程控实验五

12电本2班黄碧欣2012304229实验五双音多频DTMF接收实验一、实验目的1．了解双音多频信号在程控交换系统中的发送和接收方法。2．熟悉该电路的组成及工作过程。二、预习要求认真预习有关双音多频等相关内容。三、实验仪器1．程控交换实验箱一台2．电话单机两个3．20MHz示波器一台四、实验原理1．双音多频拨号简单介绍在电话单机中，有两种拨号方式，即脉冲拨号和双音多频拨号。双音多频拨号方式中的双音多频是指用两个特定的单音频信号的组合来代表数字或功能，两个单音频的频率不同，所代表的数字和功能也不同，在双音多频电话机中有16个按键，其中有10个数字键0~9，6个功能键*、#、A、B、C、D，按照组合的原理，它必须有8种不同的单音频信号，由于采用的频率有8种，故又称之为多频，又因以8种频率中任意抽出2种进行组合，又称其为8中取2的编码方式。根据CCITT的建议，国际上采用697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz，把这8种频率分成两个群，即高频群和低频群，从高频群和低频群中任意各抽出一种频率进行组合，共有16种不同组合，代表16种不同数字或功能，见表5-1。表5-11209133614471633697123A770456B852789C941*0#D表中*、#键作特殊功能用（如闭音、重发）等，A、B、C、D留作它用。例如拨数字号码“8”，则发双音多频信号频率为fH=1336Hz、fL=852Hz。双音多频，简写DTMF（DTMF=DualToneMultifrequency）高频数字低频DTMF发送器的原理与构成如图5-1所示，它主要包括：(1)晶体振荡器:外接晶体（通常采用3.579545MHz）与片内电路构成振荡器，经分频产生参考信号。(2)键控可变时钟产生电路:它是一种可控分频比的分频器，通常由n级移位寄存器与键控反馈逻辑单元组成。(3)正弦波产生电路:它由正弦波编码器与D/A变换器构成，通常使用可变速时钟图5-1一个典型的DTMF发送电路原理框图信号先经5位移位寄存器，产生一组5位移位代码，再由可编程逻辑阵列（PLA）将其转换成二进制代码，加到D/A变换器形成台阶型正弦波。显然台阶的宽度等于时钟频率的倒数，这样形成的正弦波信号频率必然对应时钟的速率和按键的号码。(4)混合电路–––––将键盘所对应产生的行、列正弦波信号（即低、高群fL、fH）相加、混合成双音信号输出。(5)附加功能单元:包括单音抑制，输出控制（禁止）、双键同按无输出等控制电路。DTMF发送器按输入控制方式可分为键盘行列控制和BCD接口控制两种。它们的控制部分真值表分别示于表5-2、表5-3。表5-2键盘控制接口功能真值表输入行列R1R2R3R4C1C2C3C4发送fL（Hz）697770852941频率fH（Hz）1209133614771633表5-3BCD码控制接口功能真值表BCD码输入发送频率D1D2D3D4fL（Hz）fH（Hz）00009411336000169712090010697133600116971477A612345B789#0*DC可变速行时钟产生可变速列时钟产生时钟产生列正弦波形成行正弦波形成∑DTMF信号（输入控制）(C1~C4)(R1~R4)fHfL0100770120901017701336011077014770111852120910008521336100185214772．双音多频接收电路图5-2典型DTMF接收器原理框图DTMF接收器包括DTMF分组滤波器和DTMF译码器，其基本原理如图5-2所示。DTMF接收器先经高、低频组带通滤器进行fL/fH区分，然后过零检测、比较，得到相应于DTMF的两路fL、fH信号输出。两路信号经译码、锁存、缓冲，恢复成对应于16种DTMF信号音的4比特二进制码（D01~D04）。图5-3MT8870芯片及管脚排列图在本实验系统电路中，DTMF接收器采用的是MT8870芯片。图5-3是该芯片的管脚排列图。(1)该电路的基本特性①提供DTMF信号分离滤波和译码功能，输出相应16种DTMF频率组合的4位并行二进制码。②可外接3.579545MHz晶体，与内含振荡器产生基准频率信号。信号输入过零检测器过零检测器高频组带通滤波器低频组带通滤波器码变换锁存与缓冲输入电路③具有抑制拨号音和模拟信号输入增益可调的能力。④二进制码为三态输出。⑤提供基准电压（VDD／2）输出。⑥电源+5V⑦功耗15mw⑧工艺CMOS⑨封装18引线双列直插(2)管脚简要说明引出端符号说明1、2脚IN+、IN-：运放同、反相输入端，模拟信号或DTMF信号从此端输入。3脚FB：运放输出端，外接反馈电阻可调节输入放大器的增益。4脚VREF：基准电压输出。5、6脚IC：内部连接端，应接地。7、8脚OSC1、OSC0：振荡器输入、输出端，两端外接3.579545MHz晶体。9脚Vcc：接正电源，通常接+5V。10脚EN：数据输出允许端，若为高电平输入，即允许D01~D04输出，若为低电平输入，则禁止D01~D04输出。11、14脚D01~D04：数据输出，它是相应于16种DTMF信号（高，低单音组合）的4位二进制并行码，为三态缓冲输出。15脚CID：延迟控制输出，当一有效单音对被接收，CI超过VTSt，输出锁存器被更新，则CID为高电平，若CI低于VTSt，则CID返至低电平。16脚EC0：初始控制输出，若电路检测出一可识别的单音对，则此端即变为高电平，若无输入信号或连续失真，则EC0返回低电平。17脚CI\GT：控制输入，若此输入电压高于门限值VTSt，则电路将接收DTMF单音对，并锁存相应码字于输出，若输入电压低于VTSt，则电路不接收新的单音对。18脚VSS：接负电源，通常接地。3．电路的工作原理它完成典型DTMF接收器的主要功能：输入信号的高、低频组带通滤波、限幅、频率检测与确认、译码、锁存与缓冲输出及振荡，监测等，具体说就是DTMF信号从芯片的输入端输入，经过输入运放和拨号音抑制滤波器进行滤波后，分两路分别进入高、低频组滤波器以分离检测出高、低频组信号。如果高、低频组信号同时被检测出来，便在EC0输出高电平作为有效检测DTMF信号的标志；如果DTMF信号消失，则EC0即返至低电平，与此同时EC0通过外接R向C充电，得到CI/GT0。（通常此两端相短接）积分波形，如图5-4所示，若经tGTP延时后，CI/GT0电压高于门限值VTst时，产生内部标志，这样，该电路在出现EC0标志时，将证实后的两单音送往译码器，变成4比特码字并送到输出锁存器，而CI标志出现时，则该码字送到三态输出端D01——D04，另外CI信号经形成和延时，从CID端输出，提供一选通脉冲，表明该码字已被接收和输出已被更新，如若积分电压降到门限VTst以下，使CID也回到低电平。图5-4是双音多频信号检测电路原理图，图5-5是它的工作时序波形图。图5-4DTMF信号检测电路原理图其中，双音多频信号测试点为TPDTMF，数据输出允许端EN的测量点为TPSDT，它经反相器反向后得到。数据输出则可以通过发光二极管D32~D35显示出来，它代表的数是8421码。图5-5MT8870的时序图五、实验内容1．用示波器观察发送DTMF信号的波形。2．用示波器观察DTMF信号接收的波形。六、实验步骤1．接上交流电源线。2．先打开“交流开关”，指示发光二极管亮后，再分别按下直流输出开关J1、J2，此时实验箱上的五组电源已供电，各自发光二极管亮。3．按复位键“S1”进行一次上电复位，此时，CPU已对系统进行初始化处理，液晶显示电路显示“欢迎使用众友科技程控交换实验系统”，即可进行实验。4．用户1、用户3接上电话单机。5．用户1摘机，开始拨打号码，即按电话单机上的任意键，用示波器的直流档对以下测量点进行观察并记录波形：(1)TPDTMF：开始收号前有拨号音的波形,当有按键后停拨号音,同时按住键有双音多频信号，无键按下时无信号。(2)TPSDT：当无键按下时该点为高电平，有键按下时该点是低电平（脉冲）。(3)TP11：开始收号前有拨号音的波形,当有按键后停拨号音,同时按住键有双音多频信号，无键按下时无信号。注意：按了四个号码后，用户1挂机再次摘机才能使DTMF电路接受新的按键号码。6．按不同的键时，其双音多频信号的波形不一样，要仔细观察。7．在按键过程中观察发光二极管D32~D35与所按键值的关系：(显示二极管是在该按键抬起的瞬间发生改变的)D35~D32对应的是8421码，如按下的键值为5时，对应的码字为0101，发光二极管D34，D32发光。在按键的过程中观察所按键值与发光二极管是否满足上述对应关系。七、注意事项1．使程控交换实验箱加电处于正常工作状态，并严格遵循操作规程。2．在测量观察上述各测量点波形时，两位同学一定要配合好，即一位同学按照正常拨打电话的顺序进行操作，另一位同学要找到相应的测量点和有关电路单元，仔细体会实验过程中的各种实验现象。八、实验报告1．画出DTMF接收电路的电原理图，并能简要分析工作过程。2．画出在接收DTMF过程中各有关测量点在有、无信号状态的波形。九、数据记录与分析1、用户1摘机，开始拨打号码，即按电话单机上的任意键，用示波器的直流档对以下测量点进行观察并记录波形：(1)TPDTMF：开始收号前有拨号音的波形,当有按键后停拨号音,同时按住键有双音多频信号，无键按下时无信号。开始收号前有拨号音的波形如下：按住键双音多频信号如下：(2)TPSDT：当无键按下时该点为高电平，有键按下时该点是低电平（脉冲）。无键按下时该点为高电平：有键按下时该点是低电平：(3)TP11：开始收号前有拨号音的波形,当有按键后停拨号音,同时按住键有双音多频信号，无键按下时无信号。开始收号前有拨号音的波形如下：按住键有双音多频信号如下：2、注意：按了四个号码后，用户1挂机再次摘机才能使DTMF电路接受新的按键号码。按不同的键时，其双音多频信号的波形不一样，要仔细观察。按2时波形如下：按9时波形如下：按7时波形如下：3、在按键过程中观察发光二极管D32~D35与所按键值的关系：(显示二极管是在该按键抬起的瞬间发生改变的)D35~D32对应的是8421码，如按下的键值为5时，对应的码字为0101，发光二极管D34，D32发光。在按键的过程中观察所按键值与发光二极管满足上述对应关系。十、实验总结做了这次实验之后，我对双多音频信号又有了进一步的理解。当有拨号音时，用示波器观察其输出波形是正弦波。对于TPSDT而言，无键按下时是示波器的输出波形是高电平，有键按下时其输出波形是低电平。用示波器的探头去接触DTMF时，我们按下不同的数字键时，示波器的输出波形是不同的，比较上面的波形出可以得出。这也可以解释为什么我们按下不同的键时，电话交换机能够识别出来。在这次实验中，我也明白了理论要与实际相结合，把所学过的理论知识通过实验加深理解。