基于SM8951單片機(jī)與CM8870雙音多頻解碼芯片實(shí)現(xiàn)小型工控交換機(jī)功能

雙音多頻（DTMF）信號由貝爾實(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)送被叫號碼。DTMF信號由高頻群和低頻群組成，高、低頻群各包含四個頻率。一個高頻信號和一個低頻信號疊加組成一個組合信號，代表一個數(shù)字。DTMF信令有16個編碼。雙音多頻的撥號鍵盤是4×4的矩陣。每按一個鍵就發(fā)送一個高頻和低頻的正弦信號組合，因?yàn)槿魏?個頻率之間沒有諧波干擾，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的解碼功能，該芯片將偵聽到的雙音多頻信號轉(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。雙音多頻信號是一組由高頻信號與低頻信號疊加而成的組合信號。雙音多頻信號解碼是交換機(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)送來的雙音多頻信號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信號轉(zhuǎn)換成8421碼。

1CM8870解碼功能實(shí)現(xiàn)

1．1CM8870芯片簡介

CAMD公司的CM8870雙音多頻信號解碼器為單片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340～3400Hz外的非音頻信號，同時將音頻信號轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制4位數(shù)字信號，內(nèi)部CMOS工藝大大降低了芯片功耗，功耗僅為35mW。CM8870內(nèi)置一個差分輸入放大器、一個時鐘產(chǎn)生器及一個三態(tài)鎖存接口總線，減少了芯片外圍組件，只需要接一個普通晶振即可正常工作。其特點(diǎn)如下：提供DTMF信號分離濾波和譯碼功能；功耗低于35mW；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；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，D1～D4輸出與當(dāng)前輸入的DTMF信號相對應(yīng)的二進(jìn)制碼；當(dāng)TOE為低電平時，D1～D4端呈高阻狀態(tài)。運(yùn)放和R1，R2，C1組成一反相放大器，對輸入的DTMF信號進(jìn)行隔離放大，其增益．K=-R2／R1，改變R2的值可改變增益的大小，VREF為基準(zhǔn)電壓輸出端，取VDD／2=2．5V；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3．58MHz晶振與內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率信號；STD為延遲控制輸出端，當(dāng)一組有效的雙音頻信號被接收時輸出“1”，否則輸出“O”；ESt為初始控制輸出端，若電路檢測出可識別的單音對，則此端變成高電平，若無輸入信號或連續(xù)失真，則ESt返回低電平；SI／GT為控制輸入端／時間監(jiān)測輸出端。功能框圖如圖1所示。

雙音多頻信號是用兩個不同頻率的信號組合來表示一個字符或數(shù)字。這兩個頻率一個選自低頻段，一個選自高頻段，每個頻段分別包含四個不同的頻率，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#號和*號。CM8870能將DTMF信號譯碼成4位二進(jìn)制碼。

1．2CM8870的收號過程

CM8870組成收號電路，它的輸入為來自模擬用戶接口雙音多頻信號，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。其收號過程如下：模擬信號從IN一腳引入后，經(jīng)雙音濾波器初步濾除帶外干擾信號，隨后，此濾出信號在經(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過零檢測后送給數(shù)字檢測計算電路；該電路對音頻信號進(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)的收號錯誤。當(dāng)高、低頻組信號同時被編碼器檢測到時，ESt腳將輸出高電平作為有效檢測DTMF信號的標(biāo)志，而當(dāng)DTMF信號消失時，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能維持一段時間，這段時間由外部的一個RC電路來決定。如前所述，當(dāng)音頻信號被檢測到時，ESt輸出高電平1，電容放電，VC上的電壓值上升（假設(shè)信號在整個要求時間內(nèi)部存在），VC升到一個門限值Vrst時，該音頻信號被編碼，變成了數(shù)字信號，該數(shù)字信號將被鎖存起來，此時，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)過一段鎖存操作引起的延時后，STD腳輸出高電平，表示信號鎖存完畢。這時，若要從Q1～Q4上讀這4位編碼，應(yīng)使TOE為高，打開鎖存器，就完成了DTMF的收號任務(wù)。

2單片機(jī)控制CM8870設(shè)計

2．1SM895l控制框圖