基于CM8870小型程控交換機(jī)設(shè)計(jì)

引言
    雙音多頻(DTMF)信號(hào)由貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明，最初是用于電話系統(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(hào)碼。DTMF信號(hào)由高頻群和低頻群組成，高、低頻群各包含四個(gè)頻率。一個(gè)高頻信號(hào)和一個(gè)低頻信號(hào)疊加組成一個(gè)組合信號(hào)，代表一個(gè)數(shù)字。DTMF信令有16個(gè)編碼。雙音多頻的撥號(hào)鍵盤是4×4的矩陣。每按一個(gè)鍵就發(fā)送一個(gè)高頻和低頻的正弦信號(hào)組合，因?yàn)槿魏?個(gè)頻率之間沒(méi)有諧波干擾，因此其抗干擾能力很強(qiáng)，遠(yuǎn)程傳輸之后的誤判率很低。
    交換機(jī)中DTMF、解碼芯片采用CM8870實(shí)現(xiàn)通訊線路上雙音多頻信號(hào)的解碼功能，該芯片將偵聽(tīng)到的雙音多頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制四位代碼，發(fā)往單片機(jī)，為單片機(jī)提供數(shù)據(jù)流的目的信息。雙音多頻信號(hào)是一組由高頻信號(hào)與低頻信號(hào)疊加而成的組合信號(hào)。雙音多頻信號(hào)解碼是交換機(jī)中非常重要的組成部分，是否能夠準(zhǔn)確地解碼出線路發(fā)送來(lái)的雙音多頻信號(hào)是建立通信鏈路的關(guān)鍵，它的工作情況直接決定了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊的可靠性。本系統(tǒng)采用的雙音頻解碼芯片CM8870集成了頻帶分離濾波器和數(shù)字解碼器，可以將接收到的DTMF信號(hào)轉(zhuǎn)換成8421碼。

1 CM8870解碼功能實(shí)現(xiàn)
1．1 CM8870芯片簡(jiǎn)介
    CAMD公司的CM8870雙音多頻信號(hào)解碼器為單片18腳DIP封裝芯片，該芯片內(nèi)含濾波器與數(shù)據(jù)解碼功能，可濾除340～3 400 Hz外的非音頻信號(hào)，同時(shí)將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制4位數(shù)字信號(hào)，內(nèi)部CMOS工藝大大降低了芯片功耗，功耗僅為35 mW。CM8870內(nèi)置一個(gè)差分輸入放大器、一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生器及一個(gè)三態(tài)鎖存接口總線，減少了芯片外圍組件，只需要接一個(gè)普通晶振即可正常工作。其特點(diǎn)如下：提供DTMF信號(hào)分離濾波和譯碼功能；功耗低于35 mW；可以工作在工業(yè)溫度范圍內(nèi)；可外接晶振，且內(nèi)含震蕩器產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率信號(hào)；采用18引腳DIP，EIAJ，OIC，PLCC封裝。
    CM8870電路的基本特性是提供DTMF信號(hào)分離濾波和譯碼功能，輸出相應(yīng)的16種DTMF頻率組合的4位并行二進(jìn)制碼。電路輸出的二進(jìn)制碼D1～D4由數(shù)據(jù)輸出允許段TOE控制，當(dāng)TOE為高電平時(shí)，D1～D4輸出與當(dāng)前輸入的DTMF信號(hào)相對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼；當(dāng)TOE為低電平時(shí)，D1～D4端呈高阻狀態(tài)。運(yùn)放和R1，R2，C1組成一反相放大器，對(duì)輸入的DTMF信號(hào)進(jìn)行隔離放大，其增益．K=-R2／R1，改變R2的值可改變?cè)鲆娴拇笮?，VREF為基準(zhǔn)電壓輸出端，取VDD／2=2．5 V；INH和PD為內(nèi)部電路連接點(diǎn)，應(yīng)接地；OSCl和OSC2為振蕩器輸入輸出端，外接3．58 MHz晶振與內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率信號(hào)；STD為延遲控制輸出端，當(dāng)一組有效的雙音頻信號(hào)被接收時(shí)輸出“1”，否則輸出“O”；ESt為初始控制輸出端，若電路檢測(cè)出可識(shí)別的單音對(duì)，則此端變成高電平，若無(wú)輸入信號(hào)或連續(xù)失真，則ESt返回低電平；SI／GT為控制輸入端／時(shí)間監(jiān)測(cè)輸出端。功能框圖如圖1所示。
 

雙音多頻信號(hào)是用兩個(gè)不同頻率的信號(hào)組合來(lái)表示一個(gè)字符或數(shù)字。這兩個(gè)頻率一個(gè)選自低頻段，一個(gè)選自高頻段，每個(gè)頻段分別包含四個(gè)不同的頻率，因而總共可以組合成16種選擇，而常用的只有12種，它們是O～9，以及#號(hào)和*號(hào)。CM8870能將DTMF信號(hào)譯碼成4位二進(jìn)制碼。
1．2 CM8870的收號(hào)過(guò)程
    CM8870組成收號(hào)電路，它的輸入為來(lái)自模擬用戶接口雙音多頻信號(hào)，輸出為4位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，供處理器從數(shù)據(jù)總線口讀入。其收號(hào)過(guò)程如下：模擬信號(hào)從IN一腳引入后，經(jīng)雙音濾波器初步濾除帶外干擾信號(hào)，隨后，此濾出信號(hào)在經(jīng)高群濾波器和低群濾波器分別濾出其中的高頻和低頻分量，這兩種分量分別通過(guò)過(guò)零檢測(cè)后送給數(shù)字檢測(cè)計(jì)算電路；該電路對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，能排除外部噪聲因偶然含有某些特定頻率而被編碼器編碼，或者影響編碼器的編碼，從而引起后續(xù)的收號(hào)錯(cuò)誤。當(dāng)高、低頻組信號(hào)同時(shí)被編碼器檢測(cè)到時(shí)，ESt腳將輸出高電平作為有效檢測(cè)DTMF信號(hào)的標(biāo)志，而當(dāng)DTMF信號(hào)消失時(shí)，ESt腳將輸出低電平。為了防止外部噪聲被CM8870誤編碼，編碼器要求被編碼的音頻信號(hào)能維持一段時(shí)間，這段時(shí)間由外部的一個(gè)RC電路來(lái)決定。如前所述，當(dāng)音頻信號(hào)被檢測(cè)到時(shí)，ESt輸出高電平1，電容放電，VC上的電壓值上升(假設(shè)信號(hào)在整個(gè)要求時(shí)間內(nèi)部存在)，VC升到一個(gè)門限值Vrst時(shí)，該音頻信號(hào)被編碼，變成了數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)將被鎖存起來(lái)，此時(shí)，GT就為高，使VC點(diǎn)的電壓由門限值升到VDD，此后，只要ESt仍保持為高，GT就為高，外部的RC電路回到初始狀態(tài)，隨后，經(jīng)過(guò)一段鎖存操作引起的延時(shí)后，STD腳輸出高電平，表示信號(hào)鎖存完畢。這時(shí)，若要從Q1～Q4上讀這4位編碼，應(yīng)使TOE為高，打開(kāi)鎖存器，就完成了DTMF的收號(hào)任務(wù)。