DTMF芯片HT9170在數據通信中的應用

摘要：雙音多頻（DTMF）技術是在電話機中實現電話號碼快速傳輸的一種可靠技術,它以其很強的抗干擾能力和較高的傳輸速度廣泛用于電話通信系統和數據通信系統。文中介紹了DTMF的技術原理和HOLTEK公司生產的DTMF芯片HT9170的結構功能,給出了它們在數字通信中的應用電路和具體的系統框圖。

    關鍵詞：雙音多頻 數據通信 解碼 HT9170

1 DTMF的原理

DTMF（Double Tone MulitiFrequency,雙音多頻）作為實現電話號碼快速可靠傳輸的一種技術,它具有很強的抗干擾能力和較高的傳輸速度,因此,可廣泛用于電話通信系統中。但絕大部分是用作電話的音頻撥號。另外,它也可以在數據通信系統中廣泛地用來實現各種數據流和語音等信息的遠程傳輸。

DTMF是用兩個特定的單音頻組合信號來代表數字信號以實現其功能的一種編碼技術。兩個單音頻的頻率不同,代表的數字或實現的功能也不同。這種電話機中通常有16個按鍵,其中有10個數字鍵0～9和6個功能鍵*、#、A、B、C、D。由于按照組合原理,一般應有8種不同的單音頻信號。因此可采用的頻率也有8種,故稱之為多頻,又因它采用從8種頻率中任意抽出2種進行組合來進行編碼,所以又稱之為“8中取2”的編碼技術。

根據CCITT的建議,國際上采用的多種頻率為687Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz等8種。用這8種頻率可形成16種不同的組合,從而代表16種不同的數字或功能鍵,具體組合見表1。

表1 雙音多頻的組合功能

2 HT9170的內部結構及功能

HT9170是HOLTEK公司生產的18腳DIPSOP封裝的DTMF信號接收解碼芯片,它具有工作電壓低,靜態工作電流小,外圍電路簡單,使用元件少且無需外部濾波等優點。它可對接收到的16種DTMF信號進行檢測和解碼,從而形成代表不同數字的4位BCD碼輸出。DT9170的引腳排列如圖1所示。圖2所示是其內部功能組成框圖。各管腳的功能說明如表2所列。

表2 HT9170管腳功能說明

表3 DTMF信號輸出真值表

3 HT9170的工作原理

工作時,HT9170將接收到的DTMF信號先經輸入運算放大器放大送到前置濾波器（實際上是一個帶阻濾波器）,以濾除DTMF信號中350～400Hz的低頻干擾和噪聲,從而使輸出信號基本上只包含高低兩個頻率。該輸出信號在分別經過低頻群濾波器和高頻群濾波器兩個帶通濾波器濾波后輸出高低頻兩路正弦波信號,并經施密特電路整形后變為同頻率的矩形脈沖。而后,兩路脈沖分別送入DTMF數字頻率檢測電路,再經編碼檢測電路及輸出鎖存器和緩沖器進行處理,從而將不同的DTMF輸入信號轉換成相應的4位BCD碼數字信號輸出。輸出BCD碼數字信號與輸入DTMF信號的關系如表3所列。

    HT9170中的操作控制電路用來測量有效信號的持續時間,以確保有效信號。EST端通常為低電平。它通過外部RC電路的放電使能端RT/GT保持在低電平。當檢測到有效音頻信號輸入時,EST變成高電平,從而使RT/GT端通過RC電路對其充電。當RT/GT端的電壓從0上升到VTRT（電源為5V時,該電壓為2.35V）時,輸入信號有效,然后經編碼檢測器產生正確的編碼信號輸出。當D0～D3輸出信號被完全鎖存時,DV端變成高電平。當RT/GT端電壓從VDD下降到VTRT時（即輸入端沒有輸入信號）,DV端變成低電平,此時D0～D3的數據將一直被保持,直到接收到下一個有效信號為止。HT9170的工作時序如圖3所示。

4 HT9170典型應用電路

HT9170的外圍電路非常簡單,它所需元件很少,也不需要外部濾波器,其典型電路如圖4所示。其中元件XTAL是頻率為3.58MHz的晶體振蕩器,C1、C2均為20pF的電容。

5 數據通信系統組成

每套數據通信系統均由電臺、CPU/MPU、DTMF信號產品電路、HT9170解碼電路和LCD顯示器等組成。按照通信協定的要求,一般通過CPU/MPU來控制系統的工作模式,以精確控制DTMF信號的發送和接收。因為這樣既能實現原電臺的語音通信功能,又能完成各電臺之間數據的遠程傳輸和顯示、圖5所示是該數據通訊系統組成框圖。