【Arduino】168种传感器模块系列实验（146）---MT8870语音解码

eagler8 · 发表于 2020-3-3 12:17:51

37款传感器与模块的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和执行器模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手试试做实验，不管成功与否，都会记录下来---小小的进步或是搞不定的问题，希望能够抛砖引玉。

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）
实验一百四十六：MT8870 DTMF语音解码板模块电话拨号控制音频解码处理电路

eagler8 · 发表于 2020-3-3 12:21:21

MT8870
音调译码器（Tone Decoder）是 MITEL 公司所开发生产为一颗常用复频译码 IC，这个电路可以接收 DTMF 信号，是一个完整的 DTMF 接收器。它接收了 DTMF 信号后，内部将信号分成高频带和低频带，并将此信号送至数字译码器，然后将讯号送至数字译码器以解出按键值，接着将解出的按键值以二进制的方式以四条线(Q1、Q2、Q3、Q4)输出到外部共享 Bus 上，其MT8870 接脚说明如表 1 及内部结构如图 2。值得一提的是，当 MT8870 解出一个按键值且输出到外部时，其 STD 接脚会由低态升为高态，经一段时间后再降为低态，我们便可利用此特点侦测到此脚有讯号时便马上将 Q1-Q4 接脚所产生的值读入 CPU，然后解出电话的按键值。

eagler8 · 发表于 2020-3-3 12:49:12

eagler8 · 发表于 2020-3-3 12:58:20

eagler8 · 发表于 2020-3-3 13:06:51

DTMF
双音多频 DTMF（Dual Tone Multi Frequency），双音多频，由高频群和低频群组成，高低频群各包含4个频率。一个高频信号和一个低频信号叠加组成一个组合信号，代表一个数字。DTMF信号有16个编码。利用DTMF信令可选择呼叫相应的对讲机。

在编码时将击键或数字信息转换成双音信号并发送，解码时在收到的DTMF信号中检测击键或数字信息的存在性。一个DTMF信号由两个频率的音频信号叠加构成。这两个音频信号的频率来自两组预分配的频率组：行频组或列频组。每一对这样的音频信号唯一表示一个数字或符号。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，又因它采用分别从高低频中任意抽出1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697Hz、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。

eagler8 · 发表于 2020-3-3 14:10:26

eagler8 · 发表于 2020-3-3 14:31:28

MT8870的应用电路

eagler8 · 发表于 2020-3-3 16:40:59

1、板载MT8870复频译码芯片
2、板载语音输入接口
3、板载5个LED指示灯，方便查看输出状态
4、芯片主要管脚基本都已经引出
5、PCB尺寸：26.5(mm)x24.5(mm)

eagler8 · 发表于 2020-3-3 17:05:37

模块电原理图

eagler8 · 发表于 2020-3-4 07:11:06

本帖最后由 eagler8 于 2020-3-4 08:07 编辑

双音多频信号（DTMF）
电话系统中电话机与交换机之间的一种用户信令，通常用于发送被叫号码。
在使用双音多频信号之前，电话系统中使用一连串的断续脉冲来传送被叫号码，称为脉冲拨号。脉冲拨号需要电信局中的操作员手工完成长途接续(早期方法，很老很古董)。

双音多频信号是贝尔实验室发明的，其目的是为了自动完成长途呼叫。

双音多频的拨号键盘是4×4的矩阵，每一行代表一个低频，每一列代表一个高频。每按一个键就发送一个高频和低频的正弦信号组合，比如'1'相当于697和1209赫兹(Hz)。交换机可以解码这些频率组合并确定所对应的按键。

双音多频(DTMF)是由贝尔实验室开发的信令方式，通过承载语音的模拟电话线传送电话拨号信息。每个数字利用两个不同频率突发模式的正弦波编码，选择双音方式是由于它能够可靠地将拨号信息从语音中区分出来。一般情况下，声音信号很难造成对DTMF接收器的错误触发。DTMF是“TouchTone” (早期AT&T的商标)的基础, 替代机械式拨号转盘的按键。

eagler8 · 发表于 2020-3-4 08:39:01

DTMF编码器
基于两个二阶数字正弦波振荡器，一个用于产生行频，一个用于产生列频。向DSP装入相应的系数和初始条件，就可以只用两个振荡器产生所需的八个音频信号。典型的DTMF信号频率范围是700~1700Hz，选取8000Hz作为采样频率，即可满足Nyquist条件。DTMF双音频信号由两个二阶数字正弦振荡器产生，一个用来产生行音频信号，另一个产生列音频信号。

CCITT规定每秒最多按10个键，即每个键时隙最短为100MS，其中音频实际持续时间至少为45MS，不大于55MS，时隙的其他时间内保持静默，因此按键产生双音频信号时，相继的两个信号间隔一段时间；解码器利用这个时间识别出双音频信号，并转换成对应的数字信息，而且要识别出间隙信息。因此流程包含音频任务和静默任务，前者是产生双音频采样值，后者产生静默样值，每个任务结束时，要重置定时器和下一个任务。其中静默任务还要加上一个任务：从数字缓冲区取出数字并解包。解包就是将数字映射为对应的行列音频特性，装载指针指向振荡器特征表对应的正确位置。两个任务轮流执行。由CCITT（国际电报电话咨询委员会）的规定，数字之间必须有适当长度的静音，因此编码器有两个任务，其一是音频信号任务，产生双音样本，其二是静音任务，产生静音样本。每个任务结束后，启动下一个任务前（音频信号任务或静音任务），都必须复位决定其持续时间的定时器变量。在静音任务结束后，DSP从数字缓存中调出下一个数字，判决该数字。信号所对应的行频和列频信号，并根据不同频率确定其初始化参数。

DTMF信号包含两组音频信号，解码器的任务是通过数学变换把它从时域转化到频域，然后得出对应的数字信息。由于芯片处理的是数字信号，所以必须把输入信号数字化，再用DSP芯片处理。频率检测时，检测出DTMF信号的基波及二次谐波，DTMF信号只在基波上有较高的能量，而话音信号则是在基波上叠加有较强的二次谐波，检测二次谐波的作用是用来区分DTMF信号与语言和音乐信号。

eagler8 · 发表于 2020-3-4 08:41:50

本帖最后由 eagler8 于 2020-3-4 09:00 编辑

DTMF特性
DTMF是由低频组（fb）和高频组（fa）两组频率信号构成，每个数字信号由低频组和高频组的任意一个叠加而成。根据CCITT的建议，DTMF的编译码定义可用下式表示 f(t)=A_{a}sin(2f_{a}t)+A_{b}sin(2f_{b}t) 式中两项分别表示低、高音频的值，Ab和Aa分别表示低音群合高音群的样值量化基线，而且两者幅值比为K=Ab/Aa(0.7<K<0.9)。同时规定，对应于DTMF编译码中的标称频率在发送时，DTMF信号的频率偏差不应当超过1.5%，每位数字的信号极限时长应该大于40ms，而接收设备对2%的偏差应能可靠地接收，对30ms~40ms时长的信号可以正常地接收。

与单音编码不同，DTMF信号是采用8中取2的方式，从高低两个音组中各取一个音频复合而成来代表0-9十个号码和其他功能码，再加上这8个音频信号的各频率间不存在谐波关系，大大减少了虚假信号的干扰，因而DTMF信号工作可靠性特别是抗干扰能力很强。

DTMF应用
DTMF信号即双音频信号，最先用于程控电话交换系统来代替号盘脉冲信号，主叫用户摘机按键拨号后，电话号码所对应的DTMF信号通过电话线传到程控交换机中的DTMF接受电路，交换机中的微机识别被叫电话号码后，接通主被叫用户实现双方通话。

DTMF信号还用于自动控制系统，如果把DTMF的发送电路用于主控系统，接收电路用于被控系统，就可以方便地组成有线或无线通信系统，其通道数视需要而定，16通道以内每通道只需编一位号码即可，若需要更多通道，则可像电话号码编号一样编为两位或两位以上的号码。DTMF信号还被用于部分型号的车载导航终端，用于远程下发目的地坐标信息。比如警情自动拔号、DTMF远程控制系统，基于DTMF编解码的智能家居电话远程控制系统等。

eagler8 · 发表于 2020-3-4 12:58:53

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）
  实验一百四十五：MT8870 DTMF语音解码板模块电话拨号控制音频解码处理电路
  第一项实验：用arduino的PWM脚（11、12）合成DTMF双音多频编码信号

  1、安装 "Tone.h"库: IDE-工具-管理库-搜索-安装
  2、项目测试：将喇叭贴近电话机话筒，然后发送要拨的电话号码到串口，比如10000，即可拨通电话10000
  3、需要材料：喇叭1个，68Ω电阻两个
  4、硬件连接：在D11，D12引脚各接一个68Ω电阻一端，
   68Ω电阻另一端接喇叭，然后喇叭另一端接地。

eagler8 · 发表于 2020-3-4 13:02:14

/*
【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）
实验一百四十五：MT8870 DTMF语音解码板模块电话拨号控制音频解码处理电路
第一项实验：用arduino的PWM脚（11、12）合成DTMF双音多频编码信号
1、安装 "Tone.h"库: IDE-工具-管理库-搜索-安装
2、项目测试：将喇叭贴近电话机话筒，然后发送要拨的电话号码到串口，比如10000，即可拨通电话10000
3、需要材料：喇叭1个，68Ω电阻两个
4、硬件连接：在D11，D12引脚各接一个68Ω电阻一端，
68Ω电阻另一端接喇叭，然后喇叭另一端接地。
*/
#include <Tone.h>
String Phone_Number = "";
int i = 0, mark = 0;
//定义freq1，freq2为Tone实例，并且定义双音多频的频率
Tone freq1;
Tone freq2;
const int DTMF_freq1[] = {1336, 1209, 1336, 1477, 1209, 1336, 1477, 1209, 1336, 1477};
const int DTMF_freq2[] = {941, 697, 697, 697, 770, 770, 770, 852, 852, 852};
void setup()
{
Serial.begin(9600);
//定义声音产生引脚在Arduino的D11，D12
freq1.begin(11);
freq2.begin(12);
}
void loop()
{
//读出串口数据，串接成Phone_Number字符串
while (Serial.available() > 0)
{
Phone_Number += char(Serial.read());
delay(2);
mark = 1;
}
//播放DTMF音频，电话号码来自Phone_Number，持续长度200ms，间隔长度300ms
PlayDTMF(Phone_Number, 200, 300);
//如果刚才接收到串口的电话号码，因为号码已经在喇叭输出了，清空电话号码并且重置mark
if (mark == 1)
{
Phone_Number = "";
Serial.println();
mark = 0;
}
}
/*
DTMF播放函数
调用格式：playDTMF(数字(0~9), 持续时间)。
*/
void PlayDTMF(String Number, long duration, long pause)
{
//如果输入数字为空，或者持续时间不为正数，或者暂停时间不为正数
//则视作错误，立即停止执行返回主程序。
if (Number.length() == 0 || duration <= 0 || pause <= 0) return;
//将Number逐个文字分离，
for (i = 0; i < Number.length(); i++)
{
//如果Number属于0~9的数字字符
if (Number[i] >= '0' && Number[i] <= '9')
{
//则将它ASCII码减去‘0’，得到纯数字，
Number[i] = '0';
//然后在串口输出一份，便于查看
Serial.print(i, DEC);
//输出双音多频之一
freq1.play(DTMF_freq1[i], duration);
//输出双音多频之二
freq2.play(DTMF_freq2[i], duration);
delay(pause);
}
}
}

复制代码

eagler8 · 发表于 2020-3-4 13:35:25

通过串口，尝试输入10000号码，手机11位号码和一个28位的号码

eagler8 · 发表于 2020-3-4 16:45:18

视频——第一项实验：用arduino的PWM脚（11、12）合成DTMF双音多频编码信号

https://v.youku.com/v_show/id_XNDU3MzExODkzMg==.html

eagler8 · 发表于 2020-3-4 20:27:14

/*
【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）
实验一百四十五：MT8870 DTMF语音解码板模块电话拨号控制音频解码处理电路
第二项实验：重复播放合成DTMF双音多频8675309拨号音
1、安装 "Tone.h"库: IDE-工具-管理库-搜索-安装
2、项目测试：发送电话号码8675309到串口
3、需要材料：喇叭1个，68Ω电阻两个
4、硬件连接：在D11，D12引脚各接一个68Ω电阻一端，
68Ω电阻另一端接喇叭，然后喇叭另一端接地。
*/
#include <Tone.h>
Tone freq1;
Tone freq2;
const int DTMF_freq1[] = { 1336, 1209, 1336, 1477, 1209, 1336, 1477, 1209, 1336, 1477 };
const int DTMF_freq2[] = { 941, 697, 697, 697, 770, 770, 770, 852, 852, 852 };
void setup()
{
Serial.begin(9600);
freq1.begin(11);
freq2.begin(12);
}
void playDTMF(uint8_t number, long duration)
{
freq1.play(DTMF_freq1[number], duration);
freq2.play(DTMF_freq2[number], duration);
}
void loop()
{
int i;
uint8_t phone_number[] = { 8, 6, 7, 5, 3, 0 , 9 };
for (i = 0; i < sizeof(phone_number); i ++)
{
Serial.print(phone_number[i], 10);
Serial.print(' ');
playDTMF(phone_number[i], 500);
delay(600);
}
Serial.println();
delay(4000);
}

复制代码

eagler8 · 发表于 2020-3-4 20:31:59

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）
  实验一百四十五：MT8870 DTMF语音解码板模块电话拨号控制音频解码处理电路

  第二项实验：重复播放合成DTMF双音多频8675309拨号音
  1、安装 "Tone.h"库: IDE-工具-管理库-搜索-安装
  2、项目测试：发送电话号码8675309到串口
  3、需要材料：喇叭1个，68Ω电阻两个
  4、硬件连接：在D11，D12引脚各接一个68Ω电阻一端，
   68Ω电阻另一端接喇叭，然后喇叭另一端接地。