DTMF信号的产生与检测-实验报告

DSP课程设计实验报告DTMF信号的产生与检测
指导老师：
时间：
1 设计任务书
双音多频DTMF（Dual Tone Multi Frequency）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。

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 为输出正弦波的幅度。

该式初值为y(-1)=0，y(-2)=-Asinω0。

CCITT 对DTMF 信号规定的指标是，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。

缺点是易受干扰，对信噪比要求高。

现在广泛应用于一般的脉冲拨号电话机。

通过神经网络等辅助判别方法可以大大提高信号的识别率。

后一种方法包括：频率判断、能量判断两类。

频率判断主要通过滤波器提取DTMF相应的频率信号进行比较判断，滤波器可以用窄带、低通、高通滤波器，应用方式可以有并联、级联、混合联接等方式。

能量判断是直接对DTMF信号相应的能量进行计算，找出高、低频率群中最强的信号，进行判断，包括有DFT法（Discrete Fourier Transform）、FFT(Fast Fourier Transform)、Goertzel法等。

本次实验我们采用的是能量判断法，并采用了Goertzel算法。

3 设计方案、算法原理说明
3.1 Goertzel 算法原理
Goertzel 算法信号解码是将两个音频信号提取出来，并通过他们的频率，确定所接受的DTMF 数字。

原来使用模拟技术音频信号频率进行检测，一般通过模拟电路进行过零点检测，通过零点计数完成对输入信号的频率检测。

在数字信号检测电路中，一般使用频域计算技术代替时域信号处理。

我们可以直接通过付立叶变换，直接得到输入的信号频率。

信号各个频率分量的幅值直接计算可以使用DFT 。

对于N 点数据序列{x(n)}的DFT 为:
()()1N ,...,1,0k ,W n x k X nk
N 1
N 0n -==∑-=
（式 3-1）
如果用FFT 算法来实现DFT 计算，计算将涉及复数乘法和加法，并且计算量为N Nlog 2。

虽然我们可以得到DFT 的所有N 个值，然而，如果希望计算DFT 的M 个点，并且M<N log 2时，可以看到，直接计算DFT 则更加有效。

下面我们用到Goertzel 法，是一种直接计算DFT 有效的方法。

我们应用Goertzel 算法对DTMF 信号的检测，并且对其进行改进。

Goertzel 算法，从根本上说，是计算DFT 的一种线性滤波算法，它可以通过调整滤波器的中心频率和带宽，直接计算出DFT 的系数。

Goertzel 算法利用相位因子{}
k
N W 的周期性。

我们可以同时将DFT 运算表示为线性滤波运算，由于kN N W -=1，我们可以用该因子对公式(4) (DFT 表达式)两边相乘，得到:
()()()()()
m N k N 1
N 0
m kN N
nk N
1N 0
n kN
N
W m x W
W n x k X k X W
---=--=-∑∑=*== （式 3-2） 我们注意到，上式就是卷积形式。

可以定义序列()n Y K 为:
()()()
m N k N
1
N 0m k W m x n Y ---=∑= （式 3-3） 显然，Yk (n)就是长度为N 的有限长输入序列()n Y K 与具有如下单位脉冲响应的滤波器的卷积:
()()n u W n h kn
N k -= （式 3-4）
可以看到，当n=N 时，该滤波器的输出就是DFT 在频点k N
2k π
=ω值 即
()()N n K n Y k X == （式 3-5）
我们可以通过比较式(6)和式(7) 来验证上式。

对于单位脉冲响应为()n h k 的滤波器来说，其系统函数为:
()1
k N k z
W 11
z H ---=
（式 3-6） 这个滤波器只有一个位于单位圆上的极点，其频率为k N
2K π
=
ω。

因此，可以使用输入数据块通过N 个并行的单极点滤波器或者谐振器组来计算全部的DFT,其中每个滤波器有一个位于DFT 响应频率的极点。

因此，对于式(7)的卷积计算，我们可以使用差分方程形式来表示用式(9)给出的滤波器，通过迭代的方法计算()n Y K ，从而得出DFT 的计算结果:
()()()()01y ,n x 1n y W n y k k k
N k =-+-=- （式 3-7）
计算涉及复数加法和复数乘法，计算量大。

由于我们只需要计算幅值信息，而不关心相位信息。

我们在单位圆上另外引入一个极点，与原有的极点形成一对共扼极点。

将两个滤波器组成一对复数共轭极点的谐振器。

原有的单极点滤波器计算方式变成形如式(10)的方式。

其系统函数为:
()()2
11
k N z z
z N k 2cos 21z
W 1z H ---+π--= (式 3-8) 上式中:N /k j2K
N e W π=，为差分方程的系数。

由于引入了复数共扼极点，避免了式(9)
中复杂的复数加法和复数乘法。

显然，对式(10)无法进行直接计算。

为了便于计算实现，我们引入中间变量()n Q k ，将式(9)表示为差分方程形式:
()()()()n x 2n Q 1n Q N k 2cos 2n Q k k k +---⨯⎪⎭
⎫
⎝⎛π⨯= （式 3-9）
式中，初始条件为: ()()N ,...,1,0n ,02Q 1Q k k ==-=-
()()()()1N Q W N Q N Y k X k k
N k k -⨯-== （式 3-10）
其中，N
k
2k N
e
W π-=
3.2 Goertzel 算法改进与实现
Goertzel 算法是计算离散傅立叶变换的方法，需要计算的频率点数不超过21092 N 时Goertzel 算法将比FFT(Fast Fourier Transform)更为有效。

Goertzel 算法相当于一个二阶IIR 滤波器，(10)式是它的转移函数我们可以根据(10)式画出改进Goertzel 算法的模拟框图，如图 3-1所示
(n x -1
()
n k
图 3-1 Goertzel 算法的模拟框图
图2中可看到，整个计算过程分为两部分:前向通路式(11)和反馈通路式（12)。

显然，对于式(11)的递推关系计算需要重复N=1,⋯，N 重复N+1次，但是式(12)中的反向计算只需要在n=N 时计算一淡。

每次计算只需要计算一次实数乘法和两次实数加法。

所以，对实数序列x (n), 由于对称性，用这种算法求出X(k)和X(N-k)的值需要N+1次实数乘法运算。

我们现在可应用Goertzel 算法完成实现DTMF 解码器了。

由于有8种可能的音频信号需要检测。

所以需要至少8个由式(9)给出的滤波器，将每个滤波器调谐到这8个频率值上。

在完成信号判决时，我们并不需要相位信息，只需要幅值信息|X(k)| 。

因此，对式(12)两边进行平方，计算幅度的平方值|X(k)|2。

我们将递推方程式(9,11, 12)进一步简化，得到滤波器计算的前向部分的简化表达方式，即滤波表达式的分子项部分:
由于我们只需要幅值信息，不需要相位信息，因此，对前向部分进行改进，输出幅度平
方值。

()()()()()()()1N Q N Q N
k
2cos
21N Q N Q N y N y k X k k 2
k 2k k k 2
-π-+==* （式 3-1） 3.3 改进Goertzel 算法原理小结
在式(12)中可以使用A, B 分别代替递归项，令()1N Q A k -=，()2N Q B k -=将离散付里叶变换DFT 的改进计算过程总结写为:
()k 222
k ABcoef B A N y -+= （式 3-2）
其中 ⎪⎭
⎫
⎝⎛π=k N 2cos 2coef k ，()()22k k X N y = 可以看到，由于上面两式中:
忽略相位信息，使用实数运算，无复数运算。

等式右边全部是实数运算，大大提高了运算速度，降低计算量。

3.4 实际实现中误差分析
3.4.1 舍入误差问题
我们再次回到公式 3-1 进行分析：
()()()()()()1N Q N Q N
k
22cos
1N Q N y N y k X K K 2K k k 2
-π--==*
（式 3-1） 简单地说，在实际的DSP 实现中将使用（4）式和（6）式来得到DTMF 信号的频谱信息，（4）式实际就是一个递归线性滤波器的表达式，它在n=0…N 之间进行循环。

每N 个样点对公式（6）进行了一次计算。

在这个算法中，DTMF 频率（f i ）变换成了离散傅立叶系数（k ）,它们之间存在如下关系：
,N
k
f f s i = 这里，N 是滤波器的长度，f s 是采样频率。

在给定的采样频率下，我们可以通过调整N 和K 值，得到相应的DTMF 频率（i f ）上的能量幅值。

但是，由于k 和N 是整数，有可能不能取到合适的DTMF 频率（f i ）。

实际上，计算时如果采用FFT 变换，计算字长N 将被限定为2得n 次方，每次计算可以同时得到N/2个频率点的幅度值。

而对于DFT 或Goertzel 算法来说，对于N 长度的算法，其可以分辨的最高频率为采样频率的一半。

其输出序列为
{X(0)、X(1)……,X(N)}
对应的信号计算频率为f i ,i=0,1,…，N 。

所以，我们可以知道，可计算的信号频率存在一定的限制。

式（4-12）给出了Goertzel 算法的频率分辨率。

对于不是正好在输出序列计算点上的信号频率，其计算结果分布在相近的频率值上，将会出现泄漏，这不是我们所期望的。

3.4.2 计算字长N 的问题提出
N 和k 的选择不同，计算的误差会有很大不同。

缩小N 值，将显著减少计算量，所以N 值的选取，是完成实时计算的核心。

在相关文献中，N 值的选取也有很大的不同。

有使用16个106字长计算完成信号监测及语音检测的，也有使用105字长或205字长完成Goertzel 算法完成检测的，由此我们提出这样一个问题，在文所利用的Goertzel 算法中，进行DTMF 信号检测的最佳字长是多少？
由采样频率公式可知，在采样率一定的情况下，N 值的取值同时决定Goertzel 算法计算时对应的频率，即Goertzel 滤波器的中心频率。

通过改变N 值，计算出我们感兴趣的对应一组k 值，即完成DTMF 频率检测。

但是，由式（14）可知k 取整数，计算中心频率的位置与实际的DTMF 频率必然会产生一定的舍入误差。

我们将Goertzel 算法中的中心频率与实际的DTMF 频率的差值定义为D 。

可以计算出D 的最大值为
Dmax =
2N f s ,当k 的误差k =0.5时，对应的频率百分比为：dtmf
s
2Nf f ,dtmf f 为所需计算的DTMF 频率。

这实际上是DTMF 频率位于“所计算的信号窗口的边缘”。

当N 值取较大值时，同时采取较高的采样频率可以取得较准确的检测结果，但是也加大了计算量。

由于N 的取值，影响了计算时的Goertzel 滤波器的中心频率的位置。

实际应用中，首先需要确定N ，同时对应不同的DTMF 频率，取相应的k 值，通过Goertzel 算法，得到相应的X(k)。

可以看到，N 的取值是Goertzel 算法设计DTMF 信号检测器的关键，它直接决定了检测器的性
能及对ITU 建议的满足性。

以下讨论在满足ITU 要求的情况下，寻找的N 值的过程，同时，我们在这里讨论的是误差的百分比，因此，可以通过计算点数的误差百分比来估计频率的百分比。

3.4.3 Goertzel 算法中N 的选择要求
N 的选择应考虑如下的因素：
频率偏移度不但要求主瓣宽度存在一定的范围之内，同时也和计算窗口中心频率有关。

Goertzel 算法种计算长度N 的取值也影响到计算窗口中心频率的取值。

例如，如果N=125，f s =8000Hz,对于770Hz 信号的完成检测，频域分辨率为
8000/125=64Hz,ITU 规定的对于频率误差大于3.5%的信号拒识，即对于770Hz 信号为中心，宽度为743.05到769.95。

39.0Hz 的频率分辨率将矗立的信号为780.488Hz 为中心，其他范围的频率则不满足规定要求。

3.4.4 舍入误差的寻优
根据s
i
f f N k ⨯
=，在Goertzel 算法进行递归计算时k 要取整数，因而存在舍入误差。

舍入误差是随机和离散的，不同的N 值和不同的f i 舍入误差是不同的，因此造成的频率的偏移也是不同的。

由于k 的舍入误差反映的是频率的偏移，因此必须兼顾每个频率，选择k 舍入误差小得N 值。

表3-1列出了当N=125时，不同的频率k 值的舍入误差，表3-2列出了当N=205时，不同的频率k 值的舍入误差.
表3-1 N=125时不同的频率值k的舍入误差
表3-2 N=205时不同的频率值k的舍入误差
由于k的舍入误差反映的是频率的偏移，因此必须选择k舍入误差小的N值。

同时还要兼顾每个频率，每个频率k舍入误差都比较小，或者尽可能的都取“舍”或者都取“入”，这样就会使偏移比较小或者都向同一个方向偏移。

3.4.5 复杂度比较
直接计算离散傅里叶变换，对于每一个k值，需要4N次实数乘法及4N-2次的实数加法，4N次实数乘法及N(4N-2)次实数加法，因此，采用直接法计算的计N点的傅里叶变换需要2
N)。

算复杂度为O(2
对于Goertzel算法来说。

其输入的X(n),Wk,是复数，每计算一个新输出Y值需要做四次实数加法和四次实数乘法。

由于我们只需要幅值信息，对于相位信息可以忽略，通过变换得到
N)。

幅值信息。

因此，共需要N+l次实数乘法，计算复杂度为O(M
对于单个解码器来说，对于每次成功完成DTMF信号解码的时间估计十分重要。

通过对解码器的处理时间估计，我们可以得到其处理性能，通过对处理性能评价，就可以预计单个解码器工作时可以承载的最大信道个数。

在这里，定义DTMF解码器成功完成两个DTMF信
号解码之间所耗费的时间可以这样估算:
每处理一个采样样本的时间间隔允许的最大值为:
==
s
s f 1
T 125s μ （式3-3） 前向计算所需的时间为：s T N *
可以看到，计算时间主要决定于计算字长N 。

对于每一个需要检测的频率，都必须进行(N+4)次实数乘法和(N 十2)次加法。

检测8个DTMF 频率需要的总共的计算量为:(8N+ 32)次乘法与(16N 十16)次实数加法。

4 算法流程图
图4-1 程序算法流程图
5 源程序注释
5.1 初始化程序
//*****************************初始化********************************** // Initialize CSL library - This is REQUIRED !!! CSL_init();
// The main frequency of system is 240MHz
// 该频率是为了设置IIC模块的需要设置的,为了使用I2C_setup函数PLL_setFreq(1, 0xC, 0, 1, 3, 3, 0);
//EMIF初始化
Emif_Config();
// Open McBSP port 1 and get a McBSP type handle
hMcbsp = MCBSP_open(MCBSP_PORT1,MCBSP_OPEN_RESET);
// Config McBSP port 1 by use previously defined structure
Mcbsp_Config(hMcbsp);
//I2C初始化
I2C_cofig();
//CODEC寄存器初始化
inti_AIC();
5.2 二极管闪烁程序
//*******************程序正常执行：二极管闪烁两次***********************
while(cnt--)
{
asm(" BCLR XF"); // ; Clear XF
delay(3000);
asm(" BSET XF"); // ; Set XF
delay(3000);
}
5.3 DTMF信号产生,发送与接收
//**********************DTMF信号产生,发送，接收*************************
for(i=0;i<16;i++)
{
f0=freq[i][0]; //顺序获取各符号低频数据
row_freq[i][0]=cos(2*pi*f0/fs);
row_freq[i][1]=sin(2*pi*f0/fs);
}
for(i=0;i<16;i++)
{
f0=freq[i][1]; //顺序获取各符号高频数据
column_freq[i][0]=cos(2*pi*f0/fs);
column_freq[i][1]=sin(2*pi*f0/fs);
}
for(k=0;k<16;) //基于两个二阶数字正弦振荡器，产生DTMF信号
{
ax1=row_freq[k][0];
x_n_2= -row_freq[k][1];
ay1=column_freq[k][0];
y_n_2= -column_freq[k][1];
x_n_1=0;
y_n_1=0;
for(j=0;j<200;j++) //传输信号采样值，设产生信号的持续时间为50ms，所以j为200。

{
x_n=2*ax1*x_n_1-x_n_2;
y_n=2*ay1*y_n_1-y_n_2;
z_n=x_n+y_n;
x_n_2=x_n_1;
x_n_1=x_n;
y_n_2=y_n_1;
y_n_1=y_n;
dtmf[j]=z_n*gain; //gain（可变）改变产生信号的幅度，使之在一定范围内可调，
while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp)) {}; //左声道信号发送
MCBSP_write16(hMcbsp,dtmf[j]); //采样值的装入，前二百
个点为双音信号采样值
while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp)) {}; //右声道信号发送
MCBSP_write16(hMcbsp,dtmf[j]); //采样值的装入，前二百个点为双音信号采样值
while(!MCBSP_rrdy(hMcbsp)){}; //左声道信号接收
dtmfr[j]=MCBSP_read16(hMcbsp);
while(!MCBSP_rrdy(hMcbsp)){}; //右声道信号接收
dtmfr[j]=MCBSP_read16(hMcbsp);
}
for(j=0;j<200;j++) //传输静音信号，设产生信号的持续时间为50ms，所以j为200。

{
dtmf[j+200]=0; //后二百个点为0（即静音信号）。

while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp)) {}; //左声道信号发送
MCBSP_write16(hMcbsp,0);
while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp)) {}; //右声道信号发送
MCBSP_write16(hMcbsp,0);
while(!MCBSP_rrdy(hMcbsp)){}; //左声道信号接收
dtmfr[j+200]=MCBSP_read16(hMcbsp);
while(!MCBSP_rrdy(hMcbsp)){}; //右声道信号接收
dtmfr[j+200]=MCBSP_read16(hMcbsp);
}
detect(); //接收信号判决检测与显示
k++;
if(k==16) //控制16个符号循环发送
k=0;
}
5.4 延时子程序
//********************************延时子程序******************************
void delay(int period)
{
int i, j;
for(i=0; i<period; i++)
{
for(j=0; j<period>>1; j++);
}
}
5.5 接收信号判决检测与显示子程序
//***********************接收信号判决检测与显示子程序*********************
void detect()
{
w[0]=2*cos(2*pi*K[0]/N); //采用Goertzel算法检测DTMT信号
w[1]=2*cos(2*pi*K[1]/N);
w[2]=2*cos(2*pi*K[2]/N);
w[3]=2*cos(2*pi*K[3]/N);
w[4]=2*cos(2*pi*K[4]/N);
w[5]=2*cos(2*pi*K[5]/N);
w[6]=2*cos(2*pi*K[6]/N);
w[7]=2*cos(2*pi*K[7]/N);
for(i=0;i<8;i++) //i表示有8个频率点。

{
bb[i][0]=0;
bb[i][1]=0;
for(j=0;j<N;j++)
{
bb[i][2]=w[i]*bb[i][1]-bb[i][0]+dtmfr[j+50]/8192.0; //DFT在8个频率点的值
bb[i][0]=bb[i][1]; //迭代算法
bb[i][1]=bb[i][2];
}
result[i]=bb[i][1]*bb[i][1]+bb[i][0]*bb[i][0]-w[i]*bb[i][1]*bb[i][0]; //每一段的8个频率点的幅度平方值
}
j=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
if(result[i]>thresh) //对result中的值进行检测,与域值比较，当超过域值时，判断此频率点上信号存在
{
j++;
printf("dtmf[%d]:%f\r\n",i,result[i]);
if(j==1) //j=1时i的值赋给x，代表检测符号含
有的低频信息
{
X=i;
}
else if(j==2) //j=2时i的值赋给y，代表检测符号含有的高频信息
{
Y=i;
}
}
}
threshold(); //根据当前8个频率点的幅度平方值自适应更新域值
ch='e';
if(j==2)
{
if(X==0 && Y==4) //若x=0,y=4,则表示低频为697Hz,高频为1209Hz
{
ch='1'; //这两个频率所对应的数为"1"
}
else if(X==0 && Y==5) //若x=0,y=5,则表示低频为697Hz,高频为1336Hz
{
ch='2'; //这两个频率所对应的数为"2"
}
else if(X==0 && Y==6) //以下都依次类推
{
ch='3';
}
else if(X==1 && Y==4)
{
ch='4';
}
else if(X==1 && Y==5)
{
ch='5';
}
else if(X==1 && Y==6)
{
ch='6';
}
else if(X==2 && Y==4)
{
ch='7';
}
else if(X==2 && Y==5)
{
ch='8';
}
else if(X==2 && Y==6)
{
ch='9';
}
else if(X==3 && Y==5)
{
ch='0';
}
else if(X==3 && Y==4)
{
ch='*';
}
else if(X==3 && Y==6)
{
ch='#';
}
else if(X==0 && Y==7)
{
ch='A';
}
else if(X==1 && Y==7)
{
ch='B';
}
else if(X==2 && Y==7)
{
ch='C';
}
else if(X==3 && Y==7)
{
ch='D';
}
}
if(ch!='e') //满足以上一种情况，则输出检测的信号{
printf("The DTMF signal is \"%c\".\r\n",ch);
}
else //以上情况都不满足，则输出错误信息提示{
printf("The number inputted in is wrong!\n");
}
}
5.6 自适应域值更新子程序
//******************************自适应域值更新子程序**********************
void threshold()
{
for(c=0;c<8;c++) //传递当前8个频率点的幅度平方值，便于自适应域值更新处理
{
linshi[c]=result[c];
}
for(b=0;b<2;b++) //寻找八个频点中第二大频点的幅度平方值{
for(a=b;a<8;a++)
{
if(linshi[b]<=linshi[a])
{
temp=linshi[b];
linshi[b]=linshi[a];
linshi[a]=temp;
}
}
}
thresh=thresh*0.3+0.7*(linshi[1]*0.5); //自适应更新域值（原域值30%+0.7倍第二大频点的幅度平方值70%）
}
6 程序设计、调试与结果分析
6.1 调试过程
6.1.1 CCS的启动
双击桌面上的Setup CC3.3 运行CCS 设置程序。

单击Import Configuration 对话框中的Clear，删除原先定义的设置。

从Available Configurations列表中，选择C5502 SEEDXDS510PLUS Emulator,单击Import,单击save and quit。

图6-1 硬件环境设置
6.1.2 工程建立、加载与程序运行
(1)创建名为DTMF-SEND&RECEIVE的工程
通过project的new来建立一个名为DTMF-SEND&RECEIVE的新工程，过程如下图所示：
图6-2 新建工程
(2)向工程中添加文件
从file中的new—source建立c程序和cmd文件，编写完成后保存，然后从project—add files to project添加c程序和cmd文件，库文件,头文件可以通过扫描相关性（Scan All
Dependencies）自动加入到工程中。

头文件路径可以通过project中build options的compiler 中的processes进行设置，最终编译环境如下图所示:
图6-3 添加源文件
图6-4 添加cmd文件
图6-5 添加库文件
图6-6 添加头文件（使用浏览文件相关性选项）
图6-7 设置头文件路径
图6-8 设置数据大小端模式（大端模式）
图6-9 添加宏定义
(3)编译与运行程序
选择Project/Rebuild All或单击（Rebuild All）菜单条按钮，CCS重新进行编辑、汇编、连接工程里的所有文件。

选择File/Load Program.选中DTMF-SEND&RECEIVE,双击，即可加载.out文件。

CCS将程序装载到目标DSP上，打开显示程序反汇编指令的Disassembly窗口。

选择Debug/Go Main，从主程序开始执行。

最后单击Debug－Run（或按F5键）运行程序。

图6-10下载gel文件
图6-11程序编译成功
图6-12将程序下载到实验箱
图6-13程序运行
图6-13打开gel文件滚动条
6.2 实验结果及图像
本次实验中，我们通过一台电脑循环产生0——9、A、B、C、D、*、#，在另一台电脑上会循环显示检测到的DTMF信号，即循环显示0——9、A、B、C、D、*、#。

下面我们从时域和频域两个角度观察一下检测信号的波形：
6.2.1 使用CCS中Graph显示
发送端的时域图形参数设置及显示结果如下所示：
图6-14发送缓存区图形参数设置（时域及频域）
图6-15 发送缓存区时域图形显示
检测端的时域图形参数设置及显示结果如下所示：
图4-17 检测缓存区图形参数设置（时域及频域）
图6-18 发送缓存区时域图形显示
6.2. 2 使用虚拟仪器显示
图6-20 发送端信号时域波形
图6-21 发送端信号频谱
7. 遇到的问题及解决方法
【问题一】
新建工程时头文件路径不匹配，文件编译出错。

解决方法：在菜单栏中选中Project-Build Options-Compiler-preprocessor-Include Search Path，添加正确路径即可。

【问题二】
数据类型定义不当导致cmd文件中，内存分配不足，文件编译出错。

解决方法：打开Debug中的.map文件，观察缓存溢出情况，修改cmd文件内存分配。

【问题三】
声卡抽样频率设置有误，导致虚拟仪器观察输出波形时，出现多余频谱分量。

解决方法：打开AIC23.c，更改波特率设置，即采样频率设置为8K后，输出信号频谱正常。

【问题四】
信号幅度控制与自适应阈值选取衔接有误。

解决方法：算法有误，后采取合理算法即原域值30%+0.7倍第二大频点的幅度平方值70% （thresh=thresh*0.3+0.7*(linshi[1]*0.5) ），信号检测正常。

【问题五】
阈值选取不当，无法正常检测输出信号。

解决方法：经过多次尝试并修改阈值，最终选取合理阈值，正常判决、检测以及显示结果。

8. 心得体会
刘璐：
双音多频DTMF信号是在按键式电话机上广泛应用的的音频信号，由于我家里最早接触的就是固话，一开始对这个题目比较感兴趣，就选择了这个题目。

通过看课件与查阅资料逐渐懂得了DTMF信号产生与检测的原理，熟悉了利用CSS这款软件和DSK板调试的过程。

刚开始只知道按部就班的把过程操作一遍，后来通过学习也渐渐知道添加的*.lib,*.h这些文件的意义所在，比如rts.lib(支持C语言运行的库)、dsk5402.lib、drv5402.lib（是使用dsk板所需的库），c5400/cgtools/include里面含有dsp通用头文件，与硬件无关，而c5400/dsk5402/include中是硬件专用头文件等等。

还有关于C语言在DSP课程设计中的应用和以前大一所学习的简单常用的C语言还是很有些区别，要掌握好编程还需要学习和努力。

还有一个体会就是最后几天要接到实验板实在很困难，早上起的很早可能也没法借到板子来调试。

这次实验收获很大，掌握了一些对于CCS的运用，学习了DTMF信号的产生与检测的原理，学习了C语言的编程在dsp中的应用，真正体会到了DSP芯片强大的运算和处理能力，并且这次的课程设计不仅仅让我们学会如何使用DSP芯片以及应用，更是给我们今后在实际解决或系统设计时提供了一种设计思路，可根据不同系统的设计要求采用性能要求不同的DSP处理芯片来解决实际问题，同时有效地锻炼和提高了我们的软件编程能力。

总之，此次的课程设计使我收获颇丰，不仅掌握了DTMF信号的相关知识与CCS的操作，更锻炼了我处理问题的实际能力和思考问题的方法，这也必将对日后的科研相关工作奠定积极的意义。

最后感谢老师对我的耐心细致的指导，谢谢老师。

9. 参考文献
[1]高海林钱满义编写《DSP技术及其应用》清华大学出版社
[2] 陈后金等《信号分析与处理实验》高等教育出版社
[3] DTMF Tone Generation and Detection:An Implementation Using the TMS320C54x.
SPRA096a ,TI.Inc.2000
[4]唐达强.双音多频信号接收器的设计与实现（硕士学位论文）.北京：北方交通大学.1990
[5]陈通，曹小强. 基于NDFT Goertzel滤波器的DTMF信号检测的改进方法.西南大学
学报.2008
[6]李义府.双音多频信号检测在DSP中的实现.中南大学信息科学与工程学院.2006
[7]薛曼芳.基于改进的Goertzel算法的双音多频检测器的设计.甘肃：兰州工业高等专科
学校.2008。