以MXS51为内核构造的单片集成系统

2 DTMF数据处理

DTMF解码数据处理主要完成两个功能，一是数据截取，一是DTMG解码。

2.1 数据截取

根据抽样速率和DTMG占空比及持续时间，可以对接收的数据进行截断。根据FFT的要求，前后两段数据之间应该有一定长度的公共部分。计算出截新的数据帧的长度为128字。为了减少面积，我们比较了几个方案。在不会出现溢出的情况下，最后采取了图4所示的设计方案。

图3

    数据截取由一个256字的双口RAM完成。复位时，对前32字清零。A/D采样的数据帧先放到写数据段1中，再放到写数据段2中，按照写数据段1和写数据段2交替写入数据。在每次写完一个数据段之后，产生一个数据改变脉冲。用来表明已完成1帧数据，可以进行数据读取，从而启动数据读取操作。

数据读取时，为了保证每次数据读取时与前后两段都有32字的公共部分，第一次从读数据段1中读出160字的数据，其前32字的数据为上一帧数据的最后32字的数据；下一次在读数据段2中读出160字的数据，然后两个数据段读出数据前后之间都有32字的共有数据。

2.2 DTMF解码

对于DTMF解码中用到的FFT，我们采用经典的Goertzel算法。其思想是利用简单的递归运算代替复杂的FFT运算，且只需要计算几个频率占上的值，大大简化了计算量，通过比较几个频率点上数值的大小和判断占空时间，就可确定发送的DTMG频率组合。为了减少设计中用到的乘法验证，在满足通信标准的前提下，将宽度降到12位。Goertzel算法的计算公式如下：

3 其它外围电路

该系统除了MCS51.FSK、DTMG外，再加上门控时钟。看门狗、数字调制/解调等其它电路就构成了完整的以MCS51为核的单片集成系统。

门控时钟主要功能就是在系统工作时提供系统时钟；在系统空闲时，使系统处于下电状态，所有的时钟都关掉，所有的操作也就停止，直到系统被唤醒，这样就将系统功耗降低到最小值。

看门电路是一个可编程的逻辑电路，它可以被用作系统监视器，也可以只作为一个简单的计时器。同时它的时间宽度可以通过编程来设成2 12、2 13、2 18或2 21个时钟宽度。

结语

该系统是一个典型的以MCS51为核心。加、DTMG以及门控时钟等外围电路组成的控制系统。我们采用自顶向下的设计方法。系统中所有功能模块均采用VHDL语言进行描述；用FPGA实现的集成系统替换原来的系统通过了功能测试。不但在可靠性上得到了提高，而且满足芯片面积的要求，达到降低成本的目的。