参考文献
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摘要
双音多频信令（DTMF）是由1950年代的贝尔实验室开发的，作为支持当时革命性的按钮手机的方法。该信令系统使用一对音调来表示可以通过电信链路的语音频带传输的数字数据。系统中定义了两组四个频率，并且信息被同时发送的每个组的一个频率进行编码。这导致总共十六个频率对组合（来自每个组的一个）来表示16个不同的数字，符号和字母。DTMF使用扩展到广泛的通信和控制应用程序，通过国际电信联盟在其建议Q.23中进一步支持。雷竞技安卓下载
在本应用说明中，我们实现了数字和模拟级的DTMF音发生器，因此产生了8个标准音和产生的信号。为此，我们使用了GreenPak™SLG46620V[5]和opampSLG88104V[6]。得到的信号是由电话键盘的相应行和列选择的两个音调的总和。
系统有四个输入位，以定义将生成的信号组合。它还具有启用输入，启动生成并指定所产生的信号的持续时间。该系统的输出是由此产生的信号（具有所选频率的两个信号之和），频率精度与ITU-T DTMF标准兼容。
DTMF信号
DTMF标准定义了数字0-9，字符A，B，C和D以及符号*和＃表示为两个频率的组合。这些频率分为两组，称为高组频率和低组频率。表1显示了频率，组和相应的数字表示。
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高集团
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|||||
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低组
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1209
赫兹 |
1336.
赫兹 |
1477.
赫兹 |
1633
赫兹 |
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697 Hz. |
1 |
2 |
3. |
一种 |
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770赫兹 |
4. |
5. |
6. |
B. |
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852 Hz. |
7. |
8. |
9. |
C |
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|
941赫兹 |
* |
0. |
＃ |
D. |
|
音调频率的选择是为了避免谐波。在选定的频率下，没有频率是其他频率的倍数。另外，两个频率的和或差不会导致另一个DTMF频率。总之，避免了谐波失真或互调失真。
标准Q.23指定每个透射频率必须在标称频率的±1.8％内，并且总失真产品（由谐波或互调）的总失真产品必须至少为20 dB，低于基本频率。雷电竞官网登录
基于前面的描述的结果信号可以被建模为：
哪里f高的和F.低是高组和低组的相应频率。图1显示了数字“1”的结果信号。在图2中可以看到相应的频谱。
图1. DTMF信号 |
图2。DTMF信号频谱 |
信号的持续时间是可变的，具体取决于使用DTMF信令的应用。最重要的应用类别由拨号的性质定义，因此在手动拨号和自动拨号之间变化雷竞技安卓下载。在表2中，示出了由拨号类型分类的典型时间持续时间的摘要。
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高集团
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高集团
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|||
|
闵。
|
Max。
|
闵。
|
Max。
|
|
|
手动拨号 |
65毫安 |
- |
80毫秒 |
- |
|
自动拨号 |
65毫安 |
100毫安 |
80毫秒 |
6500
多发性硬化症 |
为了获得更大的灵活性，本app note中实现的系统只有一个enable输入，该输入启动信号的生成并定义信号的持续时间，这将等于使能脉冲持续时间。
模拟舞台
ITU-T建议书Q.23将DTMF信号指定为模拟信号，建模为两个正弦波。在此应用笔记中，GreenPak SLG46620V以其对应于所需频率的频率生成方波形。为了获得具有正确频率的正弦波并获得所得到的信号（两个正弦波的总和）必须使用模拟滤波器和添加剂。这是我们使用SLG88104V运算放大器进行此项目的主要原因。
在图3中，示出了模拟阶段的框图。
我们使用了两个过滤器来获得来自广场波的正弦波形。最后，将两个波形一起总结在一起以获得所需的输出。
在图4中，在傅立叶分析之后示出了所获得的方波的光谱。
如您所见，方波形只有奇数谐波。如果具有幅度A的方波形由其傅立叶系列表示，我们发现：
通过分析，我们可以得出结论，如果模拟滤波器对谐波有足够的衰减，我们可以得到与方波频率相同的正弦信号。
考虑到关于干扰的Q.23标准规范，所有谐波必须衰减20 dB或更多。此外，考虑到低组的任何频率可以与高组的任何频率组合，我们设计了两个过滤器，每个滤波器为每个组。
我们使用了两种过滤器的低通巴特沃思拓扑。秩序的Butterworth滤波器的衰减N可以计算为：
哪里fC是过滤器的截止频率和N是订单。
要确定过滤器的参数，每个组的最低频率和最高频率之间的衰减可以是3DB最大值，因此：
考虑到绝对值，
此外，正如我们之前所说的那样，谐波的衰减必须是20 dB或更多。最坏的情况是本组的最低频率，因为它的第3次谐波是最低的谐波和接近截止频率。考虑到第3次谐波比基本的3倍，过滤器必须包含（绝对值）：
如果将这些等式应用于两个组，则产生的过滤器必须是2n过滤器。这意味着如果用OpAmps实现，滤波器将有两个电阻和两个电容。如果我们用3rd.订购过滤器，将减少对组件公差的敏感性。
滤波器选择的截止频率为低组977hz和高组1695hz。使用这些值，频率组内的电平差异与要求的值一致，并且由于组件公差而对截止频率变化的灵敏度更低。
用SLG88104V实现的滤波器电路原理图如图5所示。第一R-C对值被选择为不驱动来自SLG46620V的大电流。滤光片的第二阶段确定放大倍数，放大倍数设为0.2。方波的直流电平将OpAmps的工作点设置为2.5V。这个不需要的电平被滤波器的输出电容阻挡。
最后，在加法器阶段，对滤波器的输出信号进行求和，得到的信号就是从高组中选择的信号和从低组中选择的信号的和。输出信号的电平可以通过两个电阻R9和R10来调节，以补偿滤波器级的衰减。图6为加法器级电路，图7为整个模拟级电路。
数字舞台
数字级的DTMF音发生器是基于DTMF标准的每个频率的方波发生器。我们选择GreenPAK SLG46620V来实现这个实现，因为它需要8个计数器用于波形发生器。这个阶段的输出是两个方波，每组一个。
方波形波形用计数器和D形触发器配置为产生50％占空比方波形。为此，计数器被配置为具有等于所需频率的双倍的输出频率，并且DFF将计数器的输出划分为两个。
计数器的时钟源是2 MHz RC内部振荡器，除以4或12.该时钟变化基于每个计数器的比特数和每个频率所需的计数器数据。
产生更高的频率需要更少的计数，所以大多数更高的频率是用8位计数器和RC内部振荡器除以4实现的。出于同样的原因，使用14位计数器实现较低的频率。
SLG46620V有三个标准的14位计数器可用，因此较低频率之一用8位计数器实现。为了实现该频率，我们使用RC振荡器除以12作为CNT8的时钟源，将计数器数据减少到0到255的数字。要选择使用这些条件实现哪些频率，因此具有更高的频率选择计数器数据以具有更少的错误。这就是使用此计数器类型实现最低频率的原因。
表3给出了每个方波的详细信息。
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时钟条件
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计数器数据
|
频率误差[％]
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||
|
低组
|
697 Hz. |
RC / 12. |
120. |
0.37 |
|
770赫兹 |
RC / 4 |
325. |
0.1 |
|
|
852 Hz. |
RC / 4 |
293. |
0.15 |
|
|
941赫兹 |
RC / 4 |
266. |
0.12 |
|
|
高集团
|
1209赫兹 |
RC / 4 |
207. |
0.11 |
|
1336赫兹 |
RC / 4 |
187 |
0.07 |
|
|
1477 Hz. |
RC / 4 |
169. |
0.16 |
|
|
1633赫兹 |
RC / 4 |
153. |
0.06 |
从表中可以看出，所有频率都有小于1.8％的误差，因此它们是DTMF标准兼容。这些理论值（基于RC振荡器的理想频率值）可以通过测量输出频率来调整，以获得具有RC振荡器的实际值的所需频率。
在这个实现中，所有的方波发生器是并行工作的，但在任何时候每个频率组只有一个输出，所以用户必须选择输出哪个频率。为此，我们使用4个gpio(每组2位)，低组的真值表见表4，高组的真值表见表5。
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R1.
|
R0.
|
输出频率
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|
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低组
|
0. |
0. |
697 Hz. |
|
0. |
1 |
770赫兹 |
|
|
1 |
0. |
852 Hz. |
|
|
1 |
1 |
941赫兹 |
|
C1.
|
C0.
|
输出频率
|
|
|
高集团
|
0. |
0. |
1209赫兹 |
|
0. |
1 |
1336赫兹 |
|
|
1 |
0. |
1477 Hz. |
|
|
1 |
1 |
1633赫兹 |
图8显示了852 Hz平方波形发生器的逻辑图。使用相应的计数器数据和LUT配置对每个频率重复该逻辑。
计数器随着输出频率（由计数器数据定义）等于相应的DTMF音调频率的两倍运行。此配置设置如图9所示。
计数器的输出连接到D-Flip的时钟输入。DFF的输出被配置为倒Q，因此通过连接DFF的输出和输入，d型转换为t型。DFF的配置如图10所示。
DFF的输出连接到LUT，仅当R1-R0具有相应的值时才选择此频率。也就是说，如果R1高并且R0低，则输出端口复制波形。否则，输出端口始终低。该配置可以在图11中看到。
图9.方波发生器的计数器 |
图10。方波发生器的触发器 |
图11.查找方波发生器表 |
如前所述，该实现还具有一个enable pin。与使能是高，它使两个方波输出，并决定这些音调的持续时间，这是相等的脉冲持续时间在引脚。为了实现这一点，我们使用了更多的lut。
对于高群频率，使用一个4位LUT和一个2位LUT，如图12所示。
4位LUT1配置为或门，因此如果其输入的所有输入高，则输出高电平。C1 / C0真值表在任何时间只能启用其中一个频率发生器，因此4位LUT1通过所选波形。该LUT的输出连接到2位LUT4，仅当使能信号很高时才通过波形。在图13和图14中，示出了4位LUT1和2位LUT 4配置。
图13. 4位LUT1配置 |
图14。2比特LUT4配置 |
对于低组频率，我们使用了两个3位LUT来创建相同的逻辑，因为没有更多的4位LUT可用。
整个实现如图16所示，而图17示出了整个电路示意图。
测试
为了测试实现，我们用示波器获取不同DTMF信号对应的方波输出来验证频率。图18和图19显示了852hz和1477hz的方波输出。
图18。85hz方波 |
图19. 1477 Hz Square Wave |
一旦所有的信号频率被验证，我们测量滤波器的输出对应于低群信号和高群信号的和。图20为770 Hz和1209 Hz的和，图21为941 Hz和1633 Hz的和。
图20. 770Hz和1209 Hz DTMF信号 |
图21。941 Hz和1633 Hz的DTMF信号 |
结论
在此应用笔记中，我们使用GreenPak SLG46620V和SLG88104V Opamp实现了DTMF音色发生器。用户必须为两个DTMF组设置频率，并提供脉冲，该脉冲使得能够生成并定义信号持续时间。该设计仅需要来自用户的5个信号来生成相应的DTMF信号。