51单片机控制双音多频DTMF发生器(TCM5087)来实现信道编码
随着单片机应用的普及，单片机间通信问题已引起广泛的关注。目前，应用较多的是有线通信，而如何利用现有的无线模拟信道进行单片机数据传输，是众多同行们更加关心的课题。本节介绍一种利用dtmf编码进行单片机间无线数据通信的应用系统。它具有简便、实用、价格低廉等特点。
一、系统工作原理
本系统采用51单片机控制双音多频dtmf发生器(tcm5087)来实现信道编码。dt-mf产生的双音编码正弦波送入无线电话进行发射。接收端将无线电话机收到的dtmf信号送入dtmf解调器(mt8870)来实现信道解码，从而完成单片机间的数据通信。其结构如图1- 74所示。
二、dtmf信号编码方式
dtmf是一种在电话通信中应用较广泛的信号编码方式。
为了更清楚地了解dtmf信号的编码原理，下面分别介绍其发生器、解调器及单片机的控制工作过程。
三、tcm5087结构及其工作原理
tcm5087是双列直插式dtmf信号发生器专用电路。
输入端r1～r4（行）、cl～c4（列）既可接普通电话键盘，也可用于电平输入。16端为音调输出端，输出的两个音频信号被线性地叠加在一起。一个音频由输入端ri～r4从低频组中选定；另一个音频由输入端cl～c4从高频组中选定。低频组有697hz(r1)、770 hz( r2)、852hz(r3)和941 hz(r4)四个频率，高频组有1 209 hz(c1)、1 336 hz(c2)、1 477 hz(c3)和1633 hz(c4)四个频率。当行(r1)输入为0电平时，选择其低频组中的一个；当列(c1)输入为vdd电平时，选择其高频组中的一个。输出的音频单音幅度vpp为400～500 mv。双音调输出的谐波失真和交调失真小于10%，频率误差为±1.0%，准确度优于0.75%，高频比低频加重2 db。15端用来阻止单音产生，当为o电平时，输出端将不会产生单音调输出。10端是静噪输出端，2端为发射机开关控制端，7端为片内振荡器外接晶振的一个输入端，8端为片内振荡器外接晶振的另一个输入端。应用时，在7、8端之间接入3. 579 545 mhz晶体即可。该芯片的最大优点是所用外围元件最少，仅需一个廉价的彩电晶体即可工作。
四、mt8870结构及工作原理
mt8870是双列直插式dtmf解调专用电路。其内部电路方框图如图1- 78所示。
由图1-74及图1-78可以看出：由运放及r1、r2、c1组成一反相放大器，对输入的dt-mf信号进行隔离放大。其增益k=-r2 /r1，k值一般为1～5；输入的dtmf信号幅度应为27. 5～883 mv；vref (4)为参考电压输出端，取值为vdd/2=2.5 v；ic（5端和6端）为内部电路的连接线，必须接v ss；其他各端子的功能参照译码过程波形图，不难理解。值得注意的是，输出的二进制编码信号qi～q4由使能端toe控制：toe为高电平时，打开输出锁存器，输出与当前输入的dtmf信号相对应的二进制编码；当toe为低电平时，qi～q4呈高阻状态，故可直接挂在数据总线上。dtmf信号与二进制编码信号的对应关系如表1- 22所列。
表1- 22 dtmf信号与二进制编码的对应关系
双音到达检测时间tdp为5～15ms;双音持续时间trec应为20～40 ms; tgtp、tgta由时间常数r3 c2决定，表达式为：
式中：v tst为门限电压，一般取vdd/2，故tgtp =tgta=0.69 r3 c2。译码过程波形可参照图1-79。
五、单片机控制工作过程
发送端：单片机将欲发送的数据通过查表变换成对应的dtmf代码；然后由db总线送74ls273锁存；tcm5087接到锁存器信号后，发出双音频正弦波信号；同时发出发射机打开信号，将无线电话机置为发射状态，从而将代码所对应的双音调发射出去。持续一段时间后(约40 ms)，单片机再以同样方式将另一数据发射出去。
接收端：由无线电话收到的双音信号输入到mt8870解调器后，在est端产生一矩形脉冲，经r3c2积分后，在s1／gt端产生如图1- 79所示波形。当s1/gt端电乎高于vtst时，产生sid信号为1；当s1／gt端电平低于vtst时，sid信号为0。该信号输出端与单片机8031的外部中断inti端相连，当该信号发生由1到0的跳变时，中断标志iei置1（中断方式安排为下降沿触发方式）。8031响应中断后，产生一个rd信号，经反相后，使mt8870的toe端产生一个高电平脉冲信号，将与当前输入的双音信号相对应的二进制编码信号通过db总线（低4位）读入8031。单片机通过查表，即可得到与发送端完全一致的数据信息，完成了数据远传。具体编码方式可参考表1- 22。
六、软件设计
本系统应用程序为模块式结构，发送端为主动工作方式，接收端为被动工作方式。有关信息编码可参考表1- 22。
数据传送程序清单如下：
查询式无线遥测水位仪中采用了上述电路方案。实际运行表明，该系统稳定可靠，抗干扰能力强，使用方便、灵活，价格低廉，误码率完全满足要求，对软件稍作充实修改，即可广泛应用于各种低速无线数据传输的场合
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一、系统工作原理
本系统采用51单片机控制双音多频dtmf发生器(tcm5087)来实现信道编码。dt-mf产生的双音编码正弦波送入无线电话进行发射。接收端将无线电话机收到的dtmf信号送入dtmf解调器(mt8870)来实现信道解码，从而完成单片机间的数据通信。其结构如图1- 74所示。
二、dtmf信号编码方式
dtmf是一种在电话通信中应用较广泛的信号编码方式。
为了更清楚地了解dtmf信号的编码原理，下面分别介绍其发生器、解调器及单片机的控制工作过程。
三、tcm5087结构及其工作原理
tcm5087是双列直插式dtmf信号发生器专用电路。
输入端r1～r4（行）、cl～c4（列）既可接普通电话键盘，也可用于电平输入。16端为音调输出端，输出的两个音频信号被线性地叠加在一起。一个音频由输入端ri～r4从低频组中选定；另一个音频由输入端cl～c4从高频组中选定。低频组有697hz(r1)、770 hz( r2)、852hz(r3)和941 hz(r4)四个频率，高频组有1 209 hz(c1)、1 336 hz(c2)、1 477 hz(c3)和1633 hz(c4)四个频率。当行(r1)输入为0电平时，选择其低频组中的一个；当列(c1)输入为vdd电平时，选择其高频组中的一个。输出的音频单音幅度vpp为400～500 mv。双音调输出的谐波失真和交调失真小于10%，频率误差为±1.0%，准确度优于0.75%，高频比低频加重2 db。15端用来阻止单音产生，当为o电平时，输出端将不会产生单音调输出。10端是静噪输出端，2端为发射机开关控制端，7端为片内振荡器外接晶振的一个输入端，8端为片内振荡器外接晶振的另一个输入端。应用时，在7、8端之间接入3. 579 545 mhz晶体即可。该芯片的最大优点是所用外围元件最少，仅需一个廉价的彩电晶体即可工作。
四、mt8870结构及工作原理
mt8870是双列直插式dtmf解调专用电路。其内部电路方框图如图1- 78所示。
由图1-74及图1-78可以看出：由运放及r1、r2、c1组成一反相放大器，对输入的dt-mf信号进行隔离放大。其增益k=-r2 /r1，k值一般为1～5；输入的dtmf信号幅度应为27. 5～883 mv；vref (4)为参考电压输出端，取值为vdd/2=2.5 v；ic（5端和6端）为内部电路的连接线，必须接v ss；其他各端子的功能参照译码过程波形图，不难理解。值得注意的是，输出的二进制编码信号qi～q4由使能端toe控制：toe为高电平时，打开输出锁存器，输出与当前输入的dtmf信号相对应的二进制编码；当toe为低电平时，qi～q4呈高阻状态，故可直接挂在数据总线上。dtmf信号与二进制编码信号的对应关系如表1- 22所列。
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