双音多频检测模块的设计说明

第1章绪论

双音多频DTMF（Dual Tone Multi-Frequency）信令，就是用两个频率——行频和列频来表示机键盘上的一个数字。双音多频信号是音频中的拨号信号，由美国AT&T贝尔公司实验室研制，并用于网络中。这种信号制式具有很高的拨号速度，且容易自动监测识别，很快就代替了原有的用脉冲计数方式的拨号制式。逐渐在全世界围使用在按键式机上，这种双音多频信号制式不仅用在网络中，还可以用于传输十进制数据的其它通信系统中，用于电子和银行系统中。这些系统中用户可以用发送DTMF信号选择语音菜单进行操作。作为实现快速可靠传输的一种技术，它具有很强的抗干扰能力和较高的传输速度，因此，可广泛用于通信系统中。但绝大部分是用作的音频拨号。另外，它也可以在数据通信系统中广泛地用来实现各种数据流和语音等信息的远程传输。近年来DTMF也应用在交互式控制中，诸如语言菜单、语言、银行和ATM 终端等。通过软件产生与检测DTMF 信令，是一项较有价值的工程应用。这是一种技术，就是机上的一个按键按下去时，机向交换机同时发送两个频率的信号，告诉交换机按的是哪个按键，以前采用脉冲方式，速度慢，一共有8个频率的音频信号，分为2组，每组4个，两两组合共可以代表16个按键，分别代表0-9 、#、*等按键。

第2章双音多频（DTMF）信号的设计

2.1设计目的及意义

双音多频信号（DTMF）是系统中机与交换机之间的一种用户信令，通常用于发送被叫。双音多频信号是贝尔实验室发明的，其目的是为了自动完成长途呼叫。

拨号有两种，脉冲和音频，所谓音频也称双音多频（DTMF）信号的拨号方式，双音多频既是拨号时每按一个键，有两个音频频率叠加成一个双音频信号，十二个按键由七个音频频率区分。在使用双音多频信号之前，系统中使用一连串的断续脉冲来传送被叫，称为脉冲拨号。脉冲拨号需要电信局中的操作员手工完成长途接续。双音多频的拨号键盘是4×4的矩阵，每一行代表一个低频，每一列代表一个高频。每按一个键就发送一个高频和低频的正弦信号组合，比如'1'相当于697和1209赫兹(Hz)。交换机可以解码这些频率组合并确定所对应的按键。本次课设的目的就是通过学习和掌握现代交换原理的基础上，设计一个双音多频检测模块并对电路进行仿真，综合应用所学知识，进行一次比较全面的训练，为今后的学习和工作积累经验。

此外，该题目还涵盖了《通信原理》、《电路分析》、《交换原理》等主要课程的知识点，学生通过该题目的设计过程，可以初步掌握DTMF编/解码技术原理和相关电路设计、开发原理，得到系统的训练，提高解决实际问题的能力。

2.2双音多频（DTMF）信号的组成

双音多频信号作为实现快速可靠传输的一种技术，它具有很强的抗干扰能力和较高的传输速度，因此，广泛应用于通信系统中。近年来，双音多频信号也应用在交互式控制中，如在语言控制、语言、银行和ATM 终端等的应用。

音频拨号当人们按下某一个按键时，会产生一组特定的双音信号，称为双音多频信号，交换机会对该信号进行处理，根据两个单音频率来识别所按下的。将拨号盘上的数字0～9 和两个标有“*”和“#”的特殊按钮进行频率分配，如图所示。包括两个频率低频段包括的频率是697Hz，770Hz，852Hz 和941Hz，称为行频。高频段含的频率 1209Hz，1336Hz，1477Hz，1633Hz，称为列频，它们可频率分配构成16 种频率组合，每一种组合由一对正弦频率信号唯一确定。其中第四列1633Hz 对应的按键目前并没有使用，留待将来扩展使用。

双频拨号的频率分配

1209Hz 1336Hz 1477Hz 1633Hz

列

行

697Hz 1 2 3 A

770Hz 4 5 6 B

852Hz 7 8 9 C

941Hz * 0 # D

2.3DTMF信号的应用

DTMF 信号即双音多频信号,最先用于程控交换系统来代替号盘脉冲信号。如图1：

主叫用户摘机按键拨号后，所对应的DTMF信号通过线传到程控交换机中的DTMF接受电路，交换机中的微机识别被叫后，接通主被叫用户实现双方通话。

DTMF信号还用于自动控制系统，如果把DTMF的发送电路用于主控系统，接受电路用于被控系统，就可以方便地组成有线或无线通信系统，如图2所示，其通道数视需要而定，16通道以每通道只需编一位即可，若需要更多通道，则可象编号一样编为两位或两位以上的。

2.4仿真软件介绍

PROTEL软件概述

PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国开始使用，在国的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。

早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M存下就能运行，但它的功能也较少，只有电原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到PROTEL99（网络上可下载到它的测试板），是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层

印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server （客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL 等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100％布通率。在国PROTEL 软件较易买到，有关PROTEL软件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。想更多地了解PROTEL的软件功能或者下载PROTEL99的试用版，可以在INTERNET上。

MATLAB软件概述

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++ ，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。