基于软件的DTMF产生器及其性能分析

数字运算、仿真的软件，用其作数字信号处理也是相当简单的事件。下面的实验就是利用SPCE061A芯片通过其D/A和4个I/O口产生DTMF信号，将其耦合输出到声卡的LINEIN输入口，采样获得DTMF信号的数据，再将信号数据转化到MATLAB软件中进行离散FFT分析，获得具频率域的信息。图2是用D/A输出的DTMF信号“1”的波形；图3是用D/A输出的DTMF信号频谱；图4是用4个I/O口模拟产生的DTMF信号“1”的波形；图5是用4个I/O口模拟输出的DTMF信号频谱。图3和图5是用MATLAB软件仿真的结果。从图2～5可看出：所产生的DTMF信号，其频率完
　　
　　
　　
　　全集中的规定的两个频率上。两种方案下产生的DTMF波形，通过MATLAB分析计算得到的能量最大值出现的频率都为1206Hz和次大值频率689Hz，频偏分别为0.25%和1.14%，都在DTMF信号规定的范围之内。频率的偏差是由于信号及离散傅里叶变换的量化误差引起的。
　　
　　图2和图4信号波形的横坐标为时间，约12ms；纵坐标为声卡采样量化电压值，声卡采样精度为16位，采样频率为44.1kHz；图3和图5中的横坐标为频率；纵坐标为离散FFT分析结果（用复数表示的频率域信息）的模。图3中，除了DTMF的两个频率外，其它频率没有出现大的毛刺，波形非常漂亮，信号失真度低。
　　
　　图5中，除DTMF的两个频率外，其它频率有多处出现了毛刺，信号失真度比图3所显示的大。
　　
　　5总结
　　
　　本文论述了用D/A产生DTMF的一般方法及其性能，并提出了用普通I/O模拟D/A产生DTMF的方法。在没有DTMF硬件产生器的单片机应用中，可以根据实际情况选用上述两种软件产生的DMTF的方案。建议选择具有D/A的MCU。用D/A产生DTMF比用I/O口模拟产生双音多频信号有以下几个优点：D/A精度较高（普通D/A都有8位或8位以上），产生的信号失真度小；采样频率要求较低，能满足尼奎斯特条件即可，软件产生信号时用中断定时输出，中断频率也就比较低，从而占用CPU时间较少；用D/A输出DTMF信号，不需要电阻网络，外围电路简单。用D/A输出DTMF信号的缺点是：要求MCU具有D/A输出，在应用中存在局限性；在某些低端的应用中，带D/A的MCU的其它资源也较多，成本相对比较高。用多个I/O口来模拟D/A就没有上述局限性，只需要4个以上的I/O口，1.5MIPS左右的指令执行速度（上述实验中采用的MCU主频为6.144MHz，大部分指令执行时间为3～8个机器周期）。这两个要求是大部分低档、低档成本的MCU（包括部分51系列芯片）都具有的，故由此方案实现的系统更有利于控制成本；而精度的不足、失真度大等问题，可以通过增加I/O口的个数来解决。若没有多余的I/O口，根据实际应用情况，可以考虑将某些I/O口分时复用。
　　
　　当然，产生DTMF的方法还有很多。用软件产生可以用PWM的方式（要求MCU具有较高的执行速度），用硬件产生可以用信号发生器等；但相对于用D/A或者普通I/O口来说，其复杂程度和成本都分比较高。因此，用D/A或者普通I/O产生DMTF信号有更广泛的应用。
　　
　　
　　
　

《基于软件的DTMF产生器及其性能分析(第3页)》