DTMF无线遥控系统设计.docx

1、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

2、任务书发布之日开始，分散进行，答辩时间统一。 目 录摘 要 IAbstract II1设计题目及设计要求 11.1设计题目 11.2设计要求 12 DTMF简介 22.1 DTMF定义 22.2 DTMF编解码器 23 DTMF遥控原理与电路结构 33.1 发射器原理 33.2 接收器原理 54元器件清单 105 总结 116参考文献 12 摘 要DTMF（Dual Tone Multi-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44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UM95

3、087和专用解码芯片MT8870的DTMF遥控器的设计和制作。关键词：DTMF，44键盘，编码芯片UM95087，解码芯片MT8870AbstractDTMF (Dual Tone Multi-frequency) first was applied to dial-up system. Dual tone multi-frequency dial-up keyboard is 4 4 matrix. Each row represents a low-frequency, while each column represents a high frequency.When any butto

4、n is pressed,it sends a signal constitute of a high-frequency signal and low frequency signal. This article is based on the specific encoding chips UM95087 and decoder chip MT8870 to design and produce a dedicated DTMF remote control system.Keywords: DTMF, 4 4 keyboard, encoding chips UM95087 decode

5、r chip MT88701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09，AF 16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；2 DTMF简介2.1 DTMF定义DTMF（Dual Tone Multi-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

6、。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44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。2.2 DTMF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

7、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。3 DTMF遥控原理与电路结构3.1 发

8、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44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。44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

9、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 (0.7K0.9)。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30ms40ms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

10、信号工作可靠性特别是抗干扰能力很强【5】。fL fH1209133614771633679123A770456B852789C941*0#D表1 频率组合关系图 UM95087的管脚分布如图2。图2 UM95087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

11、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

12、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09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5 MT8870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（0.1F）及电阻（100k）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

13、入输出之间接一个100k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（100k）及电容（0.1F）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

14、进制代码从1114脚输出，高电平有效。平时10脚保持低电平，1114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：Digit TOE INH ESt Q4 Q3 Q2 Q1ANY L X H Z Z Z Z1 H X H 0 0 0 12 H X H 0 0 1 03 H X H 0 0 1 14 H X H 0 1 0 05 H X H 0 1 0 16 H X H 0 1 1 07 H X H 0 1 1 18 H X H 1 0 0 09 H X H 1 0 0 10 H X H 1 0 1 0* H X H 1 0

15、1 1# H X H 1 1 0 0A H L H 1 1 0 1B H L H 1 1 1 0C H L H 1 1 1 1D H L H 0 0 0 074hc154引脚图： 图7.74hc1541-11,13-17：输出端12：Gnd电源地 （ground (0 V)）18-19：使能输入端、低电平有效 (enable inputs (active LOW)20-23：地址输入端 (address inputs)24：VCC电源正 (positive supply voltage) 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MT88701UM95087

16、174HC15412电阻23电容114发光二极管165石英晶振26USB接口5V17红外发光二极管SE30328红外接收二极管NET11419按键开关165 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。

17、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，2007.72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，2008.14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，2004.65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