毕业设计（论文）DTMF的检测与识别

1、摘 要本课题针对dtmf双音多频信号的检测与识别，着力分析研究了dtmf信号编解码电路以及语音芯片的工作原理和开发应用。研究过程中通过查阅相关文献资料，对实现方案进行了分析设计，并基于设计方案对dtmf编解码芯片及语音芯片进行了分析选型和电路设计调试。本文首先介绍了dtmf技术和常用的dtmf信号编解码芯片，经过选型，设计了本系统dtmf信号的收发方案。同时，针对目前常用的语音芯片，我们着重分析了isd系列语音芯片1420的工作原理和分段原理，根据研究分析结果，设计了该芯片的录放音方案。结合mt8870译码显示电路和isd1420录放音电路的工作原理，实现了系统的按键译码显示和按键播报功能。文

2、章给出了用电路图绘制工具protel 99se绘制的系统实现电路。本文最后对系统实现方案作了进一步探讨设想，以拓展和优化系统设计。关键词 tp5087 mt8870 mt8888 isd1420语音芯片 dtmf双音多频信号 直接模拟存储技术目 录第1章 引言11.1 设计要求11.2 课题意义1第2章 dtmf技术22.1 自动电话的制式22.2 dtmf 技术 3第3章 dtmf信号收发方案分析53.1 tp5087双音多频编码器53.2 mt8870双音多频解码器73.2.1 引脚排列与功能73.2.2 内部结构83.2.3 内部原理分析93.2.4 应用电路93.3 mt8888双音多

3、频编解码器123.3.1 引脚排列与功能123.3.2 内部结构133.3.3 寄存器与控制133.3.4 应用电路153.4 dtmf信号收发的两种方案15第4章 isd110/isd1420系列语音芯片简介164.1 isd110/isd1420系列语音芯片概述164.2 isd1420语音芯片功能描述174.3 isd1420操作模式204.4 isd1420应用电路和时序21第5章 设计实现235.1 dtmf信号的发送235.2 dtmf信号的接收和按键显示245.2.1 模块电路和功能245.2.2 protel 99se绘制的功能实现电路255.3 按键播报265.3.1 isd

4、1420分段原理265.3.2 录放音实现295.3.3 protel 99se绘制的总体实现电路30第6章 结束语32参考文献33致谢34附录1 所需器件与设备35附录2 芯片资料36dtmf的检测与识别第1章 引言1.1 设计要求本课题要求将电话机的按键拨号信息dtmf（double tone multi frequency，双音多频）信号正确接收解码，在数码管上逐位显示，并通过语音芯片将电话按键号码播报出来。设计实现中，要求在查阅双音多频信号及语音芯片相关资料的基础上，学习和熟悉dtmf编解码器和语音芯片的使用知识，结合电子电路设计知识，设计本系统的实现电路，并用电路图绘制工具prote

5、l 99se进行绘制，根据绘制的电路，在实验室条件下，进行电路搭建和调试。1.2 课题意义dtmf双音多频拨号和解码在通信系统及其它方面有着广泛的应用。dtmf信号是电话网中常用的信令，无论是家用电话、移动电话还是程控交换机，多采用dtmf信号发送接收号码。dtmf作为实现电话号码快速可靠传输的一种技术，具有很强的抗干扰能力和较高的传输速度，除广泛应用于电话通信系统用作电话的音频拨号外，还可以在数据通信系统中广泛地用来实现各种数据流和语音等信息的远程传输。dtmf信号传输在语音网络中极为重要，因为网络不仅传输被叫方的拨叫号码，而且用来激活基本电路特性。信号质量的衰减会影响到dtmf信号的识别。

6、dtmf信号的失真又会影响话音服务的质量。语音芯片的应用前景也十分广阔，目前语音芯片已应用于微型固体录音机、通讯、电话、车船、飞机黑匣子、有声电子信函、语音信箱、高级玩具等。此外，还可以利用语音芯片开发出“会说话”的电压表、电流表等语音型智能仪器仪表以及“会说话的电子称”、“出租车自动语音报价器”、“多路语音报警系统”等新颖电子电器产品。该项设计可促进我们学习开发电子、通信产品的技术，培养和锻炼我们电子电路设计调试、文献资料检索、电路图绘制等多方面的能力和素质，同时也帮助我们熟练掌握常用双音多频信号编解码器和语音芯片的工作原理和使用方法，具有很强的实践指导意义和实用价值。第2章 dtmf技术2

7、.1 自动电话的制式要弄清双音频的来龙去脉，必须从电话的制式谈起。最早的电话机是带有一个“手摇把”的，后来慢慢的开始出现了“磁石电话”、“供电电话”、一直发展到现在人们广泛使用的“自动电话”。由于“磁石电话”、“供电电话”早已淘汰，因此我们重点要谈的是自动电话的制式。 从自动电话的制式来分，可分为“脉冲制式”及“双音频制式”两种。所谓“脉冲制式”，就是拨号的时候电话机发出的是一串一串的“无电流脉冲”。比如拨号码“1”时，发出去的是一个“无电流脉冲”，也就是一个“断电脉冲”，拨号码“2”时，发出去的是两个连续的“无电流脉冲”，拨号码“0”时，发出去的是十个连续的“无电流脉冲”。如图2-1所示是脉

8、冲电话机拨武汉区号027 时线路上出现的脉冲图谱。图2-1 脉冲电话机拨号的脉冲图谱从图2-1中可以看出，待机状态下线路上是没有电流的，摘机后线路上才有电流，拨号时，拨的号码是几，线路上就出现几个连续的、没有电流的脉冲间隙，比如拨2的时候，就好像电话线被快速的断开了两次一样，因此老式的电话机还能用拍打叉簧的办法拨号。老式带有“拨号盘”的电话机就是脉冲电话。脉冲电话容易出现拨错号的现象，当线路接触不良，刮风时线路接头时通断时，就会出现错号。另外脉冲信号经过长途线路传送以后，由于线路电感和电容的影响，脉冲波形会发生严重畸变，本来上升沿和下降沿都是很陡的波形，传到对方以后很可能完全变样引起误判，因此

9、这种电话也逐渐被淘汰。所谓“双音频制式”，就是拨电话的时候，拨每一个号码，发出去的都是由两个不同频率的音频信号组合起来的双音频信号。如拨“0”的时候，发出去的两个音频信号分别是941hz和1336hz，拨“9”的时候发出去的两个音频信号分别是952hz 和1477hz 等等。我们用电话进行拨号时都能从听筒中听到一种按键的声音，这种声音其实就是由两个不同的频率组合成的复合音。每个号码都是由两个音频信号组合起来的，因此叫“双音频”。图2-2列出了每个号码与双音频频率的对应关系。我们可以将脉冲拨号与双音多频拨号的性能进行一个比较：（1）脉冲信号在线路传输中容易产生波形畸变，可能产生错号。（2）脉冲信

10、号的幅度较容易产生线间干扰。（3）脉冲拨号速度慢例如：拨打电话号码590850，它所用的时间为： （5+9+10+8+5+10）100+8005=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。 双音多频电话机是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590850为例，在双音多频方式下，单频持续时间为120ms，位间隔为108ms，则拨打上述电话号码所需的时间为1206+108

11、5=1260ms=1.26s。可见，脉冲拨号所用的时间是双音多频拨号的8.7 s/1.26s=6.4倍。2.2 dtmf技术由以上分析可知，采用双音多频信号，可以提高电路的抗干扰能力，减少交换机的接续差错，从而提高交换机的接通率。同时我们也可以知道dtmf技术就是用两个特定的单音频组合信号来代表数字信号以实现其功能的一种编码技术。两个单音频的频率不同，代表的数字或实现的功能也不同。这种电话机中通常有16个按键，其中有10个数字键09和6个功能键*、#、a、b、c、d。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，又因它采用从8种频率中任意抽出2种进行组

12、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687hz、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，具体组合如表2-1所示。行频（hz） 列频（hz） 1209133614771633697123a770456b852789c941*0#d表2-1 键值频率组合表dtmf信号由电话键盘使用相同幅度的两个不同的高频和低频来产生。拨号的时候，需要将每一个号码都转换成一对双音频信号，这种转换叫做编码；解（译）码，就是将接收到的双

13、音频信号重新还原成数据信号。dtmf接收器包括dtmf分组滤波器和dtmf译码器，其基本原理如图2-3所示。dtmf接收器先经高、低群带通滤波器进行fl/fh区分，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（d1d4）。图2-3 dtmf接收器原理图第3章 dtmf信号收发方案分析在方案分析之前，我们先介绍几种常用的dtmf编解码器。3.1 tp5087双音多频编码器为了产生dtmf信号，现在有很多专用芯片，tp5087就是其中之一。它是一个双音多频产生器，可以与一个标准的电话按键相连产生所有的双

14、音多频组合，现已广泛应用于按键式新型电话机、程控交换机等通信设备和其它电子仪器，是我国优选的通信集成电路品种。其引脚如图3-1所示。引出端功能说明如下：col1 col4：列输入端。它们通过内部电阻rc保持于vss。当与一行输入相接时，该输入将呈有效逻辑电平（近似为vdd/2）row1 row4：行输入端。它们通过内部电阻rr保持于vdd。当与一行输入相接时，该输入将呈有效逻辑电平（近似为vdd/2） osc1、osc0：振荡器输入与输出端，通常于两端间外接3.579545mhz晶体，产生电路时钟信号。mute：静默输出。当无按键输入时，该cmos输出端为vss电平，当有一按键输入时，该端呈现

15、vdd电平。其输出状态与inhst无关。xmtr：发送转换开关。它实际是集电极接于vdd的双极型晶体管之发射极输出，若无按键输入时，该输出保持在vdd电平；若有一按键输入时，该端呈高阻态，其状态于intst无关。inhst：单音禁止输入。该端通过内部上拉电阻接于vdd。若inhst悬空或接至vdd，电路可产生单音或dtmf信号，若intst输入vss电平，则电路只会产生dtmf信号，而禁止出现单音。dtmf：dtmf信号输出端。它实际是集电极接于vdd的npn晶体管之发射极输出。行和列单音经运放相加与稳幅后，加到晶体管的基极，经驱动而输出。tp5087的应用电路如图3-2所示。当按单键时，产生

16、dtmf信号；当同时按同一列，或同一行的多个键时产生该行或该列所对应的单音信号；当同时按不同行不同列的两键时，不产生信号。tp5087的矩阵编码表和真值表分别如表3-1和3-2所示。表3-1 tp5087矩阵编码表tp5087芯片输出频率精度如表3-3所示。表3-2 tp5087真值表表3-3 tp5087芯片输出频率精度表3.2 mt8870双音多频解码器3.2.1 引脚排列与功能mt8870是双音多频接收芯片，可用来完成dtmf信号的接收、分离和译码，能输出由相应16种dtmf频率组合的4位并行二进制码。mt8870的引脚排列如图3-3所示。各主要引脚功能如表3-4所示。图3-3 mt88

17、70引脚图表3-4 mt8870管脚说明in+，in-运放同、反相输入端，模拟信号或dtmf信号从此端输入。fb运放输出端，外接反馈电阻可调节输入放大器的增益。vref基准电压输出。ic内部连接端，应接地。osc1，osc0振荡器输入、输出端，两端外接3.5795mhz晶体。en数据输出允许端，若为高电平输入，即允许d01-d04输出，若为低电平输入，则禁止d01-d04输出。d01-d04数据输出，它是相应于16种dtmf信号（高，低单音组合）的4位二进制并行码，为三态缓冲输出。cigt控制输入，若此输入电压高于门限值vtst，则电路将接收dtmf单音对，并锁存相应码字输出，若输入电压低于v

18、tst，则电路不接受新的单音对。ec0初始控制输出，若电路检测出一对可识别的单音，则此端即变为高电平，若无输入信号或连续失真，则ec0返回低电平。cid延迟控制输出。当一有效单音对被接收，ci超过vtst，输出锁存器被更新，则cid为高电平，若ci低于vtst，则cid返至低电平。vdd接正电源，通常接+5v。vss接负电源，通常接地。3.2.2 内部结构mt8870是一种常用的双音频信号译码器，也是一种大规模coms集成电路，主要由滤波器、译码器和控制电路三部分组成。其内部逻辑框图如图3-4所示，mt8870芯片具有低功耗（电源电压5v时，消耗电流3ma）；使用外围元件少，外接3.579mh

19、z 的晶振；采用运算放大器，输出放大倍数调整方便且可提高增益及输入阻抗高等特点。3.2.3 内部原理分析当信号源发送的dtmf信号从in端输入放大器后，进入开关电容组成的双音频高低通滤波器，它能有效的将dtmf信号的高频区和低频区区分开来。再经过各自的滤波、整形电路后送到译码电路。译码电路由数字检测、编码转换、三态输出电路等几部分组成。数字检波电路采用对输入音频信号进行数字计数的方式以确定dtmf信号的频率并核查是否与标准的dtmf信号一致，在此过程中，经过复杂的计算，给dtmf信号的频率偏差提供一定的容差范围，提高对干扰频率和噪声的抗干扰能力。输入的dtmf信号被检测到后，经编码转换电路进行

20、8421编码送入锁存器锁存。当输出控制端toe为高电平时，dtmf信号所对应的8421编码即出现在q3q0端。为了对接受器的工作进行控制与协调，mt8870芯片内设置一系列的控制电路，当输入的双音多频信号持续的时间足够长（一般要求大于等于40ms）时，在整个双音多频信号持续时间内，外部干扰等原因造成的瞬间间断，接收器视为有效并实时的进行接收，否则不接收。除此之外，该芯片使用方便灵活，可以根据电路的需要设置外围元件的参数和选择器件型号，如设计芯片外部定时电路等。3.2.4 应用电路mt8870的dtmf信号单端输入的基本应用电路如图3-5所示，输入的dtmf信号经过c1、r1输入到1n端。图3-

21、5 mt8870单端输入电路对照图3-4内部原理图可知，该端是运放的反向端，该放大器的增益取决于反馈电阻rf和r1之比。放大器的同相输入端+1n与urff端相连，由urff端提供udd/2的参考电压作为偏置电压。c2和r2组成外部定时电路以确定芯片对输入信号的反应时间。toe端接udd端，表示数据可以输出到q3q0端。std端在芯片收dtmf信号并经识别后，在q0q3送出二进制码的时候变为高电平，因此该信号可以作为“输出就绪”的指示信息。mt8870双端输入电路如图3-6所示。 图3-6 mt8870双端输入电路mt8870的常用外围电路如图3-7所示。图3-7 mt8870常用外围电路mt8

22、870的外围电路非常简单，对于初学者来说，可以不考虑8870的内部构造，只需要按图3-7选用元件，并正确连接即可。图3-7中右下角的方框内是生产厂家推荐的外围元件参数，该参数除了晶体必须使用3.58mhz或者更精确的3.579545mhz的标准晶体以外，其他的元件允许误差可以放得很宽，比如r1推荐使用102k的，我们选用100k左右的就行了，r2要求使用71.5k的，我们选用75k左右的就可以了，当然选100k的也是可以工作的。简要说明如下：第3脚：负反馈输入端，外接电阻r2的阻值决定了芯片对输入信号的放大量，r2越大，负反馈越小，因此放大量也就越大。通常r2选100k200k，最大不要超过4

23、70k，因为放大量再大就没有必要了。第5、第6脚：接地即可。第7、第8脚：外接3.58mhz的标准晶体。第11、12、13、14脚：为4位数据输出端，该4个引脚的状态取决于输入端所接收到的双音频信号的频率组合。也就是取决于对方按压的是哪一个号码键，其对应关系如真值表3-5所示。第15脚：每当该芯片接收到一对有效的双音频信号时，该脚就变为高电平1，接收的双音频信号消失后，该脚即刻变为低电平0。因此单片机通过判断该脚的状态，来确定线路上的信号音是否为有效的双音频拨号音。 表3-5 mt8870真值表3.3 mt8888双音多频编解码器mt8888是采用cmos工艺生产的dtmf信号收发一体的集成电

24、路，它的发送部分采用信号失真小、频率稳定性高的开关电容式d/a变换器，可发出16种双音多频dtmf信号。接收部分用于完成dtmf信号的接收、分离和译码，并以4位并行二进制码的方式输出。mt8888芯片集成度高、功耗低，可调整双音频模式的占空比，能自动抑制拨号音和调整信号增益，还带有标准的数据总线，可与ttl电平兼容，并可方便地进行编程控制。3.3.1 引脚排列与功能mt8888芯片的引脚排列如图3-8所示，各引脚的功能如下。in+：运放同相输入端；in-：运放反相输入端；gs：运放输出端；vref：基准电压输出端，电压值为vdd/2；vss：接地端； osc1：振荡器输入端；osc2：振荡器输

25、出端； tone：dtmf信号输出端；wr：写控制端，低电平有效，与ttl兼容；cs：片选端，低电平有效；rso：存储器选择输入端，与ttl兼容； rd：读控制端，低电平有效，与ttl兼容； irq/cp：中断信号请求端； 图3-8 mt8888引脚图est：初始控制输出端；st/gt：控制输入/时间检测输出； d0d3：数据总线，在cs=1或rd=1时，处于高阻状态，与ttl电平兼容。 vdd：+5v电源端。3.3.2 内部结构mt8888内部由收发电路、振荡器和电源偏置电路组成。收码电路包括信号放大、拨号音抑制滤波、输入信号的高低频带通滤波、译码及锁存等功能；发码电路包括数据锁存、行列计数

26、d/a转换和混频等功能，mt8888的内部结构如图3-9所示。图3-9 mt8888内部结构框图3.3.3 寄存器与控制器mt8888内部有两个数据寄存器，一个是只执行读操作的接收数据寄存器rdr；另一个是只执行写操作的发送数据寄存器tdr。另外，mt8888中还有两个4位的收、发控制寄存器cra和crb。对crb的操作就是通过cra中的一个特定位来操作的，因此编程中应对其进行初始化；而mt8888中的4位状态寄存器sr则用来反映收、发信号的工作状态。寄存器的选择与操作由rs0及wr和rd口线来控制，控制功能如表3-6所示。表3-6 寄存器控制功能表rs0wrrd功 能001写发送数据寄存器0

27、10读接收数据寄存器101写控制寄存器110读状态寄存器mt8888在发送信号时可提供三种工作模式，即dtmf模式、突发模式、cp模式。这三种工作模式均可通过寄存器进行设置，各寄存器的功能如表3-7和表3-8所示。表3-7 状态寄存器功能表状态位名 称状态标志置位状态标志清零b0irq发生中断;b1或b2=0读状态寄存器清除b1发送寄存器空（突发模式）暂停结束：准备发送表数据读状态寄存器清除b2接收寄存器满接收寄存器的数据有效读状态寄存器清除b3dtmf信号标志位检测不到dtmf信号时置位检测dtmf信号已清除表3-8 控制寄存器功能表控制寄存器控制位名称功 能说 明crab0tout信号音输

28、出控制逻辑“1”使能信号音输出b1cp/dtmf模式控制逻辑“1”为cp模式，逻辑“0”为dtmf模式b2irq中断使能逻辑“1”使能中断模式，当b0=1时，接收到dtmf信号或发送完一dtmf双音信号，dtmf/cp引脚电平由高变低b3rsel寄存器选择逻辑“1”下一次访问寄存器crb，访问结构转回寄存器cracrbb0burst双音突发模式逻辑“0”使能双音频突发模式b1test测试模式逻辑“1”使能测试模式，以在irq/cp引脚输出延迟控制信号b2s/d单双音产生逻辑“0”允许产生dtmf信号，否则输出单音频b3c/r列/行音选择b2=1时，逻辑“0”使能产生行单音信号逻辑，逻辑“1”使

29、能产生列单音信号3.3.4 应用电路mt8888的外围电路非常简单，与微机接口也很方便，通过改变r2可调节输入信号的增益。具体应用电路如图3-10所示。 图3-10 mt8888应用电路3.4 dtmf信号收发方案要检测dtmf信号，必须先产生出dtmf信号。根据以上分析可知，dtmf信号收发方案可以不止一种。我们可使用一块dtmf编解码芯片，如mt8888、mt8880同时实现dtmf信号的产生（编码）、接收和译码功能；也可以使用专门的dtmf编码芯片，如前面介绍的tp5087来产生dtmf信号，使用专门的dtmf解码芯片，如mt8870来接收dtmf信号。实际实现时，考虑到我们的主要研究目

30、标是实现dtmf信号的检测与识别。初次接触有关芯片的使用有一个熟悉过程，为使研究开发顺利进展，我们选择了一种更为稳妥的设计方案：即直接用电话机通过我们做实验用的程控交换实验箱产生出双音多频信号，再用dtmf解码芯片mt8870接收该信号，实现拨号显示和号码播报功能。而将以上两种方案作为系统功能进一步扩展完善时的考虑。第4章 isd1420语音芯片简介根据对语音芯片的分析选型，我们选择使用美国isd1110/isd1420系列的语音芯片，该芯片技术成熟，稳定性好，音质清晰，价格比较便宜，录音时间为20秒，且可分段录放音，断电后录音信号不会丢失。虽然1420录放音时间稍微短了些，但作为我们的设计来

31、说已经足够用了，时间越长，语音芯片价格越贵。4.1 isd1110/isd1420系列语音芯片概述 该系列语音芯片的特点有： 使用方便的单片8至20秒语音录放 高质量、自然的语音还原技术 边沿/电平触发放音 自动节电，维持电流0.5ua 不耗电信息保存100年(典型值) 100,000次录音周期（典型值） 多段信息处理，可分1至80/160段 片内免调整时钟，可选用外部时钟 无需开发系统 5v单电源工作 cob，dip，soic封装及工业级isd1110/isd1420系列单片录放时间为8至20秒，音质好。芯片采用cmos技术，内含震荡器、话筒前置放大、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、

32、扬声器驱动及eeprom阵列。最小的录放系统仅需麦克风、喇叭、两个按钮、电源及少数电阻电容。在录放操作结束后，芯片自动进入低功耗节电模式、功耗仅 0.5ua。isd1110/isd1420系列有唯一的录音控制和边缘/电平触发两种放音制式。不分段时外围线路最简单，也可按最小段长为单位任意组合分段，参见表4-1。“最大段数”芯片提供若干操作模式，大大提高了控制的灵活性。芯片采用多电平直接模拟存储技术，每个采样直接存储在片内单个eeprom单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调各效果，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。采样频率从5.3、6.4到8.0khz，

33、对音质仅有轻微影响。片内信息可保存100年（无需后备电源），eeprom单片可反复录音十万次。isd系列的型号与性能对照表如表4-1所示。表4-1 型号与性能对照表型号时间输入采样典型带宽最大段数最小段数外部钟频111010秒6.4khz2.6 khz80125 ms819.2 khz121212秒5.3 khz2.2 khz80150 ms682.7 khz141616秒8.0 khz3.3 khz160100 ms1024.0 khz142020秒6.4 khz2.6 khz160125 ms819.2 khzisd1110/isd1420内部结框图如图4-1所示。图4-1 isd1110

34、/isd1420内部结框图4.2 isd1420语音芯片功能描述isd1420为美国isd公司出品的优质单片语音录放电路，由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。录音内容存入永久存储单元，提供零功率信息存储，这个独一无二的方法是借助于美国isd公司的专利直接模拟存储技术（dast tm）实现的。利用它，语音和音频信号被直接存储，以其原本的模拟形式进入eeprom存储器。直接模拟存储允许使用一种单片固体电路方法完成其原本语音的再现。不仅语音质量优胜，而且断电语音保护。is

35、d1420 封装如图4-2所示。图4-2 isd1420封装引脚步图isd1110系列的，a6和a7端内部被上拉到vdd，a0a5内部被下拉到vss，上拉/下拉阻值在50k至100k，除此之外，各引脚与isd1420完全相同。电路设计中，这些端的外围上/下拉电阻可省略，但需要仔细考虑静态电流的影响。电源（vcca，vccd）：芯片内部的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并且分别引到外封装上，这样可使噪声最小。模拟和数字电源端最好分别走线，尽可能在靠近供电端处相连，而去耦电容应尽量靠近芯片。地线（vssa，vssd）：芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线，这两个脚最好在引脚焊盘上相连。录音（

36、）：低电平有效。只要变低（不管芯片处在节电状态还是正在放音），芯片即开始录音。录音期间，必须保持为低。变高或内存录满后，录音周期结束，芯片自动写入一个信息结束标志（eom），使以后的重放操作可发及时停止，之后芯片自动进入节电状态。 的上升沿有50毫秒防颤，防止芯片自动进入节电状态。边沿触发放音（）此端出现下降沿时，芯片开始放音。放音持续到eom标志或内存结束，之后芯片自动进入节电状态。开始放音后，可以释放。电平触发放音（）此端出现下降沿时，芯片开始放音。放音持续至端回到高电平，遇到eom标志，或内存结束。放音结束后芯片自动进入节电状态。放音过程中当遇到eom或内存结束时，如果或仍处在高电平，芯

37、片虽然也进入节电状态（内部震荡器和时钟停止工作），但是由于芯片没有对和的上升沿进行消颤，随后在这两个引脚上出现的下降沿（例如释放按键时的抖动）都会触发放音。录音指示（）处于录音状态时，此端为低，可驱动led。此外，放音遇到eom标志时，此端输出低电平脉冲。话筒输入（mic）：此端连至片内前置放大器。片内自动增益控制电路（agc）将前置增益控制在15至24db。外接话筒应通过串联电容耦合到此端。耦合电容值和此端的10k输入阻抗决定了芯片频带的低频截止点。 话筒参考（mic ref）：此端是前置放大器的反向输入。当以差分形式连接话筒时，可减小噪声，提高共模抑制比。 自动增益控制（agc）：agc动

38、态调节器调整前置增益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，使得录制变化很大的音量（从耳语到喧哗嚣声）时失真都能保持最小。响应时间取决于此端的5k输入阻抗和外接的对地电容（即图4-3中的c6）的时间常数。释放时间取决于此端外接的并联对地电容和电阻（即图4-3中r5和c6）的时间常数。470k和4.7uf的标称值在绝对大多数场合下可获得满意的效果。 模拟输出（ana out）：前置放大器输出。前置电压增益取决于agc端的电平。 模拟输入（ana in）：此端即芯片录音的输入信号。对话筒输入来说，ana out端应通过外接电容连至本端。该电容和本端的3k输入阻抗给出了芯片频带的附加低端截止频率。其它音源可通

39、过交流耦合直接连至本端。喇叭输出（sp+、sp-）：这对输出端能驱动16以上的喇叭。单端使用时必须在输出端和喇叭间接耦合电容，而双端输出既不用电容又能将功率提高4 倍。录音时，它们都呈高阻态；节电模式下，它们保持为低电平。 外部时钟（xclk）：此端内部有下拉元件，不用时应接地。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校，保证了标称的最小录音时间。商业级芯片在整个温度各电压范围内，频率变化在+2.25%内，并保证最小录放时间，所以有些芯片的录放时间比标称的值稍大。工业级芯片在整个温度和电压范围内，频率变化在+5%内，建议使用稳压电源。若要求更高精度或系统同步，可从本端输入外部时钟，频率如表4-1“外部钟

40、频”所示。由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定，所以上述推荐的时钟频率不应改变。输入时钟的占空比无关紧要，因为内部首先进行了分频。 地址（a0a7）：地址端有两个作用，取决于最高两位a7、a6的状态。当a7或a6有一个为0时，所有输入均释放为地址位，作为当前录放操作的起始地址。地址端只用输入，不输出操作过程的内部地址信息。地址在、或的下降沿锁存。isd1420引脚功能如表4-2所示。表4-2 isd1420引脚功能表4.3 isd1420操作模式isd1110/isd1420系列内置了若干操作模式，可用最少的外围器件实现最多的功能。操作模式由地址端控制：当a7和a6都为1时，其它地址端置高就选择

41、某个（或某几个）模式。因此操作模式和直接寻址互相排斥。操作模式可由微控制器实现，也可由硬件实现。使用操作模式有两点要注意：(1)所有操作最初都是从0地址，即存储空间的起始端开始。后续操作根据所选用的模式可从其它地址开始。此外，a4模式中，当电路由录转为放时地址计数器复位为0，而由放转为录则不复位。(2）当控制信号（、或）变低，同时a6和a7为高时，执行操作模式。这种操作模式一直有效，除非控制信号再次由高变低，芯片重新锁存当前的地址/模式端电平，然后执行相应操作。操作模式简表如表4-3所示。表4-3 操作模式简表模式功能典型应用可组合使用的模式a0信息检索快进信息a4a1删除eom要最后一条信息

42、的结束处放置 eoma3、a4a3循环从0地址循环放音a1a4连续寻址录放连续的多段信息a0、a1a0（信息检索）：快速跳过信息而不必知道其确切的地址。控制端每输入一个低脉冲，内部地址计数器就跳到下一条信息。此模式仅用于放音，通常与a4同时使用a1（eom删除）：使分段信息变为一条信息，仅在信息最后留一个eom标志。这个模式完成后，录入的所有信息就作为一条连续的信息。 a3（信息循环）：循环重放位于存储空间起始处的那条信息。一条信息可以完全占满存储空间，那么循环就从头至尾进行。给发低脉冲后循环开始，给发低脉冲后循环结束。 a4（连续寻址）：正常操作中，重放遇到eom标志时，地址计数器会复位。a

43、4模式禁止地址计数器复位，使得信息可连续录入或重放。当芯片既非录音又非放音时，将a4短暂拉低可使地址计数器复位为0。a2、a5 ：末用。注：isd1110系列只在将a3接高就可实现循环，操作同上。控制循环的另一种方法是只用端；接低开始循环，变高循环结束。4.4 isd1420应用电路和时序厂家推荐的isd1420典型应用电路如图4-3所示。图4-3 厂家推荐的isd1420典型应用电路isd1420的时序图如图4-4及图4-5所示。图4-4 isd1420的时序图（1）图4-5 isd1420的时序图（2）notes: 1. rec must be high for the entire du

44、ration of a playback cycle.2. recled functions as an eom during playback.第5章 设计实现5.1 dtmf信号的发送本设计选择实验用程控交换实验箱的dtmf信号产生模块来产生所需dtmf信号。其原理电路如图5-1所示。图5-1 dtmf发送电路原理框图dtmf发送器的原理框图主要包括：（1）晶体振荡器：外接晶体（通常采用3.58mhz）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：它是由正弦波编码器与d/a

45、变换器构成，通常，可变速时钟信号经5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。dtmf发送器按输出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如表5-1和表5-2所示。表5-1 键盘控制接口功能真值表输入行列r1r2r3r4c1c

46、2c3c4发送fl（hz）697770852941频率fh（hz）120913361447 1633表5-2 bcd码控制接口功能真值表bcd码输入发送频率r1r2r3r4fl（hz）fh（hz）000094113360001697120900106971336001169714770100770120901017701336011077014770111852120910008521336100185214775.2 dtmf信号接收和按键显示5.2.1 模块电路和功能 dtmf接收器外围电路如图5-2所示。图5-2 dtmf接收器外围电路如图5-2所示，接在电源处的电容对抗干扰有一定的作用

47、，dtmf信号从2、3脚输入，经mt8870分离滤波和译码后，在1114脚输出相应的16种频率组合的四位并行二进制码。本系统要求按键拨号移位显示，挂机时灭灯示意。移位显示和挂机灭灯控制模块如图5-3所示。图5-3 移位显示和挂机灭灯控制电路5.2.2 总体电路和功能实现图5-4所示为用protel 99se绘制的dtmf信号接收和显示电路。通过mt8870将dtmf信号进行编码输出8421码时，需要特别指出的是，根据真值表，对于“0”，mt8870输出的8421码并非“0000”，而是“1010”；另外，“*”，“#”号码，mt8870输出的8421码分别为“1011”和“1100”,由于本次

48、实验只要求显示0至9，因此设计电路图时应不把其它按键对应的输出编码进行显示，这些无效按键对应输出不会传递到后面的功能芯片。再依次通过74154译码器，74148优先编码器及一些简单的门电路最终输出0至9对应的8421bcd码。安排四位74175四d触发器依次从低位到高位寄存最后拨的四个号码，然后每个寄存器的状态输出端连接到7448七段译码器的对应位，七位译码输出，每位经过2千欧的限流电阻连到七段数码管对应端，进行译码显示。拨号结束按一下灭灯按钮，表示挂机（所有数码管均熄灭），准备下次拨号。std电平由低变高，再反相为低。图5-4 dtmf信号接收和显示电路经过以上设计，可实现如下功能：电话机的

49、按键拨号经过程控交换实验箱后输出dtmf信号，该信号经过mt8870可译出相应的二进制码，经过电路处理后，在数码管显示所按键值，并通过译码器和编码器等电路的输出端组合产生与译码信号同步的时钟脉冲来控制数据寄存，实现逐位和移位显示。该电路能够在未拨号时不显示任何数字，通过寄存器满足拨第一位显示一位，拨第二位时该位显示在最低位，原最低位向前移位显示，拨码四位后最多显示最后拨的四位，挂机时按一次灭灯按钮，所有数码管熄灭，准备下次拨号。5.3 按键播报5.3.1 isd1420分段原理我们再来看一下厂家推荐的应用电路（图4-3），图中最左边的三个按钮s1，s2和s3。其中s1和s2都是放音键，所不同的

50、是，s1键为低电平有效，s2键为下降沿有效。所谓低电平有效，就是将s1按压下去，让23脚变为低电平才能让它放音，如果在放音过程中23脚变为了高电平，那么它就会立刻停止放音；所谓下降沿有效，就是按压一下s2，给24脚一个短暂的下降沿脉冲，该芯片就能进入放音状态，直到一段声音放完为止。在此顺便说一下，所谓下降沿就是电平的状态从高电平到低电平的跳变过程。如果在放音过程中24脚变成了高电平，那么它仍然是处于放音状态的，放音并不会结束，直到这一段声音播放结束为止。在27脚的按钮s3为录音键，该按钮为低电平有效，也就是说，要按压着这个按钮不松手，就可以继续录音，一旦将按钮抬起来，录音就会停止了。isd14

51、20地址输入端a0a7有效值范围为0000000010011111，这表明最多可被划分为160个存贮单元，可录放多达160段语音信息。由a0a7决定每段语音的起始地址，而起始地址又直接反映了录放的起始时间。其关系见公式：tq=0.125s（128a7+64a6+32a5+16a4+8a3+4a2+2a1+a0）图5-5是isd1420的分段原理图。图中a0a2置为低电平，此时电路共分为四段。a3a7平时通过电阻r6r13接至高电平，如果要将某一地址置低电平时，则在该位与地之间接一个隔离二极管。图5-5 isd1420分段原理图中的各段的起始地址和时间安排如下：第一段语音从0秒开始，地址设置为0

52、0000000；第二段语音从2秒开始，地址设置为00010000；第三段语音从4秒开始，地址设置为00100000；第四段语音从10秒开始，地址设置为01010000；实际应用时，可根据每段语音的起始时间，自行设置相应的a0a7组合。录放时，将s5打至“rec”，再按住s1，led亮就开始录音，录音时间至2秒时就必须松开s1,否则下一段无效。录制其它段的方法相同。分段放音时，先将s5打向“play”，只需按下相应的s1s4键就可以。播放时也可以不接编码隔离二极管，将地址输入端a0a7直接连单片机、计算机的i/o口，用软件编程控制各段语音的地址和时间。图5-5 isd1420分段原理图这里再介绍

53、一种可分为四段的简易电路。在厂家所提供的典型电路图(图4-3)上稍作改动，将a3、a5接开关k1，a4、a6接k2，通过控制k1、k2的组合可实现分段录放，其关系如表5-3所示。表5-3 k1、k2分段关系表k1k2段数001102013114注：表中“0”表示接vss，“1”表示接vdd。根据isd1420的工作和分段原理，结合本系统的设计要求，我们设计录放音分段方案如表5-4所示。表5-4 录音分段编码表a7a6a5a4a3a2a1a0起始时间语音信息000000000s0000100002s1001000004s2001100006s3010000008s4010100000010s50110000012s60111000014s71000000016s81001000018