基于MSP430的嵌入式DTMF撥號(hào)解碼器方案設(shè)計(jì)

摘 要：本文介紹了一種基于MSP430的嵌入式DTMF撥號(hào)解碼器實(shí)現(xiàn)方案。DTMF撥號(hào)部分使用4根I/O線的電阻網(wǎng)絡(luò)，配合軟件產(chǎn)生DTMF信號(hào)。利用MSP430F133內(nèi)置的ADC，并采用改進(jìn)的Goertzel算法，實(shí)現(xiàn)DTMF信號(hào)的實(shí)時(shí)解碼。該方案成本低、性能可靠，已經(jīng)得到了實(shí)際應(yīng)用。

引言
DTMF（雙音多頻）信號(hào)是電話網(wǎng)中常用的信令，無(wú)論是家用電話、移動(dòng)電話還是程控交換機(jī)上，多采用DTMF信號(hào)發(fā)送接收號(hào)碼。DTMF技術(shù)還可以用于電力線載波通信等場(chǎng)合。可見(jiàn)，DTMF撥號(hào)和解碼在通信系統(tǒng)及其它方面有著廣泛的應(yīng)用。通常DTMF信號(hào)的檢測(cè)采用專用芯片或DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)，但其成本較高。本文介紹了一種低成本的基于MSP430F133的DTMF撥號(hào)解碼器實(shí)現(xiàn)方案。 MSP430F133是TI的一款16位RISC結(jié)構(gòu)MCU，最短指令周期為150ns，含有8KB Flash ROM，256B RAM并內(nèi)置12位ADC。

DTMF信號(hào)
DTMF信號(hào)是將撥號(hào)盤上的0~9、A~D及*/E、#/F共16個(gè)字符，用音頻范圍的8個(gè)頻率來(lái)表示的一種編碼方式。8個(gè)頻率分為高頻群和低頻群兩組，分別作為列頻和行頻。每個(gè)字符的信號(hào)由來(lái)自列頻和行頻的兩個(gè)頻率的正弦信號(hào)疊加而成。頻率組合方式如圖1所示。

根據(jù)CCITT Q.23建議，DTMF信號(hào)的技術(shù)指標(biāo)是：傳送/接收率為每秒10個(gè)號(hào)碼，或每個(gè)號(hào)碼100ms。每個(gè)號(hào)碼傳送過(guò)程中，信號(hào)存在時(shí)間至少45ms，且不多于55ms，100ms的其余時(shí)間是靜音。在每個(gè)頻率點(diǎn)上允許有不超過(guò)±1.5%的頻率誤差。任何超過(guò)給定頻率 ±3.5%的信號(hào)，均被認(rèn)為是無(wú)效的，拒絕承認(rèn)接收。另外，在最壞的檢測(cè)條件下，信噪比不得低于15dB。

DTMF撥號(hào)
DTMF撥號(hào)部分的電路原理圖如圖2所示。電路主要由4根I/O線構(gòu)成的電阻網(wǎng)絡(luò)和濾波器組成。電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成4位的DAC，高通濾波器和低通濾波器組成一個(gè)帶通濾波器用來(lái)濾除雙音頻的諧波信號(hào)。在輸出端采用600Ω的1:1變壓器與電話線接口，電話線的輸出電平可通過(guò)改變Rx來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

軟件上使用查表方式模擬產(chǎn)生兩個(gè)不同頻率的正弦波。首先確定一個(gè)合適的采樣間隔，對(duì)每個(gè)頻率的正弦波進(jìn)行采樣并規(guī)格化成0~7（3位數(shù)據(jù)）,制成相應(yīng)的正弦表。正弦表的制定要保證合成信號(hào)的頻率誤差在±1.5%以內(nèi)，同時(shí)使采樣點(diǎn)數(shù)盡量少。為使波形失真度小，正弦表記錄的總信號(hào)時(shí)間對(duì)應(yīng)原始信號(hào)的整數(shù)個(gè)周期，并且采樣起點(diǎn)選在正波形的峰值上。本設(shè)計(jì)采樣間隔選定為122us，保證頻率誤差均在±1%以內(nèi)，各個(gè)頻率信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)及頻率誤差見(jiàn)圖3所示。

DTMF撥號(hào)程序流程圖如圖4所示。

DTMF解碼
采用軟件方式進(jìn)行DTMF解碼，首先要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后再送入CPU處理。利用MSP430F133內(nèi)置的12位ADC加上簡(jiǎn)單的接口就可以實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，ADC接口電路如圖5所示。其中應(yīng)選1%精度的金屬膜電阻。ADC參考電壓選內(nèi)部2.5V：