DTMF信号的产生与检测实验报告

1 设计任务书 双

音多频

DTMF

（Dual

Tone

Multi

Freque

ncy ）信

号是在

按键式

电话机

上得到

广泛应

用的音

频拨号信令，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分别来自两组预定义的频率组：行频组和列频组。每组分别包括4个频率，据CCITT 的建议，国际上采用的这些频率为697Hz 、770Hz 、852Hz 、941Hz 、1209Hz 、1336Hz 、1477Hz 和1633Hz 等8种。在每组频率中分别抽出一个频率进行组合就可以组成16种DTMF 编码，从而代表16种不同的数字或功能键，分别记作0~9、*、#、A 、B 、C 、D 。如下图所示。

DSP 课程设计实验报告 DTMF 信号的产生与检测 指导老师： 申艳老师 时 间： 2014年7月18日

图1-1 双音多频信号编码示意图

要用DSP产生DTMF信号，只要产生两个正弦波叠加在一起即可；DTMF检测时采用改进的Goertzel算法，从频域搜索两个正弦波的存在。

1.1 实验目的

掌握DTMF信号的产生和检测的DSP设计可使学生更加透彻的理解和应用奈奎斯特采样定理，与实际应用相结合，提高学生系统地思考问题和解决实际问题的能力。通过对DSP 信号处理器及D/A和A/D转换器的编程，可以培养学生C语言编程能力以及使用DSP硬件平台实现数字信号处理算法的能力。

1.2 技术指标及设计要求

1.2.1 基本部分

1)使用C语言编写DSP下DTMF信号的产生程序，要求循环产生0~9、*、#、A、B、C、D

对应的DTMF信号，并且符合CCITT对DTMF信号规定的指标。

2)使用C语言编写DSP下DTMF信号的检测程序，检测到的DTMF编码在CCS调试窗口中显

示，要求既不能漏检，也不能重复检出。

3)DTMF信号的发送与接收分别使用不同的实验板完成。

1.2.2 发挥部分

1)使用一个DSP工程同时实现DTMF信号的发送和检测功能。

2)改进DTMF信号的规定指标，使每秒内可传送的DTMF编码加倍。

3)发送的DTMF 信号的幅度在一定范围内可调，此时仍能完成DTMF 信号的正常检测。

1.3 方案完成情况

在实现基本要求的基础上，我们又完成了发挥部分的全部要求：能够实现在一个DSP 实验箱上同时实现自发自收，基本能实现无差错传输。通过改变处理信号的点数N 的数值实现了DTMF 信号编码加倍，能够在一秒内传送够多的数据。通过gel 添加滑动条的方法实现输入信号幅度可调，并实现判决门限的自适应处理，能随着幅度的变化自动调整门限的值，进而了判决传输信号的正确性。

2 设计内容

2.1 DTMF 信号的的定义

双音多频(DTMF)信号是由两个不同频率的信号叠加而成,设V(t)为DTMF 信号、()t V H 和()t V L 分别为构成V(t)的两个信号,则它们应满足关系式(1)。

V(t)= ()t V H +()t V L (1)

根据CCITT 建议,国际上采用697Hz 、770Hz 、852Hz 、941Hz 、1209Hz 、1336Hz 、1477Hz 、1633Hz8个频率,并将其分成两个群,即低频群和高频群。从低频群和高频群中任意抽出一个频率进行叠加组合,具有16种组合形式,让其代表数字和功率,如表3-1所列,则有关系式

(2)。

V(t)=Asin H ωt+Bsin L ωt (2)

其中Asin H ωt 为低频群的值,Bsin L ωt 为高频组的值,A 、B 分别为低频群和高频群样值的量化基线，具体见表2-1。

表2-1 DTMF频率及其对应的键值

2.2 DTMF信号生成方法

2.2.1 利用math.h采用数学方法产生DTMF信号

buffer[k]= sin(2*pi*k *f0/fs)+ sin(2*pi*k *f1/fs) （式2-1）f0为行频频率，f1为列频频率，fs为8000采样频率，k为对信号的采样。

2.2.2 利用两个二阶数字正弦波振荡器产生DTMF信号（本课程设计实际采用方

法）

DTMF 编码器基于两个二阶数字正弦波振荡器，一个用于产生行频，一个用于产生列频。向DSP装入相应的系数和初始条件，就可以只用两个振荡器产生所需的八个音频信号。典型的DTMF信号频率范围是700～1700Hz，选取8000Hz 作为采样频率，即可满足Nyquist

条件。由数字振荡器对的框图，可以得到该二阶系统函数的差分方程

（式2-2）其中a1=-2cosω0，a2=1，ω0=2πf0 /fs，fs为采样频率，f0 为输出正弦波的频率，A 为

。CCITT 对DTMF 信号规定的指输出正弦波的幅度。该式初值为y(-1)=0，y(-2)=-Asinω

标是，传送/ 接收率为每秒10个数字，即每个数字100ms。代表数字的音频信号必须持续至少45ms，但不超过55ms。100ms 内其他时间为静音，以便区别连续的两个按键信号。编程的流程如图1所示，由CCITT 的规定，数字之间必须有适当长度的静音，因此编码器有两个任务，其一是音频信号任务，产生双音样本，其二是静音任务，产生静音样本。每个任务结束后，启动下一个任务前（音频信号任务或静音任务），都必须复位决定其持续时间的定时器变量。在静音任务结束后，DSP 从数字缓存中调出下一个数字, 判决该数字信号所对应的行频和列频信号，并根据不同频率确定其初始化参数a1=-2cosω0 与

y(-2)=-Asinω0。该流程图可采用C 语言实现，双音信号的产生则由54x汇编代码实现。整个程序作为C 5 4 x 的多通道缓冲串口（McBsp）的发射串口中断服务子程序，由外部送入的16000Hz串口时钟触发中断，可实时处理并通过D / A 转换器输出DTMF 信令信号。

图2-1 DTMF编码流程

2.3 DTMF信号的检测方法

DTMF信号的检测方法可以有多种。主要分为从信号时间域处理和从信号频率域处理两大类。

前一种方法包括：过零点位置检测法、信号峰值位置检测法、过零点位置及信号幅值检测法。其特点是实现简单，可以通过MT8880等芯片加上外围电路实现，易于集成化。缺