DTMF无线遥控系统设计.docx

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DTMF无线遥控系统设计

课程设计任务书

学生姓名：

专业班级：

指导教师：

工作单位：

题目:

DTMF无线遥控系统设计

初始条件：

理论方面——电路分析基础、模拟电子、高频电子线路等专业知识

设备方面——示波器、万用表、信号发生器、烙铁焊锡等

软件方面——matlab仿真平台

场地方面——鉴主13楼通信实验室4

要求完成的主要任务:

（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1.理论设计与分析，包括理论的推导和计算过程。

2.制作相应的电路实物或者编制仿真程序，并与理论结果对比，最后得出结论。

3.完成课程设计报告，要有必要的公式、文字和图表说明。

要有测试结果或者仿真结果。

时间安排：

本课程设计自任务书发布之日开始，分散进行，答辩时间统一。

目录

摘要I

AbstractII

1设计题目及设计要求1

1.1设计题目1

1.2设计要求1

2DTMF简介2

2.1DTMF定义2

2.2DTMF编解码器2

3DTMF遥控原理与电路结构3

3.1发射器原理3

3.2接收器原理5

4元器件清单10

5总结11

6参考文献12

摘要

DTMF（DualToneMulti-frequency）即双音多频，最先应用于拨号系统。

双音多频的拨号键盘是4×4的矩阵，每一行代表一个低频，每一列代表一个高频。

每按一个键就发送一个高频和低频的正弦信号组合。

本次课程设计是基于专用编码芯片UM95087和专用解码芯片MT8870的DTMF遥控器的设计和制作。

关键词：

DTMF，4×4键盘，编码芯片UM95087，解码芯片MT8870

Abstract

DTMF（DualToneMulti-frequency）firstwasappliedtodial-upsystem.Dualtonemulti-frequencydial-upkeyboardis4×4matrix.Eachrowrepresentsalow-frequency,whileeachcolumnrepresentsahighfrequency.Whenanybuttonispressed,itsendsasignalconstituteofahigh-frequencysignalandlowfrequencysignal.ThisarticleisbasedonthespecificencodingchipsUM95087anddecoderchipMT8870todesignandproduceadedicatedDTMFremotecontrolsystem.

Keywords:

DTMF,4×4keyboard,encodingchipsUM95087decoderchipMT8870

1设计题目及设计要求

1.1设计题目

DTMF无线遥控系统设计

1.2设计要求

设计一双音多频无线遥控系统

（1）选用DTMF编码器芯片构成一DTMF发射编码器，具有0~9，A~F16个按键；

（2）选用DTMF译码器芯片构成一DTMF接收译码器，应具有二进制四位数据输出；

（3）采用红外电路构成无线DTMF遥控系统；

2DTMF简介

2.1DTMF定义

DTMF（DualToneMulti-frequency）即双音多频，最先应用于拨号系统。

由高频群和低频群组成，高低频群各包含4个频率。

一个高频信号和一个低频信号叠加组成一个组合信号，代表一个数字【1】。

DTMF信令有16个编码。

双音多频信号（DTMF），电话系统中电话机与交换机之间的一种用户信令，通常用于发送被叫号码。

双音多频的拨号键盘是4×4的矩阵，每一行代表一个低频，每一列代表一个高频。

每按一个键就发送一个高频和低频的正弦信号组合，比如'1'相当于697和1209赫兹（Hz）。

交换机可以解码这些频率组合并确定所对应的按键。

2.2DTMF编解码器

DTMF编解码器在编码时将击键或数字信息转换成双音信号并发送，解码时在收到的DTMF信号中检测击键或数字信息的存在性。

一个DTMF信号由两个频率的音频信号叠加构成。

这两个音频信号的频率来自两组预分配的频率组：

行频组或列频组。

每一对这样的音频信号唯一表示一个数字或符号。

由于按照组合原理，一般应有8种不同的单音频信号。

因此可采用的频率也有8种，故称之为多频，又因它采用分别从高低频中任意抽出1种进行组合来进行编码，所以又称之为“8中取2”的编码技术。

根据CCITT的建议，国际上采用的多种频率为697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz等8种。

用这8种频率可形成16种不同的组合，从而代表16种不同的数字或功能键【2】。

现在已经有了各种专用的DTMF发生与解调电路，功能上略有不同但原理上基本一致。

DTMF作为一种频分制电路用在遥控电路中具有电路简单、应用方便、性能可靠等优点。

3DTMF遥控原理与电路结构

3.1发射器原理

DTMF遥控系统一般由发射器和接收器两部分组成，发射器可采用S2559芯片构成的电路。

它主要由时钟电路、键盘输入逻辑控制电路、可编程分频器、D/A转换电路等几部分构成，将输入端选用4×4导电橡胶键盘，输出端的DTMFOUT信号通过红外发射器件发射即构成了发射器【3】。

红外发射

驱动

调制

指令信号产生

指令键

（a）发射器框图

（b）发射器基本构成

图1发射器框图及基本构成

一个DTMF信号由两个频率的音频信号叠加构成。

这两个音频信号的频率来自两组预分配的频率组：

行频组或列频组。

每一对这样的音频信号唯一表示一个数字或符号。

4×4键盘按键与高低频的组合频率如表1所示，例如'#'就是低频组的941Hz和高频组的1477Hz组合表示的。

可用下式表示【4】，

式中两项分别表示低、高音群的值，Ab和Aa分别表示低音群和高音群的样值量化基线，而且两者幅值比为K=Ab/Aa（0.7

同时规定，对应于表1中的标称频率在发送时，DTMF信号的频率偏差不应当超过1.5％，每位数字的信号极限时长应该大于40ms，而接收设备对2％的偏差应能可靠地接收，对30ms～40ms时长的信号可以正常地接收。

与单音编码不同,DTMF信号是采用8中取2的方式,从高低两个音组中各取一个音频复合而成来代表0-9十个号码和其他功能码,再加上这8个音频信号的各频率间不存在谐波关系,大大减少了虚假信号的干扰,因而DTMF信号工作可靠性特别是抗干扰能力很强【5】。

fL

fH

1209

1336

1477

1633

679

1

2

3

A

770

4

5

6

B

852

7

8

9

C

941

*

0

#

D

表1频率组合关系图

UM95087的管脚分布如图2。

图2UM95087管脚排列

发送器整体电路如图3，UM95087的C1~C4为四个fH信号，R1~R4为四个fL信号接入UM95087的键盘输入控制逻辑电路，OSC0、OSC1外接石英晶体振荡器并连接到UM95087内部的时钟电路上，S2559的10脚（MUTE）和2脚（XMIT）为静音输出，当任一键输入时MUTE将变为高电平（无输入时为低电平），而XMIT和MUTE输出相反，因此可以利用2脚为驱动三极管VT提供偏置，并接入隔直电容C1防止对输出DTMF信号的影响，15脚（MDSL/CD）接地，提高发射DTMF信号的可靠性。

UM95087其引脚主要功能如下:

引脚主要功能引脚主要功能

1正电源电压9键盘输入

2开关输出10静音输出端

3键盘输入11键盘输入

4键盘输入12键盘输入

5键盘输入13键盘输入

6负电源电压14键盘输入

7振荡器输入5单音抑制输入端

8振荡器输出16双音频信号输出

图3发射器整体电路图

3.2接收器原理

DTMF信号接收器又称为DTMF解码器，它的功能是把DTMF信号变换为二进制数字信号，利用这些数字信号借助逻辑电路进行控制。

DTMF接收电路在接收到DTMF信号后进行双音频选频，再进行指令解调。

解调后将输出0~9以及#、*和A、B、C、D十六个状态的四位二进制数据。

MT8870是DTMF专用解码芯片，具有外围支持元件少、功耗低、工作可靠等优点【6】。

前置放大

解调

指令检出

记忆与驱动

执行

红外接收

（a）接收器框图

（b）接收器基本构成

图4接收器框图及基本构成

MT8870的管脚分布如图5。

图5MT8870管脚排列

图6.MT8870内部原理图

用户音频电路电话机发出的双音多频（DTMF）信号通过电容（0.1μF）及电阻（100kΩ）耦合到芯片的第2脚，2脚是芯片内部运算放大器的反向输入端，3脚是运放的输出端，输入输出之间接一个100kΩ的比例放大电阻。

芯片的11脚至14脚是DTMF信号的二进制代码的输出数据通道。

它们与单片机的数据总线相连。

芯片的18脚接电源+5V，16、17脚与18脚之间所接的电阻（100kΩ）及电容（0.1μF）是识别DTMF信号时所需的时间常数电路。

5、6、9脚接地，1脚与4脚相连，7、8脚之间接一个3.5795MHz的晶振，分频产生芯片内部所需的DTMF信号双音对中的各单音比较信号，芯片的15脚是DTMF信号检测输出，当芯片接收到双音多频信号时，15脚输出高电平，15脚通过反相器接到单片机的外部中断0引脚，平时15脚为低电平。

芯片的10脚为数据允许输出端，允许芯片接收到的DTMF二进制代码从11~14脚输出，高电平有效。

平时10脚保持低电平，11~14脚为高阻态。

它接收了DTMF信号后，内部将信号分成高频带和低频带，并将此信号送至数字译码器。

输出与接收对应情况：

DigitTOEINHEStQ4Q3Q2Q1

ANYLXHZZZZ

1HXH0001

2HXH0010

3HXH0011

4HXH0100

5HXH0101

6HXH0110

7HXH0111

8HXH1000

9HXH1001

0HXH1010

*HXH1011

#HXH1100

AHLH1101

BHLH1110

CHLH1111

DHLH0000

74hc154引脚图：

图7.74hc154

1-11,13-17：

输出端

12：

Gnd电源地（ground（0V））

18-19：

使能输入端、低电平有效（enableinputs（activeLOW））

20-23：

地址输入端（addressinputs）

24：

VCC电源正（positivesupplyvoltage）

图8.74HD154真值表

图9.接收电路图

4元器件清单

序号

名称

型号

数量

1

芯片

MT8870

1

UM95087

1

74HC154

1

2

电阻

2

3

电容

1

1

4

发光二极管

16

5

石英晶振

2

6

USB接口

5V

1

7

红外发光二极管

SE303

2

8

红外接收二极管

NET114

1

9

按键开关

16

5总结

通过这次课程设计，我对高频电路的实际应用有了一次切身体会。

学会用高频相关课程的专业知识来分析和解决问题。

在这次课程设计中中，我掌握了DTMF多音双频开关的原理，并能利用专用芯片设计出合理的实用电路系统。

这次课设的难点在于仿真的进行，通过查阅资料后找到初定的电路图，对电路进行仿真时在各种相关的软件找不到对应的芯片，然后想通过查找芯片内部结构图，直接进行基础元件来构造，但很可惜的是，在短时间内，没有渠道获得芯片的资料和基础功能实现的构建。

只能直接开始做实物，接着去电子市场买元器件进行实物焊接，然而想不到的是，也没用这种专业芯片可以购买，需要一定时间进行订单预购。

只能通过功能相同的其他芯片进行替代。

再次根据买到的芯片设计电路图，进行焊接。

这次课程设计中我还是学到了很多东西。

从开始到结束，从课设的要求开始，到原理的理解，到仿真的构建，以及过程中不断重复的查找资料，后面与实验室老师的沟通，以及电子市场询问和购买的经历，都让我明白了许多，与同学、老师的沟通，以及类似小组同学的合作是让一件事情能有效做好的捷径。

这次课设也是对自己所学知识的检查，以及专业的考核和整个课外知识的认知，确实，这次课设让我懂了很多以及在未来学习道路该怎么走。

6参考文献

[1]陈永甫.实用无线电遥控电路.北京：

北京邮电大学出版社，2007.7

[2]杨文波.用DTMF电路制作的远距离控制键盘

[3]周小飞，张宏纲.认知无线电原理及应用.北京：

北京邮电大学出版社，2008.1

[4]肖景和，赵健.无线电遥控组件与其应用电路.北京：

北京邮电大学出版社，2004.6

[5]王俊峰，薛鸿德.现代遥控技术及应用.北京：

北京邮电大学出版社，2005.9