实验三--双音多频接收发送实验

１６实验三双音多频接收发送实验一、实验目的1、了解电话号码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、实验仪器仪表1、程控交换系统实验箱一台2、电话单机一台4、20MHz示波器一台5、万用表一台四、实验电路工作过程在做双音多频接收实验之前，很有必要对双音多频的发送和脉冲拨号及其工作过程作一简要介绍，并对脉冲拨号方式作一简要比较。（一）双音多频拨号和脉冲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，简写DTMF（DualToneMulti_frequency）。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的编码方法。根据CCITT的建议，国际上采用697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz，把这8种频率分成两上群，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3-1表3-1高频数字低频1209133614471633697123A770456B852789C941*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。（二）DTMF发送原理及电路１７DTMF发送器的原理与构成如图3-1所示，它主要包括：（1）晶体振荡器一外接晶体（通常采用3.5795MHz）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，一般由正弦波编码器与D/A变换器构成，通常，可变速时钟信号先经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于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，如有时含有单音抑制，输出控制（禁止）、双键同按无输出等控制电路。图3-1双音多频发送电路原理框图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3-2、表3-3。表3-2键盘控制接口功能真值表输入行列R1R2R3R4C1C2C3C4发送频率fL（Hz）697770852941fH（Hz）1209133614771633脉冲拨号方式是按一定的断续比和速率来断、续电话线的环路而发出脉冲的。目前，脉冲拨号与双音多频拨号相比，它有如下缺点：（1）拨号速度慢例如：拨打电话号码590850，它所用的时间为：（5+9+10+8+5+10）×100+800×5=8700ms=8.7s如果电话号码越长，所用的时间越长，占用交换机的时间也长，这就使程控交换机接续速度快的优点得不到发挥，从而影响了交换机的接通率。（2）脉冲信号在线路传输中容易产生波形畸变，可能产生错号。１８倍4.626.17.8ss（3）脉冲信号的幅度较容易产生线间干扰。表3-3BCD码控制接口功能真值表签于上述原因，在本实验系统中就不安排脉冲拨号实验了，而双多音频电话机是用两个单音频来代表一个数字，因此，采用音频信号传送的速度快，它发送的每位号码所用的时间都是相同的，它的发号速度主要取决于打电话者的拨号速度。现在还以拨打电话号码5908500为例，在双音多频方式下，看需要多少时间，注意单频持续时间为120ms，位间隔为108ms，则120×6+108×5=1260ms=1.26s可见，脉冲拨号所用的时间是双音多频拨号的此外，采用双音多频信号，可以提高电路的抗干扰能力，减少交换机的连续差错，从而提高交换机的接通率。在实验系统中，发送芯片采用的是Mitel公司的MT8888CE，该芯片的内部结构如图3-3所示，管脚分配图如图3-4所示，电路原理图如图3-8所示。鉴于多方面的原因，在双音多频发送电路输入控制上，采用的是BCD接口控制方式。（三）双音多频接收电路DTMF接收器包括DTMF分组滤波器和DTMF译码器，其基本原理如图3-2所示。１９图3-2典型DTMF接收器原理框图DTMF接收器先经高、低群带通滤波器进行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。该两路信号经译码、锁存、缓冲，恢复成对应于16种DTMF信号音对的4比特二进制码（D1~D4）。在本实验系统电路中，DTMF接收器采用的是MT8888CE芯片。图3-3是该芯片的逻辑功能框图，图3-4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频组合的4位并行二进制码。（2）可外接3.5795MHZ晶体，与内含振荡器产生基准频率信号。（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+5V（7）功耗15mW（8）工艺CMOS（9）封装20引线双列直插图3-3MT8888CE内部功能方框图２０图3-4MT8888CE管脚排列2、管脚简要说明引出端符号说明管脚功能IN+，IN-运放同、反相输入端，模拟信号或DTMF信号从此端输入。GS运放输出端，外接反馈电阻呆调节输入放大器的增益。VREF基准电压输出。VSS接地。OSC1，OSC2振荡器输入、输出端，两端外接3.5795MHz晶体。TONE内部DTMF发送器输出/WR微处理器写信号输入，TTL电平/CS片选信号输入，低电平有效RS0内部寄存器选择输入/RD微处理器读信号输入，TTL电平/IRQ/CP中断请求/呼叫进行。在中断模式，有中断时输出低电平D0~D3微处理器数据总线（双向），TTL电平ESt先期检测输出，检测到有效的音频信号时输出高电平St/Gt双向I/O口VDD电源输入，+5V3、电路的基本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，具体说来，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、低频组合信号。如果高、低频组信号同时被检测出来，便在ESt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ESt即返至低电平，与此同时ESt通过外接R向C充电，得到St，Gt。（通常此两端相短接）积分波形，如图3-4示，若经tGTP延时后，St，Gt电压高于门了限值VTst时，产生内部标志，这样，该电路在出现ESt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St标志出现时，则该码字送到三态输出端D0—D3。另外，St信号经形成和延时，从/IRQ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VTst２１以下，使/IRQ也回到低电平。图3-5是它的工作时序波形图，图3-6是MT8888CE分离带通滤波器特性频谱图。图3-5MT8888CE接收时序图图3-6频谱图图3-7是DTMF电路原理图，本实验系统中的MT8888CE的DTMF信号输入脚通过一个电阻电容后与空份模块中的MT8816脚相连，用户1、2、3、4拨号后信号通过AX1、AX2、AX3、AX4到达MT8816，通过控制系统编程使一路用户的拨号信号到达MT8888CE。MT8888CE的TONE输出脚也与MT8816一个脚相连，可以通过CPU向MT8888CE的地址中写数字并通过MT8816使产生的DTME音频信号到达个用户模块。２２MT8888CE的译码表见表3-4所示表3-4：MT8888CE译码表图3-7DTMF电路原理图２３五、实验内容1、用示波器观察并测量发送DTMF信号的波形，在用户线接口电路的输出端进行测量，即在测量点AX1、AX2、AX3、AX4进行测量，在这些测量点所测量的信号为电话机所发送的DTMF波形；2、用示波器观察并测量DTMF信号发送的波形，即在MT8888CE的TONE引脚上测量，听电话的声音，此时是通过CPU向MT8888CE中写数来产生DTMF音频信号。六、实验步骤1、接好实验系统电源，并在用户接口模块一接上电话单机。2、信号测量：a)接收实验部分：按实验箱键盘上的“3”，一位同学将用户接口模块一的用户摘机，拨打电话号码，即按电话单机上的任意键，其中另一位同学对电路的测量点AX1进行观察并记录波形。(此时提机后不送拨号音)b)发送实验部分再次按键盘上的“3”系统会每隔0.1秒发送话机上的从1开始的12个键，用示波器观测TONE(MT8888CE第8脚)的输出；3、再次按“3”，进入接收部分，按“F”结束实验返回主菜单。七、实验报告要求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、无信号状态时的波形，并能作简要的分析与说明。