基于單片機的DTMF信號的譯碼算法研究

1、引言

雙音多頻（DTMF）是由貝爾實驗室開發的信令方式，通過承載語音的模擬電話線傳送電話撥號信息。每個數字利用兩個不同頻率突發模式的正弦波編碼，選擇雙音方式是由于它能夠可靠地將撥號信息從語音中區分出來。一般情況下，聲音信號很難造成對DTMF接收器的錯誤觸發。DTMF是TouchTONe （早期ATT的商標）的基礎， 替代機械式撥號轉盤的按鍵。

DTMF信號首先用于電話的撥號系統，在頻率編碼遙控系統及數據編碼傳輸中的應用也很普遍。目前的DTMF譯碼器中，大多采用通用集成器件（單音譯碼電路和組合門電路）或專用DTMF信號譯碼集成電路（如MC145436等）組成譯碼電路。在很多情況下，DTMF譯碼器輸出的數據仍需送入單片機進行相應的運算及處理，進而控制其它各種設備的動作。因此，如果能找到一種基于單片機的DTMF信號的譯碼算法，再輔之以簡單的整形電路就可以，既可省去成套譯碼電路，又能達到簡化電路降低成本的目的。本文所要介紹的，就是這種構想的初衷，結果通過計算機仿真計算數據論證認為完全能夠達到設計要求。

2、DTMF信號頻率組成及整形前DTMF信號的幅值密度

DTMF是由低頻組（fb）和高頻組（fa）兩組頻率信號構成，每個數字信號由低頻組合高頻組的任意一個疊加而成。根據CCITT的建議，DTMF的編譯碼定義可用下式表示 f（t）=A_{a}sin（2f_{a}t）+A_{b}sin（2f_{b}t） 式中兩項分別表示低、高音頻的值，Ab好Aa分別表示低音群合高音群的樣值量化基線，而且兩者幅值比為K=Ab/Aa（0.7K0.9）。同時規定，對應于DTMF編譯碼中的標稱頻率在發送時，DTMF信號的頻率偏差不應當超過1.5%,每位數字的信號極限時長應該大于40ms,而接收設備對2%的偏差應能可靠地接收，對30ms~40ms時長的信號可以正常地接收。與單音編碼不同，DTMF信號是采用8中取2的方式，從高低兩個音組中各取一個音頻復合而成來代表0-9十個號碼和其他功能碼，再加上這8個音頻信號的各頻率同不存在諧波關系，大大減少了虛假信號燈干擾，因而DTMF信號工作可靠性特別是抗干擾能力很強。

在DTMF信號中，16個指令鍵均由兩個單音頻率信號組合（見表1）。單音頻率有兩組，高頻組為（1209Hz、1336Hz、1447Hz、1633Hz），低頻組為（697Hz、770Hz、852Hz、941Hz），每個指令鍵，對應的都是一個高頻組的頻率和一個低頻組的頻率的組合。以*號指令鍵為例：其DTMF信號是由941Hz的低頻組信號和1209Hz的高頻組信號組成。圖1為其頻譜圖。

從圖1中可以看出，*號指令鍵的DTMF信號在941Hz和1209Hz處有譜線。在理想條件下，可計算出頻譜密度函數X（f）在f=941Hz和1209Hz時的模值為|X（941）|,|X（1209）|,即它們模值均不為零。也就是說，要是同時存在頻譜密度函數模值為|X（941）|,|X（1209）|,并且它們模值均不為零時，其表征的鍵號為*.以此類推（見表1），可分別計算出低頻組信號|X（697）|、|X（770）|、|X（852）|、|X（941）|和高頻組信號|X（1209）|、|X（1336）|、|X（1447）|、|X（1633）|的模值。如果高、低頻組中均各自有一個X（f）的模值不為零，則再通過f在表1查找出其表征的指令鍵。