基于CM8870小型程控交换机设计
引言
双音多频(DTMF)信号由贝尔实验室发明，最初是用于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。DTMF信号由高频群和低频群组成，高、低频群各包含四个频率。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信令有16个编码。双音多频的拨号键盘是4×4的矩阵。每按一个键就发送一个高频和低频的正弦信号组合，因为任何2个频率之间没有谐波干扰，因此其抗干扰能力很强，远程传输之后的误判率很低。
交换机中DTMF、解码芯片采用CM8870实现通讯线路上双音多频信号的解码功能，该芯片将侦听到的双音多频信号转换为二进制四位代码，发往单片机，为单片机提供数据流的目的信息。双音多频信号是一组由高频信号与低频信号叠加而成的组合信号。双音多频信号解码是交换机中非常重要的组成部分，是否能够准确地解码出线路发送来的双音多频信号是建立通信链路的关键，它的工作情况直接决定了远程数据通讯的可靠性。本系统采用的双音频解码芯片CM8870集成了频带分离滤波器和数字解码器，可以将接收到的DTMF信号转换成
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CAMD公司的CM8870双音多频信号解码器为单片18脚DIP封装芯片，该芯片内含滤波器与数据解码功能，可滤除340～3400Hz外的非音频信号，同时将音频信号转换为二进制4位数字信号，内部CMOS工艺大大降低了芯片功耗，功耗仅为35mW。CM8870内置一个差分输入放大器、一个时钟产生器及一个三态锁存接口总线，减少了芯片外围组件，只需要接一个普通晶振即可正常工作。其特点如下：提供DTMF信号分离滤波和译码功能；功耗低于35mW；可以工作在工业温度范围内；可外接晶振，且内含震荡器产生基准频率信号；采用18引脚DIP，EIAJ，OIC，PLCC封装。
CM8870电路的基本特性是提供DTMF信号分离滤波和译码功能，输出相应的16种DTMF频率组合的4位并行二进制码。电路输出的二进制码D1～D4由数据输出允许段TOE控制，当TOE为高电平时，D1～D4输出与当前输入的DTMF信号相对应的二进制码；当TOE为低电平时，D1～D4端呈高阻状态。运放和R1，R2，C1组成一反相放大器，对输入的DTMF信号进行隔离放大，其增益．K=-R2／R1，改变R2的值可改变增益的大小，VREF为基准电压输出端，取VDD／2=2．5V；INH和PD为内部电路连接点，应接地；OSCl和OSC2为振荡器输入输出端，外接3．58MHz晶振与内部振荡器产生基准频率信号；STD为延迟控制输出端，当一组有效的双音频信号被接收时输出“1”，否则输出“O”；ESt为初始控制输出端，若电路检测出可识别的单音对，则此端变成高电平，若无输入信号或连续失真，则ESt返回低电平；SI／GT为控制输入端／时间监测输出端。功能框图如图1所示。
双音多频信号是用两个不同频率的信号组合来表示一个字符或数字。这两个频率一个选自低频段，一个选自高频段，每个频段分别包含四个不同的频率，因而总共可以组合成16种选择，而常用的只有12种，它们是O～9，以及#号和*号。CM8870能将DTMF信号译码成4位二进制码。
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CM8870组成收号电路，它的输入为来自模拟用户接口双音多频信号，输出为4位二进制数据，供处理器从数据总线口读入。其收号过程如下：模拟信号从IN一脚引入后，经双音滤波器初步滤除带外干扰信号，随后，此滤出信号在经高群滤波器和低群滤波器分别滤出其中的高频和低频分量，这两种分量分别通过过零检测后送给数字检测计算电路；该电路对音频信号进行进一步的优化，能排除外部噪声因偶然含有某些特定频率而被编码器编码，或者影响编码器的编码，从而引起后续的收号错误。当高、低频组信号同时被编码器检测到时，ESt脚将输出高电平作为有效检测DTMF信号的标志，而当DTMF信号消失时，ESt脚将输出低电平。为了防止外部噪声被CM8870误编码，编码器要求被编码的音频信号能维持一段时间，这段时间由外部的一个RC电路来决定。如前所述，当音频信号被检测到时，ESt输出高电平1，电容放电，VC上的电压值上升(假设信号在整个要求时间内部存在)，VC升到一个门限值Vrst时，该音频信号被编码，变成了数字信号，该数字信号将被锁存起来，此时，GT就为高，使VC点的电压由门限值升到VDD，此后，只要ESt仍保持为高，GT就为高，外部的RC电路回到初始状态，随后，经过一段锁存操作引起的延时后，STD脚输出高电平，表示信号锁存完毕。这时，若要从Q1～Q4上读这4位编码，应使TOE为高，打开锁存器，就完成了DTMF的收号任务。