单片机基于DTMF编码的无线电数据通信

　　随着单片机应用的普及，单片机间通信问题已引起广泛的关注。目前，应用较多的是有线通信，而如何利用现有的无线模拟信道进行单片机数据传输，是众多同行们更加关心的课题。本节介绍一种利用DTMF编码进行单片机间无线数据通信的应用系统。它具有简便、实用、价格低廉等特点。
　　
　　一、系统工作原理
　　
　　本系统采用51单片机控制双音多频DTMF发生器(TCM5087)来实现信道编码。DT-MF产生的双音编码正弦波送入无线电话进行发射。接收端将无线电话机收到的DTMF信号送入DTMF解调器(MT8870)来实现信道解码，从而完成单片机间的数据通信。其结构如图1- 74所示。
　　
　　二、DTMF信号编码方式
　　
　　DTMF是一种在电话通信中应用较广泛的信号编码方式。

　　为了更清楚地了解DTMF信号的编码原理，下面分别介绍其发生器、解调器及单片机的控制工作过程。

三、TCM5087结构及其工作原理

TCM5087是双列直插式DTMF信号发生器专用电路。
　　
　　输入端R1～R4（行）、Cl～C4（列）既可接普通电话键盘，也可用于电平输入。16端为音调输出端，输出的两个音频信号被线性地叠加在一起。一个音频由输入端Ri～R4从低频组中选定；另一个音频由输入端Cl～C4从高频组中选定。低频组有697Hz(R1)、770 Hz( R2)、852Hz(R3)和941 Hz(R4)四个频率，高频组有1 209 Hz(C1)、1 336 Hz(C2)、1 477 Hz(C3)和1633 Hz(C4)四个频率。当行(R1)输入为0电平时，选择其低频组中的一个；当列(C1)输入为VDD电平时，选择其高频组中的一个。输出的音频单音幅度Vpp为400～500 mV。双音调输出的谐波失真和交调失真小于10%，频率误差为±1.0%，准确度优于0.75%，高频比低频加重2 dB。15端用来阻止单音产生，当为O电平时，输出端将不会产生单音调输出。10端是静噪输出端，2端为发射机开关控制端，7端为片内振荡器外接晶振的一个输入端，8端为片内振荡器外接晶振的另一个输入端。应用时，在7、8端之间接入3. 579 545 MHz晶体即可。该芯片的最大优点是所用外围元件最少，仅需一个廉价的彩电晶体即可工作。

四、MT8870结构及工作原理
　　
　　MT8870是双列直插式DTMF解调专用电路。其内部电路方框图如图1- 78所示。

　　由图1-74及图1-78可以看出：由运放及R1、R2、C1组成一反相放大器，对输入的DT-MF信号进行隔离放大。其增益K=-R2 /R1，K值一般为1～5；输入的DTMF信号幅度应为27. 5～883 mV；VREF (4)为参考电压输出端，取值为VDD/2=2.5 V；IC（5端和6端）为内部电路的连接线，必须接V ss；其他各端子的功能参照译码过程波形图，不难理解。值得注意的是，输出的二进制编码信号Qi～Q4由使能端TOE控制：TOE为高电平时，打开输出锁存器，输出与当前输入的DTMF信号相对应的二进制编码；当TOE为低电平时，Qi～Q4呈高阻状态，故可直接挂在数据总线上。DTMF信号与二进制编码信号的对应关系如表1- 22所列。
　　
　　表1- 22 DTMF信号与二进制编码的对应关系

　　双音到达检测时间tDP为5～15ms;双音持续时间tREC应为20～40 ms; tGTP、tGTA由时间常数R3 C2决定，表达式为：

　　
　　式中：V TST为门限电压，一般取VDD/2，故tGTP =tGTA=0.69 R3 C2。译码过程波形可参照图1-79。

五、单片机控制工作过程
　　
　　发送端：单片机将欲发送的数据通过查表变换成对应的DTMF代码；然后由DB总线送74LS273锁存；TCM5087接到锁存器信号后，发出双音频正弦波信号；同时发出发射机打开信号，将无线电话机置为发射状态，从而将代码所对应的双音调发射出去。持续一段时间后(约40 ms)，单片机再以同样方式将另一数据发射出去。
　　
　　接收端：由无线电话收到的双音信号输入到MT8870解调器后，在EST端产生一矩形脉冲，经R3C2积分后，在S1／GT端产生如图1- 79所示波形。当S1/GT端电乎高于VTST时，产生SiD信号为1；当S1／GT端电平低于VTST时，SiD信号为0。该信号输出端与单片机8031的外部中断INTi端相连，当该信号发生由1到0的跳变时，中断标志IEI置1（中断方式安排为下降沿触发方式）。8031响应中断后，产生一个RD信号，经反相后，使MT8870的TOE端产生一个高电平脉冲信号，将与当前输入的双音信号相对应的二进制编码信号通过DB总线（低4位）读入8031。单片机通过查表，即可得到与发送端完全一致的数据信息，完成了数据远传。具体编码方式可参考表1- 22。

六、软件设计
　　
　　本系统应用程序为模块式结构，发送端为主动工作方式，接收端为被动工作方式。有关信息编码可参考表1- 22。
　　
　　数据传送程序清单如下：

查询式无线遥测水位仪中采用了上述电路方案。实际运行表明，该系统稳定可靠，抗干扰能力强，使用方便、灵活，价格低廉，误码率完全满足要求，对软件稍作充实修改，即可广泛应用于各种低速无线数据传输的场合