DTMF芯片HT9170在数据通信中的应用

DTMF芯片HT9170在数据通信中的应用

摘要：双音多频（DTMF）技术是在电话机中实现电话号码快速传输的一种可靠技术,它以其很强的抗干扰能力和较高的传输速度广泛用于电话通信系统和数据通信系统。文中介绍了DTMF的技术原理和HOLTEK公司生产的DTMF芯片HT9170的结构功能,给出了它们在数字通信中的应用电路和具体的系统框图。

   关键词：双音多频 数据通信 解码 HT9170

1 DTMF的原理

DTMF（Double Tone MuliTIFrequency,双音多频）作为实现电话号码快速可靠传输的一种技术,它具有很强的抗干扰能力和较高的传输速度,因此,可广泛用于电话通信系统中。但绝大部分是用作电话的音频拨号。另外,它也可以在数据通信系统中广泛地用来实现各种数据流和语音等信息的远程传输。

DTMF是用两个特定的单音频组合信号来代表数字信号以实现其功能的一种编码技术。两个单音频的频率不同,代表的数字或实现的功能也不同。这种电话机中通常有16个按键,其中有10个数字键0～9和6个功能键*、#、A、B、C、D。由于按照组合原理,一般应有8种不同的单音频信号。因此可采用的频率也有8种,故称之为多频,又因它采用从8种频率中任意抽出2种进行组合来进行编码,所以又称之为“8中取2”的编码技术。

根据CCITT的建议,国际上采用的多种频率为687Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz等8种。用这8种频率可形成16种不同的组合,从而代表16种不同的数字或功能键,具体组合见表1。
表1 双音多频的组合功能

         高频群Hz
     功能
低频群Hz 1209 1336 1477 1633 697 1 2 3 A 770 4 5 6 B 852 7 8 9 C 941 * 0 # D

2 HT9170的内部结构及功能

HT9170是HOLTEK公司生产的18脚DIPSOP封装的DTMF信号接收解码芯片,它具有工作电压低,静态工作电流小,外围电路简单,使用元件少且无需外部滤波等优点。它可对接收到的16种DTMF信号进行检测和解码,从而形成代表不同数字的4位BCD码输出。DT9170的引脚排列如图1所示。图2所示是其内部功能组成框图。各管脚的功能说明如表2所列。
表2 HT9170管脚功能说明

管   脚 符   号 功      能 1 VP 输入运放的正输入端 2 VH 输入运放的负输入端 3 GS 输入运放的输出端 4 VREF 参考电压输出端,其值为VDD/2 5 INH 当此端为高电平时,禁止对代表功能键A、B、C、D音频信号检测 6 PWDN 低电平有效。此端可使芯片进入睡眠工作状态 7,8 X1,X2 3.58MHz晶振连接端 9 VSS 负电源端 10 OE 数据输出使能端。高电平有效 11～14 D0～D3 数据输出端。当OE为高电平时,输出为高阻状态 15 DV 数据输出端。当OE为高电平时,输出有效数据;当OE为低电平时,输出为高阻状态 16 EST 有效输出指示端。当接收到有效DTMF信号并完成其解码时,此端为高电平,输出数据有效;否则为低电平 17 RT/GT DTMF信号获得时间和释放时间调整端。可通过外部RC电路对其进行调整 18 VDD 正电源端,电压范围：2.5V～5.5V

表3 DTMF信号输出真值表

低频群（Hz） 高频群（Hz） 数字和功能键 OE D3 D2 D1 D0 697 1209 1 H L L L H 697 1336 2 H L L H L 697 1477 3 H L L H H 770 1209 4 H L H L L 770 1336 5 H L H L H 770 1477 6 H L H H L 852 1209 7 H L H H H 852 1336 8 H H L L L 852 1477 9 H H L L H 941 1336 0 H H L H L 941 1209 * H H L H H 941 1477 # H H H L L 697 1633 A H H H L H 770 1633 B H H H H L 852 1633 C H H H H H 941 1633 D H L L L L 　 　 ANY L Z Z Z Z

3 HT9170的工作原理

工作时,HT9170将接收到的DTMF信号先经输入运算放大器放大送到前置滤波器（实际上是一个带阻滤波器）,以滤除DTMF信号中350～400Hz的低频干扰和噪声,从而使输出信号基本上只包含高低两个频率。该输出信号在分别经过低频群滤波器和高频群滤波器两个带通滤波器滤波后输出高低频两路正弦波信号,并经施密特电路整形后变为同频率的矩形脉冲。而后,两路脉冲分别送入DTMF数字频率检测电路,再经编码检测电路及输出锁存器和缓冲器进行处理,从而将不同的DTMF输入信号转换成相应的4位BCD码数字信号输出。输出BCD码数字信号与输入DTMF信号的关系如表3所列。

    HT9170中的操作控制电路用来测量有效信号的持续时间,以确保有效信号。EST端通常为低电平。它通过外部RC电路的放电使能端RT/GT保持在低电平。当检测到有效音频信号输入时,EST变成高电平,从而使RT/GT端通过RC电路对其充电。当RT/GT端的电压从0上升到VTRT（电源为5V时,该电压为2.35V）时,输入信号有效,然后经编码检测器产生正确的编码信号输出。当D0～D3输出信号被完全锁存时,DV端变成高电平。当RT/GT端电压从VDD下降到VTRT时（即输入端没有输入信号）,DV端变成低电平,此时D0～D3的数据将一直被保持,直到接收到下一个有效信号为止。HT9170的工作时序如图3所示。

4 HT9170典型应用电路

HT9170的外围电路非常简单,它所需元件很少,也不需要外部滤波器,其典型电路如图4所示。其中元件XTAL是频率为3.58MHz的晶体振荡器,C1、C2均为20pF的电容。

5 数据通信系统组成

每套数据通信系统均由电台、CPU/MPU、DTMF信号产品电路、HT9170解码电路和LCD显示器等组成。按照通信协定的要求,一般通过CPU/MPU来控制系统的工作模式,以精确控制DTMF信号的发送和接收。因为这样既能实现原电台的语音通信功能,又能完成各电台之间数据的远程传输和显示、图5所示是该数据通讯系统组成框图。