Тоналното набиране (Dual-tone multi-frequency signaling, DTMF) е разработено от Bell Labs през 50-те години на миналия век за революционен телефон с бутони по това време. За представяне и предаване на цифрови данни в тонален режим се използва двойка честоти (тонове) от честотния диапазон на речта. Системата дефинира две групи от по четири честоти, като информацията се кодира чрез едновременно предаване на две честоти – по една от всяка група. Това дава общо шестнадесет комбинации за представяне на шестнадесет различни числа, символи и букви. Понастоящем DTMF кодирането се използва в широк набор от комуникационни и контролни приложения, както се потвърждава например от Препоръка Q.23 на Международния съюз по телекомуникации (ITU).
Тази статия описва схема за генератор на DTMF тонове, която възпроизвежда всичките осем честоти и генерира получения двутонален изходен сигнал. Въпросната система е изградена около чип Silego GreenPAK™ SLG46620V и операционни усилватели Silego SLG88104V. Изходният сигнал е сумата от двете честоти, определени от реда и колоната на клавиатурата на телефона.
Предложената схема използва четири входа за избор на генерираната честотна комбинация. Веригата също има вход за разрешаване, който задейства генерирането и определя продължителността на предаването на сигнала. Изходната честота на генератора отговаря на ITU стандарта за DTMF.
DTMF тонове
Стандартът DTMF дефинира кодирането на цифрите 0-9, буквите A, B, C и D и знаците * и # като комбинация от две честоти. Тези честоти са разделени на две групи: високочестотна група и нискочестотна група. Таблица 1 показва честотите, групите и съответните символни представяния.
Маса 1. DTMF тонално кодиране
|
Група високи честоти |
|||||
|
Нискочестотна група |
|||||
Честотите са избрани по такъв начин, че да се избегнат множество хармоници. Освен това тяхната сума или разлика не дава различна DTMF честота. По този начин се избягват хармонични или модулационни изкривявания.
Стандартът Q.23 уточнява, че грешката на всяка предавана честота трябва да бъде в рамките на ± 1,8% от номиналната стойност, а общото изкривяване (поради хармоници или модулация) трябва да бъде 20 dB под основните честоти.
Полученият сигнал, описан по-горе, може да бъде описан като:
s(t) = Acos(2πfhight) + Acos(2πflowt),
където fhigh и flow са съответните честоти от групите с висока и ниска честота.
Фигура 1 показва получения сигнал за цифрата "1". Фигура 2 показва честотния спектър, съответстващ на този сигнал.
Ориз. 1. DTMF тон
Ориз. 2. Спектър на DTMF тонален сигнал
Продължителността на DTMF сигналите може да варира в зависимост от конкретното приложение, което използва тонално кодиране. За най-често срещаните приложения стойностите на продължителността обикновено са между ръчно и автоматично набиране. Таблица 2 показва кратко описание на типичните времеви продължителности за двата типа набор.
Таблица 2. Продължителност на сигналите за тонално набиране
|
Тип набор |
Група високи честоти |
Група високи честоти |
||
|
Ръчен комплект |
||||
|
Автоматично набиране |
||||
За по-голяма гъвкавост DTMF генераторът, предоставен в това ръководство, е снабден с активиращ вход, който се използва за стартиране на генерирането на сигнал и определяне на неговата продължителност. В този случай продължителността на сигнала е равна на продължителността на импулса на входа за разрешаване.
Аналоговата част на веригата на DTMF генератора
ITU Препоръка Q.23 дефинира DTMF сигналите като аналогови сигнали, генерирани от две синусоиди. В предложената схема на DTMF генератор чипът Silego GreenPAK SLG46620V генерира правоъгълни сигнали на желаните DTMF честоти. За получаване на синусоидални сигнали с необходимата честота и формиране на получения сигнал (сумата от две синусоидални вълни) са необходими аналогови филтри и комбинатор. Поради тази причина в този проект беше решено да се използват филтри и комбинатор на базата на операционни усилватели SLG88104V.
Фигура 3 показва структурата на предложената аналогова част на устройството.
Ориз. 3. Схема за аналогова обработка за получаване на DTMF сигнал
Аналоговите филтри се използват за получаване на синусоидални сигнали от правоъгълни импулси. След филтриране двата сигнала се сумират и се генерира желаният изходен двутонален DTMF сигнал.
Фигура 4 показва резултата от преобразуването на Фурие, използвано за получаване на спектъра на правоъгълен сигнал.
Ориз. 4. Спектър на правоъгълен сигнал
Както можете да видите, квадратната вълна съдържа само нечетни хармоници. Ако представим такъв сигнал с амплитуда A като серия на Фурие, тогава той ще изглежда така:
Анализът на този израз ни позволява да заключим, че ако аналоговите филтри имат достатъчно затихване за хармоници, тогава е напълно възможно да се получат синусоидални сигнали с честота, равна на честотата на оригиналния правоъгълен сигнал.
Като се вземе предвид допустимото отклонение на нивото на смущения, определено в стандарта Q.23, е необходимо да се гарантира, че всички хармоници са отслабени с 20 dB или повече. В допълнение, всяка честота от нискочестотната група трябва да се комбинира с всяка честота от високочестотната група. Предвид тези изисквания бяха разработени два филтъра, по един за всяка група.
И двата филтъра бяха нискочестотни филтри на Butterworth. Затихването на филтър на Butterworth от порядък n може да се изчисли като:
A(f)[dB] = 10log(A(f) 2) = 10log(1+(f/fc) 2n),
където fc е граничната честота на филтъра, n е редът на филтъра.
Разликата в затихването между най-ниската и най-високата честота на всяка група може да бъде не повече от 3 dB, така че:
A(fHIGHER)[dB] - A(fLOWER)[dB] > 3 dB.
Дадени абсолютни стойности:
A(fHIGHER) 2 / A(fLOWER) 2 > 2.
В допълнение, както казахме по-рано, хармоничното затихване трябва да бъде 20 dB или повече. В този случай най-лошият случай ще бъде случаят с най-ниската честота в групата, тъй като неговият 3-ти хармоник е най-ниската честота и е най-близо до честотата на срязване на филтъра. Като се има предвид, че 3-ти хармоник е 3 пъти по-малък от основния, филтърът трябва да отговаря на условието (абсолютни стойности):
A(3fLOWER) 2 / A(fLOWER) 2 > 10/3.
Ако тези уравнения се отнасят и за двете групи, тогава използваните филтри трябва да са филтри от втори ред. Това означава, че те ще имат два резистора и два кондензатора, ако бъдат изпълнени с операционни усилватели. С филтри от трети ред чувствителността към допустимите отклонения на компонентите би била по-ниска. Избраните гранични честоти на филтъра са 977 Hz за ниската лента и 1695 Hz за високата лента. С тези стойности, разликите в нивата на сигнала в групи от честоти са в съответствие с горните изисквания и чувствителността към промени в граничната честота, дължаща се на допустимите отклонения на компонентите, е минимална.
Схематичните диаграми на филтрите, реализирани с помощта на SLG88104V, са показани на фигура 5. Номиналните стойности на първата R-C двойка са избрани по такъв начин, че да ограничат изходния ток на чипа SLG46620V. Вторият филтърен елемент определя усилването, което е 0,2. Амплитудата на правоъгълната вълна задава работната точка на операционния усилвател на 2,5 V. Нежеланите напрежения се блокират от кондензаторите на изходния филтър.
Ориз. 5. Принципни схеми на изходни филтри
На изхода филтърните сигнали се сумират, а резултантният сигнал е сумата от хармониците, избрани от групата ниски и високи честоти. За да се компенсира затихването на филтъра, амплитудата на изходния сигнал може да се регулира с помощта на два резистора R9 и R10. Фигура 6 показва схемата на суматора. Фигура 7 показва цялата аналогова част на веригата.
Ориз. 6. Принципна схема на суматора
Ориз. 7. Аналогова част на схемата
Цифрова част от схемата на DTMF тон генератор
Цифровата част на веригата на генератора на DTMF тонове включва цял набор от генератори на квадратни вълни - по един за всяка DTMF честота. Тъй като за създаването на тези генератори са необходими осем брояча, за тяхното внедряване е избран чипът GreenPAK SLG46620V. На изходите на цифровата схема се формират два правоъгълни сигнала, по един за всяка група честоти.
Квадратните вълни се генерират от броячи и D-тригери и имат работен цикъл от 50%. Поради тази причина честотата на превключване на брояча е два пъти по-висока от необходимата DTMF честота и DFF тригерът разделя изходния сигнал на две.
Източникът на часовник за броячите е вграденият 2 MHz RC осцилатор, чиято честота е допълнително разделена на 4 или 12. Делителят се избира, като се вземе предвид битовата дълбочина и максималната стойност на всеки брояч, необходима за получаване на специфичен честота.
Необходими са по-малко проби за генериране на високи честоти, така че за тяхното формиране се използват 8-битови броячи, тактовани от вътрешен RC генератор, чийто сигнал е разделен на 4. По същата причина по-ниските честоти се реализират с помощта на 14-битови броячи.
Чипът SLG46620V има само три стандартни 14-битови брояча, така че една от по-ниските честоти е реализирана с помощта на 8-битов CNT8 брояч. За да може броят на пробите да се побере в диапазона от 0 ... 255, за часовника на този CNT8, беше необходимо да се използва сигналът на RC генератора, разделен на 12. За тази верига честотата с най-голям брой избрана е най-ниската честота. Това направи възможно минимизирането на грешката.
Таблица 3 показва параметрите на всяка квадратна вълна.
Таблица 3 Параметри на генераторите на квадратни вълни
|
Часовник |
Честотна грешка [%] |
|||
|
Нискочестотна група |
||||
|
Група високи честоти |
||||
Както се вижда от таблицата, всички честоти имат грешка под 1,8%, така че отговарят на стандарта DTMF. Тези проектни характеристики, базирани на идеалната стойност на честотата на RC осцилатора, могат да бъдат коригирани, за да се вземе предвид измерването на изходната честота на RC осцилатора.
Въпреки че в предложената схема всички генератори работят паралелно, сигналът само на един генератор от всяка група ще бъде подаден към изхода на микросхемата. Изборът на конкретни сигнали се определя от потребителя. Това използва четири GPIO входа (два бита за всяка група) с таблицата на истината, показана в таблица 4.
Таблица 4 Таблица за избор на честота от нискочестотната група
|
Нискочестотна група |
|||
Таблица 5 Таблица за избор на честота от високочестотната група
|
Група високи честоти |
|||
Фигура 8 показва логическата диаграма на 852 Hz генератор на квадратни вълни. Този модел се повтаря за всяка честота с подходящи настройки на брояча и LUT конфигурация.
Ориз. 8. Генератор на правоъгълни импулси
Броячът генерира изходна честота, определена от неговите настройки. Тази честота е равна на удвоената честота на съответния DTMF тон. Конфигурационните параметри на измервателния уред са показани на фигура 9.
Ориз. 9. Пример за настройка на брояча на генератора на правоъгълни импулси
Изходът на брояча е свързан към тактовия вход на тригера D-Flip Flop. Тъй като DFF изходът е конфигуриран като обърнат, ако свържете DFF изхода към неговия вход, D-тригерът ще се преобразува в T-тригер. Опциите за конфигурация на DFF могат да се видят на фигура 10.
Ориз. 10. Пример за настройка на тригер на генератор на правоъгълни импулси
Сигналът от изхода на DFF се подава към входа на таблицата на истината LUT. Таблиците на LUT истината се използват за избор на един сигнал за всяка специфична комбинация от R1-R0. Примерна LUT конфигурация е показана на Фигура 11. В този пример, ако R1 получи "1" и R0 получи "0", входният сигнал се изпраща към изхода. В други случаи изходът е "0".
Ориз. 11. Пример за настройка на истинската таблица на генератор на правоъгълни импулси
Както бе споменато по-горе, предложената схема има вход за разрешаване. Ако на входа за разрешаване има логическа единица "1", тогава генерираните правоъгълни сигнали се подават към двойка изходи на микросхема. Продължителността на предаване е равна на продължителността на импулса на входа за разрешаване. За да се приложи тази функция, бяха необходими още няколко блока с таблица на истината LUT.
За високата лента се използват един 4-битов LUT и един 2-битов LUT, както е показано на фигура 12.
Ориз. 12. Изходна верига на групата на високите честоти
4-битовият LUT1 е конфигуриран като ИЛИ порта, така че извежда логическа единица "1", ако някой от неговите входове има "1". Таблиците на истината C1/C0 позволяват да бъде избран само един от генераторите, така че 4-битовият LUT1 определя кой сигнал се извежда. Изходът на този LUT е свързан към 2-битов LUT4, който предава сигнал само ако активираният вход е логическа "1". Фигури 13 и 14 показват 4-битовите LUT1 и 2-битовите LUT4 конфигурации.
Ориз. 13. 4-битова LUT1 конфигурация
Ориз. 14. 2-битова LUT4 конфигурация
Тъй като 4-битовите LUT вече не бяха налични, бяха използвани две 3-битови LUT за нискочестотна група.
Ориз. 15. Изходна верига за бас група
Пълната вътрешна верига на GreenPAK SLG46620V е показана на Фигура 16. Фигура 17 показва крайната електрическа схема на DTMF генератора.
Ориз. 16. Блокова схема на DTMF тон генератора
Ориз. 17. Принципна схема на DTMF тон генератора
Тестване на веригата на DTMF генератора
На първия етап от тестването на предложения DTMF генератор беше решено да се проверят честотите на всички генерирани правоъгълни сигнали с помощта на осцилоскоп. Като пример, фигури 18 и 19 показват изходни сигнали с квадратна вълна за 852 Hz и 1477 Hz.
Ориз. 18. 852Hz квадратна вълна
Ориз. 19. 1477Hz квадратна вълна
След като бяха проверени честотите на всички правоъгълни сигнали, започна тестването на аналоговата част на веригата. Изследвани са изходните сигнали за всички комбинации от групата ниски и високи честоти. Като пример Фигура 20 показва сумата от 770 Hz и 1209 Hz сигнали, а Фигура 21 показва сумата от 941 Hz и 1633 Hz сигнали.
Ориз. 20. DTMF тон 770Hz и 1209Hz
Ориз. 21. DTMF тон 941Hz и 1633Hz
Заключение
В тази статия беше предложена схема за DTMF тон генератор, базирана на чипа Silego GreenPAK SLG46620V и операционните усилватели Silego SLG88104V. Генераторът дава възможност на потребителя да избира желани честотни комбинации чрез четири входа и да контролира входа за разрешаване, който определя колко дълго ще генерират изходите.
Характеристики на чипа SLG46620V:
- Тип: програмируем смесен сигнал IC;
- Аналогови блокове: 8-bit ADC, два DAC, шест компаратора, два филтъра, ION, четири интегрирани осцилатора;
- Цифрови блокове: до 18 входно-изходни порта, матрица на свързване и комбинаторна логика, програмируеми схеми за закъснение, програмируем функционален генератор, шест 8-битови брояча, три 14-битови брояча, три PWM генератора/компаратора;
- Комуникационен интерфейс: SPI;
- Диапазон на захранващото напрежение: 1.8…5 V;
- Работен температурен диапазон: -40…85 °C;
- Версия на кутия: 2 x 3 x 0,55 mm 20-пинов STQFN.
Отличителни черти
- Генериране на синусоидални сигнали с помощта на широчинно-импулсна модулация (PWM)
- Комбиниране на различни синусоидални сигнали в един DTMF сигнал
- Сглобяване и C изходни кодове
- Проектиран да работи със STK500
- Размер на програмния код 260 байта / Размер на постоянната таблица 128 байта
- Използване на метода за преобразуване на таблици
Въведение
Този документ описва как да генерирате DTMF (двутонални многочестотни) сигнали, като използвате всеки AVR микроконтролер, съдържащ модулация на ширина на импулса (PWM) и SRAM. Тези сигнали се използват широко в телефонията, където се възпроизвеждат при натискане на бутоните за набиране на телефонния апарат. За да генерирате правилно DTMF сигнал, трябва да се наслагват две честоти: ниска честота (fb) и висока честота (fa). Таблица 1 показва как различните честоти се смесват, за да се произведат DTMF тонове, когато се натискат различни клавиши.
Фигура 1. Диаграма на генератора на DTMF сигнали
Таблица 1. Матрица за оформяне на тона
| fb/fa | 1209 Hz | 1336 Hz | 1477 Hz | 1633 Hz |
| 697 Hz | 1 | 2 | 3 | А |
| 770 Hz | 4 | 5 | 6 | б |
| 852 Hz | 7 | 8 | 9 | ° С |
| 941 Hz | * | 0 | # | д |
Редовете на таблица 1 показват стойности с ниска честота, докато колоните показват стойности с висока честота. Например, матрицата показва, че натискането на бутона "5" трябва да смеси честотите fb = 770 Hz и fa = 1336 Hz. В резултат на добавянето на два синусоидални сигнала с различни честоти се формира DTMF сигнал
където отношението на амплитудите K=A b /A a на оригиналните сигнали трябва да отговаря на условието
Принцип на работа
В допълнение към общата информация относно използването на широчинно-импулсна модулация, по-долу ще бъде показано как широчинно-импулсната модулация ви позволява да генерирате синусоидални сигнали. Следващият параграф описва как да получите различни честоти, като използвате основната честота на ШИМ. След разглеждане на теоретичните основи ще бъде дадено описание на самия генератор на DTMF сигнали. Генериране на синусоидални сигнали
В зависимост от съотношението на продължителността на високо VH и ниско VL ниво на напрежение, средната стойност на изхода на ШИМ се променя. Ако съотношението между продължителностите на двете нива се поддържа постоянно, тогава в резултат ще се генерира постоянно ниво на напрежение VAV. Фигура 2 показва импулсно модулиран сигнал.
Фигура 2. Генериране на ниво на постоянно напрежение
Нивото на напрежението се определя от израза:
(3)
Може да се генерира синусоидален сигнал, при условие че средната стойност на напрежението, генерирано от модулацията на ширината на импулса, ще се променя всеки цикъл на ШИМ. Съотношението между високи и ниски нива трябва да се настрои според нивото на напрежение на синусоидалния сигнал в съответния момент. Фигура 3 илюстрира този процес. Първоначалните данни за PWM се изчисляват за всеки от неговите периоди и се записват в таблицата за преобразуване (TP).
Фигура 3 също така илюстрира връзката между честотата на основната синусоида и броя на пробите. Колкото по-голям е броят на пробите (Nc), толкова по-висока е точността на моделиране на получения сигнал:
(4)
Честотата на ШИМ зависи от резолюцията на ШИМ. При 8-битова разделителна способност крайната стойност (горна граница на броя) на таймера е 0xFF (255). защото таймерът отброява нагоре и надолу, тази стойност трябва да се удвои. Следователно честотата на PWM може да бъде изчислена чрез разделяне на тактовата честота на таймера f CK на 510. По този начин, с тактова честота на таймера от 8 MHz, получената честота на PWM е 15,6 kHz.
Фигура 3. Генериране на синусоидален сигнал с помощта на ШИМ
Да приемем, че синусоидалните проби се четат от справочната таблица не последователно, а една по една. В този случай при същата честота на дискретизация ще се генерира сигнал с двойна честота (вижте Фигура 4).
Фигура 4. Удвояване на получената честота (XSW = 2)
По аналогия, ако четете не всяка втора стойност, а всяка трета, четвърта, пета (съответно ширината на стъпката е 3, 4, 5 ...) и т.н. възможно е да се генерират Nc-честоти в диапазона . Обърнете внимание, че за високите честоти резултантната форма на вълната няма да бъде синусоидална. Означаваме ширината на стъпката според таблицата за преобразуване като X SW , където
(5)
Изчисляването на текущата позиция в ТР за следващия период на ШИМ (при препълване на таймера) се извършва с помощта на израз (6). Новата стойност в позиция X LUT зависи от предишното й състояние в позиция X" LUT с добавяне на ширината на стъпката X SW
(6)
Добавяне на различни честоти за получаване на DTMF сигнал
DTMF сигналът може да се генерира с помощта на изрази (1) и (2). За опростяване на аритметичните операции стойността на коефициента K се приема равна на 0,75, за да се замени аритметичната операция с логически смени. Като се вземе предвид израз (6), текущата стойност за ШИМ управление може да се изчисли по израза:
и като вземем предвид, че X LUTa =X" LUTa + X SWa ,X LUTb =X" LUTb + X SWb , накрая записваме
Внедряване на DTMF генератор
Това приложение обсъжда изграждането на генератор на DTMF тонове, използвайки 8-битов PWM изход (OC1A) и таблица от 128 проби от синусоидална функция (Nc), всяка определена от 7 бита (n). Следните изрази показват тази зависимост и също така показват как да се изчислят елементите на справочната таблица:
(9)
Предимството на използването на 7 бита е, че сумата от стойностите на сигнала с висока и ниска честота е с размер един байт. За да поддържате пълния набор от DTMF тонове, 8 стойности за всяка DTMF честота от Таблица 1 трябва да бъдат изчислени и въведени в таблица за преобразуване.
За постигане на по-висока точност беше направено следното решение: стойностите, изчислени чрез израз 5, изискват само 5 байта. За да използвате всичките 8 байта, което ще намали грешката при закръгляване, тази стойност се умножава по 8. По същия начин се записва указател към таблицата за преобразуване. Но в този случай са необходими два байта за съхраняване на 8 пъти стойността. Това означава, че трябва да се извършат 3 премествания надясно и Nc базова модулна операция (логическо умножение с Nc-1), преди да използвате тези байтове като указател към стойностите на синусоида в
Фигура 5. Схема на модула за свързване към STK500
ШИМ сигналът се генерира на щифта OC1A (PD5). Допълнителен изходен филтър ще помогне за по-добро съвпадение на синусоидалната форма на вълната. Тъй като честотата на ШИМ намалява, може да е необходимо да се използва филтър с по-стръмна честотна характеристика, за да се получи добър резултат.
Свързването на клавиатурата е показано на фигура 1. Работата на клавиатурата трябва да бъде организирана по такъв начин, че да е възможно да се определи натиснатият клавиш. Това може да стане с помощта на следния алгоритъм:
- Определяне на низа на натиснатия клавиш
- задайте долната тетрада на порт B към изхода и задайте дневника. "0"
- конфигурирайте високата тетрада на порт B към входа със свързване на издърпващи резистори
- линията с натиснатия бутон се определя като цифрата на най-високата тетрада с лог. "0"
- Определяне на колоната за натиснат клавиш
- конфигурирайте старшата тетрада на порт B към изхода и задайте журнала. "0"
- настройте долната тетрада на порт B към входа със свързване на издърпващи резистори
- колоната с натиснатия бутон се дефинира като цифрата на най-ниската тетрада с лог. "0"
Забележка: STK200 има резистори в серия между щифтовете на конектора PORTB и щифтовете на микроконтролера BP5, PB6 и PB7 (вижте схемата на STK200). Това ще създаде проблеми, ако към PORTB конектора е свързана клавиатура.
Фигура 6 илюстрира работата на подпрограмата за определяне на натиснатия клавиш. В зависимост от натиснатия клавиш се определя продължителността на интервала. Програмата за прекъсване използва тази стойност, за да изчисли настройките на ШИМ за двете DTM тонални синусоиди. Процедурата за обработка на прекъсванията е показана на фигури 7 и 8.
Тази рутина изчислява стойност за сравнение с изхода на таймера за следващия период на ШИМ. Програмата за прекъсване първо изчислява позицията на следващата примерна стойност в справочната таблица и чете стойността, съхранена там.
Позицията на пробата в справочната таблица се определя от продължителността на импулса, а действителната продължителност на импулса се определя от генерираната честота.
Крайната стойност, която се записва в регистъра за сравнение на таймера, се определя с помощта на формула (7), която взема предвид примерните стойности на двете DTMF честоти.
Фигура 6. Блокова диаграма на основната програма
Фигура 7. Блок-схема на обработка на прекъсване при препълване на таймера
Фигура 8. Блок-схема на процедурата за четене на проба "GetSample".
Публикация: www.cxem.net
Вижте други статиираздел.
Отличителни черти:
- Генериране на синусоидални сигнали с помощта на широчинно-импулсна модулация (PWM)
- Комбиниране на различни синусоидални сигнали в един DTMF сигнал
- Сглобяване и C изходни кодове
- Проектиран да работи със STK500
- Размер на програмния код 260 байта / Размер на постоянната таблица 128 байта
- Използване на метода за преобразуване на таблици
Въведение
Този документ описва как да генерирате DTMF (двутонални многочестотни) сигнали, като използвате всеки AVR микроконтролер, съдържащ модулация на ширина на импулса (PWM) и SRAM. Тези сигнали се използват широко в телефонията, където се възпроизвеждат при натискане на бутоните за набиране на телефонния апарат. За да генерирате правилно DTMF сигнал, трябва да се наслагват две честоти: ниска честота (fb) и висока честота (fa). Таблица 1 показва как различните честоти се смесват, за да се произведат DTMF тонове, когато се натискат различни клавиши.
Фигура 1 - Схема на генератора на DTMF сигнали
Таблица 1 - Матрица за оформяне на тона
| fb/fa | 1209 Hz | 1336 Hz | 1477 Hz | 1633 Hz |
| 697 Hz | 1 | 2 | 3 | А |
| 770 Hz | 4 | 5 | 6 | б |
| 852 Hz | 7 | 8 | 9 | ° С |
| 941 Hz | * | 0 | # | д |
Редовете на таблица 1 показват стойности с ниска честота, докато колоните показват стойности с висока честота. Например, матрицата показва, че когато натиснете бутона "5", трябва да се смесят честотите fb = 770 Hz и fa = 1336 Hz. В резултат на добавянето на два синусоидални сигнала с различни честоти се формира DTMF сигнал
където е отношението на амплитудата K=Ab/Aaсигналите на източника трябва да отговарят на условието
Принцип на работа
В допълнение към общата информация относно използването на широчинно-импулсна модулация, по-долу ще бъде показано как широчинно-импулсната модулация ви позволява да генерирате синусоидални сигнали. Следващият параграф описва как да получите различни честоти, като използвате основната честота на ШИМ. След разглеждане на теоретичните основи ще бъде дадено описание на самия генератор на DTMF сигнали. Генериране на синусоидални сигнали
В зависимост от съотношението на продължителността на високо VH и ниско VL ниво на напрежение, средната стойност на изхода на ШИМ се променя. Ако съотношението между продължителностите на двете нива се поддържа постоянно, тогава в резултат ще се генерира постоянно ниво на напрежение VAV. Фигура 2 показва импулсно модулиран сигнал.
Фигура 2 - Генериране на ниво на постоянно напрежение
Нивото на напрежението се определя от израза:
(3)
Може да се генерира синусоидален сигнал, при условие че средната стойност на напрежението, генерирано от модулацията на ширината на импулса, ще се променя всеки цикъл на ШИМ. Съотношението между високи и ниски нива трябва да се настрои според нивото на напрежение на синусоидалния сигнал в съответния момент. Фигура 3 илюстрира този процес. Първоначалните данни за PWM се изчисляват за всеки от неговите периоди и се записват в таблицата за преобразуване (TP).
Фигура 3 също така илюстрира връзката между честотата на основната синусоида и броя на пробите. Колкото по-голям е броят на пробите (Nc), толкова по-висока е точността на моделиране на получения сигнал:
(4)
Честотата на ШИМ зависи от резолюцията на ШИМ. При 8-битова разделителна способност крайната стойност (горна граница на броя) на таймера е 0xFF (255). защото таймерът отброява нагоре и надолу, тази стойност трябва да се удвои. Следователно честотата на PWM може да бъде изчислена чрез разделяне на тактовата честота на таймера f CK на 510. По този начин, с тактова честота на таймера от 8 MHz, получената честота на PWM е 15,6 kHz.
Фигура 3 - Генериране на синусоидален сигнал с помощта на ШИМ
Промяна на честотата на синусоидален сигнал
Да приемем, че синусоидалните проби се четат от справочната таблица не последователно, а една по една. В този случай при същата честота на дискретизация ще се генерира сигнал с двойна честота (вижте Фигура 4).
Фигура 4 - Удвояване на получената честота (XSW = 2)
По аналогия, ако четете не всяка втора стойност, а всяка трета, четвърта, пета (съответно ширината на стъпката е 3, 4, 5 ...) и т.н. възможно е да се генерират Nc-честоти в диапазона . Обърнете внимание, че за високите честоти резултантната форма на вълната няма да бъде синусоидална. Ние обозначаваме ширината на стъпката според таблицата за преобразуване като X SW, Където
(5)
Изчисляването на текущата позиция в ТР за следващия период на ШИМ (при препълване на таймера) се извършва с помощта на израз (6). Нова стойност в позиция X LUTзависи от предишното му състояние на позиция X" LUTс добавяне на ширина на стъпката X SW
(6)
Добавяне на различни честоти за получаване на DTMF сигнал
DTMF сигналът може да се генерира с помощта на изрази (1) и (2). За опростяване на аритметичните операции стойността на коефициента K се приема равна на 0,75, за да се замени аритметичната операция с логически смени. Като се вземе предвид израз (6), текущата стойност за ШИМ управление може да се изчисли по израза:
и като се има предвид това X LUTa=X" LUTa + X SWa ,X LUTb=X" LUTb + X SWb, най-накрая пишем
Внедряване на DTMF генератор
Това приложение обсъжда изграждането на генератор на DTMF тонове, използвайки 8-битов PWM изход (OC1A) и таблица от 128 проби от синусоидална функция (Nc), всяка определена от 7 бита (n). Следните изрази показват тази зависимост и също така показват как да се изчислят елементите на справочната таблица:
(9)
Предимството на използването на 7 бита е, че сумата от стойностите на сигнала с висока и ниска честота е с размер един байт. За да поддържате пълния набор от DTMF тонове, 8 стойности за всяка DTMF честота от Таблица 1 трябва да бъдат изчислени и въведени в таблица за преобразуване.
За постигане на по-висока точност беше направено следното решение: стойностите, изчислени чрез израз 5, изискват само 5 байта. За да използвате всичките 8 байта, което ще намали грешката при закръгляване, тази стойност се умножава по 8. По същия начин се записва указател към таблицата за преобразуване. Но в този случай са необходими два байта за съхраняване на 8 пъти стойността. Това означава, че трябва да се извършат 3 премествания надясно и Nc базова модулна операция (логическо умножение с Nc-1), преди да използвате тези байтове като указател към стойностите на синусоида в
Фигура 5 - Схема на модула за свързване към STK500
ШИМ сигналът се генерира на щифта OC1A (PD5). Допълнителен изходен филтър ще помогне за по-добро съвпадение на синусоидалната форма на вълната. Тъй като честотата на ШИМ намалява, може да е необходимо да се използва филтър с по-стръмна честотна характеристика, за да се получи добър резултат.
Свързването на клавиатурата е показано на фигура 1. Работата на клавиатурата трябва да бъде организирана по такъв начин, че да е възможно да се определи натиснатият клавиш. Това може да стане с помощта на следния алгоритъм:
- Определяне на низа на натиснатия клавиш
- задайте долната тетрада на порт B към изхода и задайте дневника. "0"
- конфигурирайте високата тетрада на порт B към входа със свързване на издърпващи резистори
- линията с натиснатия бутон се определя като цифрата на най-високата тетрада с лог. "0"
- Определяне на колоната за натиснат клавиш
- конфигурирайте старшата тетрада на порт B към изхода и задайте журнала. "0"
- настройте долната тетрада на порт B към входа със свързване на издърпващи резистори
- колоната с натиснатия бутон се дефинира като цифрата на най-ниската тетрада с лог. "0"
Забележка: STK200 има резистори в серия между щифтовете на конектора PORTB и щифтовете на микроконтролера BP5, PB6 и PB7 (вижте схемата на STK200). Това ще създаде проблеми, ако към PORTB конектора е свързана клавиатура.
Фигура 6 илюстрира работата на подпрограмата за определяне на натиснатия клавиш. В зависимост от натиснатия клавиш се определя продължителността на интервала. Програмата за прекъсване използва тази стойност, за да изчисли настройките на ШИМ за двете DTM тонални синусоиди. Процедурата за обработка на прекъсванията е показана на фигури 7 и 8.
Тази рутина изчислява стойност за сравнение с изхода на таймера за следващия период на ШИМ. Програмата за прекъсване първо изчислява позицията на следващата примерна стойност в справочната таблица и чете стойността, съхранена там.
Позицията на пробата в справочната таблица се определя от продължителността на импулса, а действителната продължителност на импулса се определя от генерираната честота.
Крайната стойност, която се записва в регистъра за сравнение на таймера, се определя с помощта на формула (7), която взема предвид примерните стойности на двете DTMF честоти.
Фигура 6 - Блокова схема на основната програма
С въвеждането на съвременни цифрови централи в телефонните мрежи на Руската федерация постепенно се разпространява многочестотен метод за предаване на сигнали за набиране, обозначен с английското съкращение DTMF (Dual-Tone Multiple-Frequency). Понякога се използва друг английски термин за назоваване на тази система за сигнализиране на набиране - Touch-None (тонално набиране). Този метод е разработен през 1960 г., но реалното му разпространение започва през 80-те години с разпространението на цифровите (електронни) обмени.
При този метод на предаване на управляващи сигнали всеки многочестотен сигнал на цифра от число се състои от два тона в съответствие с препоръката Q.23 ITU-T "Технически характеристики на телефонни апарати с клавиатурно набиране".
DTMF честотите не са хармонизирани. Това означава, че честотите нямат цяло число, различно от 1. Например, честоти 1200 и 1600 Hz са хармоници от 400 Hz (3x400=1200 и 4x400=1600), а честоти 697 и 770 Hz са нехармонични.
Всеки сигнал съдържа две честоти: едната се избира от долната, а втората - от горната група честоти.
Съответствието между предаваната информация и честотите е дадено в таблицата на предния панел на лабораторната уредба.
Нивото на предаване в двучестотно съобщение, измерено при натоварване 600 Ohm, е: за долна честотна група - минус 6dBmO ±2dB, за горна честотна група - минус 3 dBmO ±2 dB. Честотното ниво на горната честотна група в общия сигнал е с 2 ±1 dB по-високо от честотното ниво на долната група. Сумарното ниво на всички честотни компоненти от по-висок порядък е най-малко 20 dB под нивото на честотата на по-ниската група.
Условията, при които трябва да се осъществява нормално приемане на сигнали, са следните: наличие на две честоти в сигнала, едната от които е избрана от долната група, а другата от горната; честотите не се различават от номиналните си стойности с повече от 1,8%; нивото на всяка от двете честоти е в диапазона от минус 7 до минус 30 dBmO; разликата между нивата на две честоти не надвишава 3 dB; продължителността на честотния сигнал е най-малко 40 ms.
Извършете следните операции, преди да включите уреда:
Превключвател S6 в долна позиция;
Превключвател S13 в горна позиция;
Поставете превключвателите на генераторите на горната и долната честотна група в положение "Изключено";
Поставете превключвателя с аналогов ключ (AK) в положение "Включено";
Завъртете копчетата за регулиране на изходното напрежение на генераторите и резистора R3 обратно на часовниковата стрелка, докато спре.
Кондициониране на сигнала dtmf
1.1 Включете инсталацията.
1.2 Свържете осцилоскопа към тестовата точка KT3.
1.3 Включете генератора на горната честотна група, като натиснете един от бутоните за превключване, изберете някоя от честотите на тази група.
1.4 Завъртете копчето за регулиране на изходното напрежение на генератора, задайте амплитудата на сигнала в KT3 равна на 0,5 волта.
1.5 Превключете входа на осцилоскопа към контролната точка KT4. Повторете стъпки 1.3, 1.4 за генератора на по-ниската честотна група, като зададете напрежение от 0,5 V в KT4.
ЗАБЕЛЕЖКА: В резултат на извършените операции на входа на суматора се подаваха еднакви по амплитуда сигнали от горната и долната честотна група. След като зададете тези нива, фиксирайте копчетата за регулиране на изходното напрежение на генераторите.
1.6 Превключете входа на осцилоскопа към тестовата точка KT7. Завъртайки копчето на резистора (R3) за регулиране на изходното напрежение на преобразувателя на сигнала DTMF, настройте напрежението в KT7 на 0,5 волта.
ЗАБЕЛЕЖКА: в резултат на извършените операции към входа на приемника беше подаден непрекъснат двутонен сигнал, докато символът, съответстващ на комбинацията от честоти на генераторите от горната и долната честотна група, трябва да се покаже на индикатора на получен символ, в съответствие с таблицата. Индикация за получения и разпознат сигнал е наличието на сигнал на STD изхода на приемника (светене на светодиода).
Като превключвате честотите на горната и долната група честоти, уверете се, че комбинациите от тези честоти съответстват на получените символи.
Изобретението се отнася до областта на генериране чрез цифрови методи на двутонални честотни (DTMF) сигнали, предназначени за предаване на данни, например в областта на телефонията. Постижим технически резултат - намаляване на броя на излишните елементи на веригата, повишаване на икономическата ефективност. Генераторът на DTMF сигнали, който реализира Метода за генериране на DTMF сигнали, съдържа два натрупващи суматора, два регистъра за съхранение, две запаметяващи устройства, краен суматор, цифрово-аналогов преобразувател, преобразувател на DTMF сигнални кодове в последователност от цели числа. , делител на основната честота на генератора на DTMF сигнали с регулируемо съотношение на разделяне, преобразувател на кодове на DTMF сигнали в код на фактор на разделяне. 2 сек. и 3 з.п. f-ly, 2 ил.
Изобретението се отнася до методи за генериране на цифрови DTMF (двутонални честотни) сигнали, предназначени за предаване на данни, например в областта на телефонията с тонално-честотно набиране.Най-близък по техническа същност и постигнат резултат до претендирания метод е метод за генериране на DTMF сигнали, представен в патент на САЩ № 5034977 от 04.04.89 г., публ. 23.07.91 г. М.кл. 5 H 04 M 1/00 Известен метод за генериране на DTMF сигнали включва избиране на първия и втория ъглов код на дискретизация, съответстващ на първия и втория честотен компонент на DTMF сигнала, кумулативно сумиране отделно на първия и втория ъглов код на дискретизация със съответно периодично фиксирани, с период, съответстващ на честотата на дискретизация на часовника, първия и втория резултат от кумулативното сумиране, получаване на първата и втората дискретни стойности на компонентите на DTMF сигнала, съхранени в адресните клетки на съответните таблици с дискретни стойности на компонентите на DTMF сигнала чрез четене от съответните таблици на адресите, съответстващи на резултатите от кумулативното сумиране на кодовете на ъгъла на дискретизация, сумиране на първата и втората дискретни стойности на компонентите на DTMF сигнала, за да се получи третата дискретна стойност, съответстваща на стойността на DTMF сигнала, съответстваща на групата високи честоти - колони, като чрез второто преобразуване на DTMF кодовете на сигналите се избира вторият код, който определя ъгъла на дискретизация на сигнала с честота, съответстваща на групата по-ниски честоти - редове, периодично, с период, съответстващ на тактовата честота на дискретизация, първият код на ъгъла на дискретизация се сумира в съответния кумулативен суматор и се фиксира в съответния регистър, чийто изход е резултатът, чиято стойност съответства на адреса на клетката от таблицата, съхранена в съответната постоянна памет и която съдържа съответните дискретни стойности на синусите, които определят горната честота на DTMF сигнала по същия начин, периодично, с период, съответстващ на тактовата честота на дискретизация, вторият код на ъгъла на дискретизация се сумира в съответния натрупващ суматор и се фиксира в съответния регистър, на изхода на който е резултатът, чиято стойност съответства на адреса на клетката на таблицата, съхранена в съответната постоянна памет и в която съответните дискретни стойности на синусите, които определят по-ниската честота на DTMF сигнала, дискретните стойности на синусите, които определят горната и долната честота на DTMF сигнал, се сумират в крайния суматор, определяйки дискретната стойност на DTMF сигнала, и се подават към изхода чрез цифрово-аналогово преобразуване, образувайки стъпаловиден синусоидален DTMF сигнал, съответстващ на входния код на DTMF сигнала. Известният метод е неефективен поради ниските си технико-икономически показатели и технологични показатели.Технико-икономическите показатели се определят от необходимите разходи при реализиране на метода за постигане на необходимите параметри на DTMF сигнали. В известния метод точността на генериране на честота зависи от битовата дълбочина на кода, съответстваща на ъгъла на дискретизация, което изисква голяма битова дължина на акумулиращия суматор, което затруднява прилагането на метода с прост хардуер. А именно, кодът на ъгъла на дискретизация в известния метод се определя от израза K=(F/F t)32..., (1.1) където K е кодът, съответстващ на ъгъла на дискретизация; F е генерираната честота; F t е честотата на дискретизация.Както може да се види, точността на генерираната честота уникално зависи от съотношението на генерираната честота и честотата на дискретизация.За да се постигне необходимата точност на генерираната честота, а именно не по-лоша от 1,5%, очевидно, изискват се най-малко две значещи цифри след десетичната запетая, което изисква данните да бъдат представени с битова дълбочина за по-ниски честоти от най-малко 8 бита и за високи честоти най-малко 9 бита, а за кумулативно сумиране съответно най-малко 12 битове, което води до увеличаване на броя на компонентите на устройствата, които реализират известния метод. Известни устройства за реализиране на известния метод, а именно суматори, регистри, памети само за четене имат входове/изходи с капацитет 4 и 8 бита. Следователно при по-голям капацитет са необходими допълнителни технически и икономически разходи за внедряване на еднакво функционални устройства. В същото време, в известния метод, намаляването на броя на цифрите след десетичната запетая води до честотна грешка, която надвишава допустимата Технологичните показатели се определят от универсалност и унификация при прилагането на метода, напр. Състоянието на техниката, което предполага намаляване на потреблението на материали, компонентни елементи и увеличаване на гъвкавостта на устройствата, изисква използването на микроконтролери. Широко разпространените микроконтролери, използвани в телефонията и телеметричните измервания, използват 8-битови данни и 8-битова аритметична логическа единица, което изисква допълнителни изчислителни операции, свързани със сумиране на данни с капацитет над 8 бита и анализ на предавания сигнал при прилагане на известния метод , което увеличава броя на командите и съответно тактовата честота на микроконтролера, както и количеството RAM на микроконтролера, което води до увеличаване на цената на устройствата, използващи известния метод за генериране на DTMF сигнали. Това заключение се прави при анализ на приложението на известния метод в тонално набиране на базата на микроконтролери, произведени от Atmel, Microchip tnc и др., тъй като има ограничения при използване на метода, включително като част от микроконтролери за общо ползване, което се изразява в в повишени технически характеристики за микроконтролери, което намалява тяхната универсалност.Най-близък по техническа същност и постигнат резултат до заявения генератор на DTMF сигнали е DTMF генератор на сигнали, представен в патент на САЩ № 5034977 от 04.04.89 г., публ. 23.07.91 г. М.кл. 5 H 04 M 1/00 Добре познатият генератор на DTMF сигнали включва: първия натрупващ суматор, първия регистриращ запис, първото запаметяващо устройство, втория натрупващ суматор, втория задържащ регистър, второто запаметяващо устройство, крайния суматор , цифрово-аналоговия преобразувател и изходът на първия акумулиращ суматор е свързан с входа на първия фиксиращ регистър, изходът на първия фиксиращ регистър е свързан с входа на първото устройство за съхранение, както и с един от входовете на първия суматор, изходът на първото устройство за съхранение е свързан към един от входовете на крайния суматор, изходът на втория суматор е свързан към входа на втория фиксиращ регистър, изходът на вторият регистър за съхранение е свързан към входа на второто устройство за съхранение, както и към един от входовете на втория суматор за съхранение, изходът на второто устройство за съхранение е свързан към друг вход на крайния суматор, изходът на крайният суматор е свързан към входа на цифрово-аналогов преобразувател, чийто изход е изходът на генератора на DTMF сигнали.Известният генератор също съдържа първия преобразувател на кодове на DTMF сигнали в съответните кодове на ъгли на дискретизация, съответстващи на горните честоти на DTMF сигнала, вторият преобразувател на кодове на DTMF сигнали в съответните кодове на ъгли на дискретизация, съответстващи на по-ниските честоти на DTMF сигнала, а изходът на първия преобразувател на кодове на DTMF сигнали е свързан към друг вход на първия суматор за съхранение, изходът на втория преобразувател на DTMF код е свързан към друг вход на втория суматор на натрупване, входовете на първия и втория преобразуватели на DTMF кодове са входове на генератора на DTMF сигнали, а входовете на часовника на първия и втори заключващи регистри са свързани помежду си и са вход за честотата на семплиране на генератора на DTMF сигнали. Добре познатият генератор на DTMF сигнал осигурява нисък технически резултат поради прекомерен брой елементи на схемата, свързани с различни, както и прекомерна битова ширина на едни и същи функционални елементи. В допълнение, прилагането на добре познатото техническо решение е ефективно възможно под формата на отделна интегрална схема, но това изисква организиране на специализирано производство, но като се има предвид, че генераторите на DTMF сигнали са част от многофункционални устройства (телефонни апарати с усъвършенствани възможности, устройства за предаване на телеметрична информация по телефонни линии и др.), които в момента се изпълняват на базата на универсални микроконтролери, производството на отделни микросхеми на DTMF сигнали е икономически неефективно метод с високи технически и икономически показатели поради намаляване на битовата дълбочина на операциите от един и същи тип, високи технологични показатели, при прилагане на метода, както при проектиране на схема с прост хардуер, така и като част от многофункционален микроконтролер, свързан с повторяемост при изпълнението на същите функционални елементи. решение, задачата е да се създаде генератор на DTMF сигнали, в който чрез въвеждане на нови елементи и създаване на нови връзки се увеличава техническият резултат, свързан с намаляване на броя на излишните елементи на веригата и съответно свързаната икономическа ефективност с възможността за прилагане на предложеното техническо решение чрез широко достъпни средства се увеличава фактът, че в известния метод за генериране на DTMF сигнали, включително избора на първия и втория код на ъглите на дискретизация, съответстващи на първата и втората честота на компоненти на DTMF сигнала, кумулативното сумиране на първия и втория код на ъглите на дискретизация поотделно със, съответно, периодично фиксирани, с период, съответстващ на тактовата честота на дискретизация, първия и втория резултат от кумулативното сумиране, получаване на първия и втори дискретни стойности на компонентите на DTMF сигнала, съхранени в адресните клетки на съответните таблици с дискретни стойности на компонентите на DTMF сигнала чрез четене от съответните таблици на адресите, съответстващи на резултатите от кумулативното сумиране на вземането на проби ъглови кодове, сумиране на първата и втората дискретни стойности на компонентите на DTMF сигнала, за да се получи третата дискретна стойност, съответстваща на стойността на DTMF сигнала, новото е, че първата и втората дискретни стойности на компонентите на DTMF сигнала съхранени в адресируемите клетки на съответните таблици с дискретни стойности на компонентите на DTMF сигнала се получават чрез четене от съответните таблици на адресите, съответстващи на резултатите от кумулативното сумиране, съответно на първата и втората последователности от цели числа, чиято средна стойност съответства на кодовете на ъглите на дискретизация, съответстващи на компонентите на DTMF сигнала. В допълнение, средната стойност на последователността от цели числа, които формират резултата от кумулативното сумиране, може да бъде средноаритметичното на тези числа.В допълнение, периодичното фиксиране на първия и втория резултат от кумулативното сумиране може да бъде с период, съответстващ към тактовата честота на дискретизация, различна за различните DTMF сигнали.Това се решава и от факта, че в добре известния генератор на DTMF сигнали, който включва първия суматор за съхранение, първия регистриращ регистър, първото устройство за съхранение, втория суматор за съхранение , вторият заключващ регистър, второто устройство за съхранение, крайният суматор, цифрово-аналоговият преобразувател и изходът на първия суматор за съхранение е свързан към входа на първия фиксиращ регистър, изходът на първия фиксиращ регистър е свързан към входа на първото устройство за съхранение, както и към един от входовете на първия суматор за съхранение, изходът на първото устройство за съхранение е свързан към един от входовете на крайния суматор, изходът на втория суматор за съхранение е свързан към входа на втория фиксиращ регистър, изходът на втория фиксиращ регистър е свързан към входа на второто устройство за съхранение, както и към един от входовете на втория суматор за съхранение, изходът на второто устройство за съхранение е свързан към друг вход на крайния суматор, изходът на крайния суматор е свързан към входа на цифрово-аналогов преобразувател, чийто изход е изходът на генератора на DTMF сигнал, нов, съгласно изобретението е, че генераторът на DTMF сигнали допълнително включва преобразувател на кодове на DTMF сигнали в поредица от цели числа, делител на основната честота на генератора на DTMF сигнали с регулируемо съотношение на разделяне, преобразувател на кодове на DTMF сигнали в код на съотношение на разделяне , а първият изход на преобразувателя на кодове на DTMF сигнали в поредица от цели числа е свързан към друг вход на първия суматор за съхранение, вторият изход на преобразувателя на DTMF код на сигнали в поредица от цели числа е свързан към друг вход на втория суматор за съхранение, изходът на делителя на главната честота на генератора на DTMF сигнали с регулируем коефициент на разделяне е свързан към тактовия вход на преобразувателя на кодове на DTMF сигнали в последователност от цели числа, както и с часовниковият вход на първия блокиращ регистър и часовниковият вход на втория заключващ регистър, изходът на преобразувателя на DTMF кодове на сигнали към кода на съотношението на разделяне е свързан към входа на настройката на коефициента на разделяне на делителя на главната честота на генератора на DTMF сигнали, входът на делителя на главната честота на генератора на DTMF сигнали с регулируемо съотношение на делене е от входа на главната честота на генератора на DTMF сигнали, входът на конвертора на DTMF сигнален код към кодът на съотношението на разделяне е свързан към входа на конвертора на DTMF сигнален код в последователност от цели числа и е вход на генератора на DTMF сигнал. В допълнение, конверторът на DTMF код в последователност от цели числа може да бъде направен под формата на контролирано програмируемо устройство за съхранение, чиято памет се състои от области на паметта, съответстващи на броя на DTMF сигналите, състоящи се от клетки от паметта, съответстващи на дължината на последователността от цели числа, направена така, че в едната половина на клетката с памет съхранява число, свързано с първата последователност от цели числа, а другата половина на клетката с памет съхранява число, свързано, съответно, с другата последователност от цели числа, които са термините на съответните натрупващи се суматори, а управлението на програмируемото запаметяващо устройство се извършва с възможност за отделна селекция на контролна памет и отделна паметна клетка.Нови характеристики на метода за генериране на DTMF сигнали и генератора на DTMF сигнали, заедно с известните характеристики на тези обекти, осигуряват нови технически свойства на обектите и в резултат на тези свойства се осигурява нов необходим технически резултат , Причинно-следствената връзка между набор от характеристики на предложения метод и постигнатия технически резултат е обяснено по следния начин За да се разкрие същността на предложеното техническо решение, ще бъдат удобни следните изчисления: y(P)=sin(n) (1.2), където y(P) е дискретната стойност на функцията синус;=wT =27F/Fr (1.3) - ъгъл на дискретизация, измерен в радиани; n - пореден номер на пробата - проба; F t \u003d F OSC / kd - тактова честота на дискретизация, където F OSC - референтна честота на устройството; kd - регулируемо деление тогава = 2FК D / F OSC . (1.4) Както е добре известно, синусовата функция е периодична с период 2. За да преобразуваме ъгъла на дискретизация от радиани в относителни единици и да получим кода на ъгъла на дискретизация, разделяме целия период на m части, където m е двоично цяло число. Така получаваме една минимална дискретна част от периода:=2/m. (1.5) Кодът на ъгъла на вземане на проби е относителната стойност на ъгъла на вземане на проби в съответствие с една част от периода, а именно K=/=2F/F t:2P/m=Fm/F t. (1.6) Например, за генерирани честоти от 1477 Hz и 697 Hz (съответстващи на DTMF кода на сигнала "3"), при m=64 и тактова честота F t =32768 HzK 697 =1,36; K l477 =2,88. Очевидно, за двоичния показване на кода на ъгъла на дискретизация K 697 =1,36 в съответно 136 изисква 8 бита (1281+640+320+160+81+40+20+10), а K 1477 =2,88 в съответно 288 изисква 9 бита (2561+1280+ 640+321+ 160+80+40+ 20+10).В този случай кумулативното сумиране, респективно в двоично представяне, изисква 12 бита, което определя гореописаните недостатъци на известното решение. Предложеното техническо решение дефинира например числото 1.36 като средна стойност на поредица от цели числа 1 и 2, а именно 1.36=(1x+2y)/(x+y), където x и y са съответно броят на числата 1 и 2, периодично повтарящи се с точка (x + y). например 1,36=1+0,36. Относителната точност на такава замяна, в съответствие с израза (1.7)=К/Ц (1.7), нараства с увеличаване на цялата част от стойността на кода на ъгъла на дискретизация. Например, за генерираната честота от 697 Hz, m=64 и тактовата честота F t =32768 Hz, грешката при заместване на K 697 =1,36 със стойностите на числата 1 и 2, съответно, е 36 и 32%.В същото време, ако увеличите стойността на m= 256, тогава грешката при замяната на K 697 = 5,45 със стойностите на числата съответно 5 и 6 намалява с 9 и 10%. случай, грешката на генерираната честота, например при замяна на K 697 = 5,45 със стойностите на числата 5 и 6 с период на повторение, равен на 16, 5,45 \u003d (5x + 6y) / (x + y), където (x + y) \u003d 16. Решавайки уравнението, получаваме x \u003d 9, y \u003d 7, т.е. от шестнадесет операции на кумулативно сумиране, член 5 се сумира девет пъти, а член 6 се сумира седем пъти, докато всъщност K 697 = 5.4375, замествайки тази стойност в израз (1.6) за m = 256, F t = 32768 Hz, ние определяме действителната изчислена стойност на генерираната честота F=696 Hz, докато грешката е 0,1%.компоненти на горните изрази и съответно намаляване на капацитета на устройствата, които прилагат предложения метод, което води до намаляване на хардуера и енергията разходи при внедряването на метода, както и за осигуряване на висока технологична производителност на предложения метод, когато се използва в многофункционални устройства поради намалени технически изисквания.Характеристиките на претендираното техническо решение и постигнатия технически резултат са обяснени, както следва., които осигуряват изпълнението на метода чрез елементи на веригата със същата битова дълбочина, която не надвишава 8 бита, докато няма излишък на елементи, необходими за решаване на няколко проблема, например за фиксиране на резултата от кумулативното сумиране и за адресиране на съответното устройство за съхранение, използва се същия брой битове, реализиран не повече от 8-битов регистър, който може да бъде направен чрез публични средства под формата на единична микросхема или, в микропроцесорна версия, от една клетка с памет. В допълнение, внедряването на суматори за съхранение може да бъде направено под формата на идентични устройства, със същата битова дълбочина, под формата на публично достъпни микросхеми на суматора, работещи с 4-битови условия.Разбира се, разбира се, че числата и, съответно, устройствата, които формират горните последователности от цели числа, съвкупността от които съответните кодове на ъгли на дискретизация могат да бъдат с различна битова дълбочина, но най-оптималната, от гледна точка на изпълнение на целите, поставени от заявеното решение, са 4-битови числа.Командите на микроконтролерите задължително включват команди, работещи с 4-битови числа - хапки.хардуер, и като част от многофункционални микроконтролери, което обуславя високата икономическа ефективност на техническото решение.Изобретението е илюстрирано с чертеж, където Фигура 1 показва функционален генератор на DTMF сигнали, който прилага метод за генериране на DTMF сигнали Генераторът на DTMF сигнали включва преобразувател 1 на DTMF сигнални кодове в последователни цели числа, делител 2 на основната честота на генератора на DTMF сигнали с регулируемо деление съотношение, преобразувател 3 на DTMF кодове в код на коефициент на разделяне, първия натрупващ суматор 4, първия заключващ регистър 5, първото устройство за съхранение 6, второто устройство за съхранение 7, втория заключващ регистър 8, втория натрупващ суматор, краен суматор 10, цифрово-аналогов преобразувател 11. Работата на генератора на DTMF сигнали е илюстрирана с примера за изпълнение на метода за генериране на DTMF сигнали. Преди това, въз основа на изрази (1.4, 1.6) и технически данни, по-специално, главната честота на устройството, където ще бъде приложен предложеният метод, се изчисляват последователности от цели числа, които определят съответните кодове на ъгли на дискретизация, и кодове на коефициенти на разделяне за делителя 2 на главната честота на генератора на DTMF сигнал с регулируем коефициент на разделяне, които се записват в съответните клетки на областите на паметта на преобразувателя 1 на DTMF кодовете в последователност от цели числа и преобразувателя 3 на кодовете на DTMF сигналите в кодовете на коефициентите на разделяне, също преди -изчислете дискретните стойности на съответните синусови функции, чийто брой се определя от броя на пробите m, и запишете на съответните устройства с памет 6 и 7, когато генерирате DTMF сигнал, на входовете на преобразувателя 1 и преобразувателят 3, които са входовете на генератора, за известно време действие на DTMF сигнала, кодът на генерирания DTMF сигнал ще бъде зададен, кодът, който определя коефициента на разделяне за делител 2, ще бъде зададен на изхода на преобразувател 3, докато на изхода на делителя 2 честотата на дискретизация ще се задава периодично, с период, съответстващ на тактовата честота на дискретизация, от първия изход на преобразувател 1 ще има вход на първия натрупващ суматор 4 ще получава двоичния числа, включени в първата последователност от цели числа, а от втория изход на преобразувателя 1 двоичните числа, включени във втората последователност от цели числа, съответстващи на компонентите на DTMF сигнала, ще бъдат подавани към входа на втория суматор 9, резултатите от натрупващото се сумиране се подават от изходите на кумулативните суматори към входовете на съответните фиксиращи регистри 5 и 8, от изходите на фиксиращите регистри 5 и 8, резултатите от кумулативното сумиране, с период, съответстващ на тактова честота на дискретизация, се подават към други входове на съответните кумулативни суматори 4 и 9, както и към входовете на съответните устройства за съхранение 6 и 7, чрез задаване на адресите на дискретните стойности на синусите на съответните компоненти на DTMF сигнала, от изходите на запаметяващите устройства 6 и 7, дискретните стойности на съответните компоненти на DTMF сигнала се подават към съответните входове на крайния суматор 10, на изхода на който дискретна двоична DTMF се формира сигнал, който се подава на входа на цифрово-аналоговия преобразувател 11, който извежда стъпаловиден синусоидален DTMF сигнал, съответстващ на входния код на DTMF сигнала. Преобразувателят 1 кодира DTMF сигнали в поредица от цели числа (фигура 1) може да бъде направен във формата, показана на фигура 2, където преобразувателят кодира DTMF сигнали в поредица от цели числа, включва контролно устройство 12, устройство с програмируема памет 13. Операцията на генератора на DTMF сигнал е илюстриран по-нататък на конкретен пример за прилагане на предложения метод в телефонен тонално-честотен дайлер.Преди това, въз основа на изрази (1.4, 1.6) и технически данни, се изчисляват последователности от цели числа, които определят съответните кодове на ъгли на дискретизация и кодове на коефициенти на разделяне за делител 2 на главната честота на генератора на DTMF сигнали с регулируемо съотношение на делене. Като се има предвид, че реализацията на метода включва същия тип изчисления, за да се илюстрира работата в конкретен пример, реализацията на метода за генериране на DTMF сигнал, съответстващ на натискане на клавиша „7“ като част от тон-импулсен дайлер, е дадено. Като основна честота на генератора е зададена кварцова честота, най-разпространена в телефонната техника, а именно F OSC = 3579545 Hz. Натискането на клавиш “7” съответства на DTMF сигнал с горна (колони) честота 1209 Hz и долна (редове) честота 852 Hz. Тъй като DTMF сигналът предава едновременно две честоти, коефициентите на разделяне се изчисляват за по-високата - горна честота, така че съответният код на ъгъла на дискретизация в съответствие с израз (1.6) да е близо до максималната стойност - 16, която се реализира с не повече от 4 бита данни. По този начин, при F OSC =3579545 Hz, броят на дискретните стойности на синусите m=128, изчислените стойности на коефициента на разделяне за делител 2 на главната честота на генератора на DTMF сигнали с регулируем коефициент на разделяне K D =240 =460, докато съответните кодове на ъгъла на дискретизация за горната честота K 1209 /852 =10,376, за долната честота K 852/1209 =7,312.Съгласно изобретението кодовете на ъгъла на дискретизация се заменят с поредици от цели числа, съответно 10 /11 и 7/8.10.375=(10x+11y)/(x+y), докато всъщност K 1209 / 852 = 10.3757.312 = (7x + 8y) / (x + y), докато всъщност K 952/ 1209 = 7,313, с (x + y) = 16. Така 10,375 се заменя с периодично повтаряща се последователност от цели числа 10 x 10 пъти и 11 x 6 пъти, а 7312 се заменя като 7 x 11 пъти и 8 x 5 пъти. областта на паметта за DTMF кода на сигнала "7" в двоично представяне е както следва: 
Така се изчисляват шестнадесет таблици, съответстващи на DTMF кодовете на сигналите, а именно 0, 1, 2...9, *, #, A, B, C, D, и предварително записани в паметта на програмируемото устройство за съхранение 13 (преобразувател на DTMF символен код в поредица от цели числа) При натискане на клавиш, например „7” на входа на генератора за времетраенето на DTMF сигнала, двоичният код на DTMF сигнала „7” ( 0111), преобразувателят 3 на кода на DTMF сигнала в коефициента на разделяне преобразува кода на DTMF сигнала в коефициента на разделяне на кода kd за делителя 2 на главния честотен генератор с регулируемо съотношение на разделяне, изходът на делителя 2 ще бъде зададена на честотата на дискретизация F t =F OSC /K D . DTMF кодът на сигнала също се подава към адресните входове на цифрите от висок ред на програмируемото запаметяващо устройство 13 (преобразувател на DTMF сигнални кодове в последователности от цели числа) и присъства там по време на продължителността на DTMF сигнала. Управляваното устройство 12, направено например под формата на брояч (преобразувател на кодове на DTMF сигнали в последователности от цели числа), под въздействието на тактови сигнали с честота t, циклично променя стойността си на паралелни изходи последователно от 0000 до 1111, променяйки съответно стойностите на адресните входове на най-малко значимите цифри на програмируемото устройство с памет 13 (преобразувател на кодове DTMF сигнали в последователност от цели числа), на изхода на програмируемото устройство с памет 13 с тактова дискретизация честота, се появяват 8-битови (байтови) числа, докато в съответствие с таблица 1 най-високите четири бита (най-високата хапка) образуват последователност от цели числа, наборът от които, а именно средноаритметичното, определя кода на ъгъла на вземане на проби, съответстващ на горната (колони) честота и най-малко значимите четири бита (долна хапка) образуват поредица от цели числа, наборът от които, а именно средноаритметичното, определя кода на ъгъла на дискретизация, съответстващ на по-ниската (редова) честота, четирицифрен данни, в съответствие с таблица 1, от изхода на програмируемото запаметяващо устройство 13 (преобразувател на DTMF сигнални кодове в последователности от цели числа) се подават отделно към входовете на съответните запаметяващи суматори 4 и 9, на изходите на съответните суматори 4 и 9 данните се променят с честота на дискретизация от 0 до m (в този случай m=128), като се определят и фиксират чрез фиксиращи регистри 5 и 8 адреси за памети 6 и 7, в които съответно се записват двоични дискретни стойностите на съответните синусоидални компоненти на DTMF сигнала се записват, от изходните устройства за памет 6 и 7, двоичните дискретни стойности на съответните синусоидални компоненти на DTMF сигнала се подават към съответните входове на крайния суматор 10 , на изхода на който се формират двоични дискретни стойности на DTMF сигнала, които след това се подават към входа на цифрово-аналоговия преобразувател 11, на изхода на който се формира стъпаловиден синусоидален DTMF сигнал. Генераторът на DTMF сигнал може да бъде реализиран на базата на добре известни технически средства, описани например в: Използването на интегрални схеми в електронното изчисление. Наръчник / Ред. Б.Н. Файзулаева, Б.В. Тарабрин. - М.: Радио и комуникация, 1986. В този случай преобразувателят 3 кодове на DTMF сигнали в кодове на коефициенти на разделяне може да бъде направен, например, под формата на ROM чип 155PE 3 (стр. 343), изпълнението на регистрите е описано на стр. 108, изпълнението на акумулаторите е описано на стр. 114. Заявеният метод и генераторът на DTMF сигнали също са реализирани на базата на технически средства на Microchip Inc. (8-битови едночипови микроконтролери от типа pic16f628), като част от импулсно-тоналния телефонен дайлер Kadran - NKT - 01, произведен от фирма Kadran (Украйна, Запорожие). Командната система и вътрешната структура на възлите на микроконтролера са описани в: Prokopenko B.Ya. едночипови микроконтролери. Додека, 2000, ISBN8-87835-056-4 Описание на параметрите на DTMF сигнала е дадено например в: Интегрални схеми: Микросхеми за телефония. Брой 1. - М.: Додека, 1994, 256 с. - ISBN-5-87835-003-3., стр. 12, 13.
