平），而XMIT和MUTE輸出相反，因此可以利用2腳為驅(qū)動三極管VT提供偏置，并接入隔直電容C1防止對輸出DTMF信號的影響，15腳（MDSL/CD）接地，提高發(fā)射DTMF信號的可靠性。UM95087其引腳主要功能如下:引腳 主要功能 引腳 主要功能 1 正電源電壓 9 鍵盤輸入 2 開關(guān)輸出 10 靜音輸出端 3 鍵盤輸入 11 鍵盤輸入 4 鍵盤輸入 12 鍵盤輸入 5 鍵盤輸入 13 鍵盤輸入 6 負(fù)電源電壓 14 鍵盤輸入 7 振蕩器輸入 5 單音抑制輸入端 8 振蕩器輸出 16 雙音頻信號輸出 圖3 發(fā)射器整

12、體電路圖3.2 接收器原理DTMF信號接收器又稱為DTMF解碼器，它的功能是把DTMF信號變換為二進(jìn)制數(shù)字信號，利用這些數(shù)字信號借助邏輯電路進(jìn)行控制。DTMF接收電路在接收到DTMF信號后進(jìn)行雙音頻選頻，再進(jìn)行指令解調(diào)。解調(diào)后將輸出09以及#、*和A、B、C、D十六個狀態(tài)的四位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。MT8870是DTMF專用解碼芯片，具有外圍支持元件少、功耗低、工作可靠等優(yōu)點【6】。前置放大解調(diào)指令檢出記憶與驅(qū)動執(zhí)行紅外接收（a）接收器框圖（b）接收器基本構(gòu)成圖4 接收器框圖及基本構(gòu)成MT8870的管腳分布如圖5。圖5 MT8870管腳排列 圖6.MT8870內(nèi)部原理圖用戶音頻電路電話機(jī)發(fā)出的雙音多頻（

13、DTMF）信號通過電容（0.1F）及電阻（100k）耦合到芯片的第2腳，2腳是芯片內(nèi)部運(yùn)算放大器的反向輸入端，3腳是運(yùn)放的輸出端，輸入輸出之間接一個100k的比例放大電阻。芯片的11腳至14腳是DTMF信號的二進(jìn)制代碼的輸出數(shù)據(jù)通道。它們與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連。芯片的18腳接電源+5V，16、17腳與18腳之間所接的電阻（100k）及電容（0.1F）是識別DTMF信號時所需的時間常數(shù)電路。5、6、9腳接地，1腳與4腳相連，7、8腳之間接一個3.5795MHz的晶振，分頻產(chǎn)生芯片內(nèi)部所需的DTMF信號雙音對中的各單音比較信號，芯片的15腳是DTMF信號檢測輸出，當(dāng)芯片接收到雙音多頻信號時，15腳

14、輸出高電平，15腳通過反相器接到單片機(jī)的外部中斷0引腳，平時15腳為低電平。芯片的10腳為數(shù)據(jù)允許輸出端，允許芯片接收到的DTMF二進(jìn)制代碼從1114腳輸出，高電平有效。平時10腳保持低電平，1114腳為高阻態(tài)。它接收了DTMF 信號后，內(nèi)部將信號分成高頻帶和低頻帶，并將此信號送至數(shù)字譯碼器 。輸出與接收對應(yīng)情況：Digit TOE INH ESt Q4 Q3 Q2 Q1ANY L X H Z Z Z Z1 H X H 0 0 0 12 H X H 0 0 1 03 H X H 0 0 1 14 H X H 0 1 0 05 H X H 0 1 0 16 H X H 0 1 1 07 H X

15、H 0 1 1 18 H X H 1 0 0 09 H X H 1 0 0 10 H X H 1 0 1 0* H X H 1 0 1 1# H X H 1 1 0 0A H L H 1 1 0 1B H L H 1 1 1 0C H L H 1 1 1 1D H L H 0 0 0 074hc154引腳圖： 圖7.74hc1541-11,13-17：輸出端12：Gnd電源地 （ground (0 V)）18-19：使能輸入端、低電平有效 (enable inputs (active LOW)20-23：地址輸入端 (address inputs)24：VCC電源正 (positive sup

16、ply voltage) 圖8.74HD154真值表 圖9.接收電路圖4元器件清單序號名稱型號數(shù)量1芯片MT88701UM95087174HC15412電阻23電容114發(fā)光二極管165石英晶振26USB接口5V17紅外發(fā)光二極管SE30328紅外接收二極管NET11419按鍵開關(guān)165 總結(jié)通過這次課程設(shè)計，我對高頻電路的實際應(yīng)用有了一次切身體會。學(xué)會用高頻相關(guān)課程的專業(yè)知識來分析和解決問題。在這次課程設(shè)計中中，我掌握了DTMF多音雙頻開關(guān)的原理，并能利用專用芯片設(shè)計出合理的實用電路系統(tǒng)。這次課設(shè)的難點在于仿真的進(jìn)行，通過查閱資料后找到初定的電路圖，對電路進(jìn)行仿真時在各種相關(guān)的軟件找不到對應(yīng)的芯片，然后想通過查找芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，直接進(jìn)行基礎(chǔ)元件來構(gòu)造，但很可惜的是，在短時間內(nèi)，沒有渠道獲得芯片的資料和基礎(chǔ)功能實現(xiàn)的構(gòu)建。只能直接開始做實物，接著去電子市場買元器件進(jìn)行實物焊接，然而想不到的是，也沒用這種專業(yè)芯片可以購買，需要一定時間進(jìn)行訂單預(yù)購。只能通過功能相同的其他芯片進(jìn)行替代。再次根據(jù)買到的芯片設(shè)計電路圖，進(jìn)行焊接。這次課程設(shè)計中我還是學(xué)到了很多東西。從開始到結(jié)束，從課設(shè)的要求開始，到原理的理解，到仿真的構(gòu)建，以及過程中不斷重復(fù)的查找資料，后面與實驗室老師的溝通，以及電子市場詢問和購買的經(jīng)歷，都讓我明白了許多，與同學(xué)、老師的溝通，以及