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基于DSP的DTMF通信系统 第2页

更新时间:2008-4-18:  来源:毕业论文

基于DSP的DTMF通信系统 第2页

第一章 绪论

1.1  DSP概述

1.1.1  什么是DSP芯片
     DSP芯片,也称数字信号处理器,是一种具有特殊结构的微处理器。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构,具有专门的硬件乘法器,广泛采用流水线操作,提供特殊的DSP 指令,可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求,DSP芯片一般具有如下的一些主要特点:
 
1) 在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。
 
2) 程序和数据空间分开,可以同时访问指令和数据。
 
3) 片内具有快速RAM,通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问。
 
4) 具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持。
 
5) 快速的中断处理和硬件I/O支持。
 
6) 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。
 
7) 可以并行执行多个操作。
 
8) 支持流水线操作,使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。
与通用微处理器相比,DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。

1.1.2. DSP芯片的发展

世界上第一个单片DSP芯片是1978AMI公司宣布的S28111979年美国Iintel公司发布的商用可编程期间2920DSP芯片的一个主要里程碑。这两种芯片内部都没有现代DSP芯片所必须的单周期芯片。 1980年。日本NEC公司推出的μPD7720是第一个具有乘法器的商用DSP 芯片。的是, 1982年日本的Hitachi 公司推出了第一个采用CMOS工艺生产浮点DSP芯片。1983年,日本的Fujitsu公司推出的MB8764,其指令周期为120ns ,且具有双内部总线,从而处理的吞吐量发生了一个大的飞跃。而第一个高性能的浮点DSP芯片应是AT&T公司于1984年推出的DSP32。在这么多的DSP芯片种类中,最成功的是美国德克萨斯仪器公司(Texas Instruments,简称TI)的一系列产品。TI公司成功推出启迪一代DSP芯片TMS32010及其系列产品后相继推出了第二代、第三代、第四代、第五代DSP芯片以及集多个DSP于一体的高性能DSP芯片TMS32C80/C82等。自1980年以来,DSP芯片得到了突飞猛进的发展,DSP芯片的应用越来越广泛。从运算速度来看,MAC(一次乘法和一次加法)时间已经从80年代初的400ns降低到40ns(如TMS32C40),处理能力提高了10多倍。DSP芯片内部关键的乘法器部件从1980年的占模区的40左右下降到5以下,片内RAM增加一个数量级以上。DSP芯片的引脚数量从1980年的最多64个增加到现在的200个以上,引脚数量的增加,意味着结构灵活性的增加。

1.1.3  DSP芯片的基本结构
DSP芯片的基本结构包括:

1)哈佛结构。

  2)流水线操作。
    
3)专用的硬件乘法器。
    
4)特殊的DSP指令。 

5)快速的指令周期。

1.2 DTMF通信的简介

DTMF(Dual-Tone Multifrequency)通信技术中的一种信号传输方法,这里的tone代表一个固定频率的声音片断,而dual-tone则是由两个不同的tone产生的复频信号。数字式电话的12个键分别 代表了12种不同的复频组合,借助于对频率组合的侦测,计算机可分辨出所按的是哪一个键,从而达到与电话另一端的使用者互动控制的目的。通过这种技术可以使计算机将控制命令从复杂的声音讯号中判别出来,从而使我们能够通过电话按键控制计算机的运作。DTMF信号发生器将按键或数字信号转化成双音信号,DTMF信号检测器检测双音信号中的信息。

下图是一般双音多频电话的双音频率情况:若图片无法显示请联系QQ752018766

第二章关键算法实现

2.1 DTMF信号的产生

正弦信号算法和频率控制

    设有一系统:其传输函数 没有零点,只有一对处在单位圆上的共扼极点,则单位冲击响应为恒幅度振荡,即产生了正弦信号。

 若图片无法显示请联系QQ752018766

式中:

经离散变换后得:

              

        式中:

                   A为正弦波幅值, 为采样频率, 为正弦波频率。

2-1 正弦波振荡器原理图

对于DTMF所要产生的频率和采样频率为:

    ROW频率: 697770852941Hz

COLUMN频率: 1209133614771633Hz

采样频率:   =  8kHz

DTMF信号时序控制

根据AT&T技术规范:

1)数字号码最大传输速度为每秒10个,即一个号码占100ms时间片。
2)在100ms时间片内双音多频信号持续不少于45ms且不多于55ms的时间。

3)一个数字按键有两个作业:音频作业(Tone Task和静音作业(Quiet Task)。

工作流程

键中断将启动一个作业(Start Task

执行Quiet Task

    • 插入双音信号间的间隔
    • Tone Task的计数大小
    • Unpack New Digit(开始新的计数)

执行Tone Task

    • 按规定时间片输出双音信号
    • Quiet Task的计数大

2.2 DTMF信号的检测

  双音频率信息获取算法:Goertzel算法

       Goertzel算法用来从输入信号中提取出所需要信号,运算速度比DFT算法快。

       N点采样计算表达式为:

式中:若图片无法显示请联系QQ752018766

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