用单片机实现DTMF信号译码

引言

DTMF信号首先用于电话的拨号系统，在频率编码遥控系统及数据编码传输中的应用也很普遍。目前的DTMF译码器中，大多采用通用集成器件（单音译码电路和组合门电路）或专用DTMF信号译码集成电路（如MC145436等）组成译码电路。在很多情况下，DTMF译码器输出的数据仍需送入单片机进行相应的运算及处理，进而控制其它各种设备的动作。因此，如果能找到一种基于单片机的DTMF信号的译码算法，再辅之以简单的整形电路就可以，既可省去成套译码电路，又能达到简化电路降低成本的目的。本文所要介绍的，就是这种构想的初衷，结果通过计算机仿真计算数据论证认为完全能够达到设计要求。

1、DTMF信号频率组成及整形前DTMF信号的幅值密度

在DTMF信号中，16个指令键均由两个单音频率信号组合（见表1）。单音频率有两组，高频组为（1209Hz、1336Hz、1447Hz、1633Hz），低频组为（697Hz、770Hz、852Hz、941Hz），每个指令键，对应的都是一个高频组的频率和一个低频组的频率的组合。以“*”号指令键为例：其DTMF信号是由941Hz的低频组信号和1209Hz的高频组信号组成。图1为其频谱图。

从图1中可以看出，“*”号指令键的DTMF信号在941Hz和1209Hz处有谱线。在理想条件下，可计算出频谱密度函数X（f）在f=941Hz和1209Hz时的模值为|X（941）|，|X（1209）|，即它们模值均不为零。也就是说，要是同时存在频谱密度函数模值为|X（941）|，|X（1209）|，并且它们模值均不为零时，其表征的键号为“*”。以此类推（见表1），可分别计算出低频组信号|X（697）|、|X（770）|、|X（852）|、|X（941）|和高频组信号|X（1209）|、|X（1336）|、|X（1447）|、|X（1633）|的模值。如果高、低频组中均各自有一个X（f）的模值不为零，则再通过f在表1查找出其表征的指令键。

表1 DTMF信号频率组成表

在用单片机进行X（f）运算即离散傅立叶变换（DFT）时，只能对有限长的DTMF信号进行分析与处理，即对有限时间Tp=NT内的N个数据进行离散傅立叶变换（N为采样点数，T为采样时间间隔）。

根据DFT定义式：

同样以“*” 指令键信号为例，在高频率组f=1209 Hz，采样点数N=256，采样时间间隔T=55×10-6 S时，由式K=f×N×T，可得K=17，即|X（17）|为DTMF信号在频率为1209 Hz处的幅值密度其值为121.5。在低频率组f=941 Hz，采样点数N=256，采样时间间隔T=54×10-6 S时，由式K=f×N×T，可得K=13，即|X（13）|为DTMF信号在频率为941 Hz处的幅值密度其值为123.6。同理，可计算出其它15个指令键的幅值密度，见表2（表2为对16个指令键的DTMF信号采用计算机仿真计算后的幅值密度）。