1、2012 年 9 月第9期电子测试ELECTRONIC TESTSep. 2012No.980王 勉， 郭永刚， 赵高院（陕西烽火通信技术有限公司，西安 710075）摘要：本文介绍了利用意法半导体公司的STM32F103RET芯片在完成液晶显示、键盘扫描、RTC等主控工作的同时，利用芯片集成外设模数转换器（ADC1）、定时器（TIM2）以及DMA等外设资源，完成对DTMF信号的采样。并使用软件算法完成自动增益控制，以及戈泽尔算法计算单音功率，根据信号的二次谐波功率，可靠迅速地检测和识别出按键信息。并深入讨论了戈泽尔算法中N值的取值范围，为自动增益控制的稳态功率值提供了依据。最后经过测试，完全
2、满足ITU标准。关键词：STM32；Cortex-M3；DTMF；增益控制；戈泽尔中图分类号: TN2 文献标识码: BBased on the STM32 dual tone multifrequency signal (DTMF) detection and recognitionWang Mian， Guo Yonggang， Zhao Gaoyuan（Shaanxi FengHuo Communication Technology Co.,Ltd，Xi an 710075）Abstract: In this paper we introduce is the the STMicroel
3、ectronics STM32F103RET chip in the completion of liquid crystal display, keyboard scanning, RTC, master work, the use of chip integrated peripherals analog-to-digital converter (ADC1), Timer (TIM2) and DMAperipheral resources to complete the sampling of the DTMF signals. And use software algorithms
4、to complete the AGC, and the Geze Er algorithm to calculate the single-tone power, according to the second harmonic of the signal power, rapid and reliable detection and identification of key information. The last in-depth discussion of N Ge Zeer algorithm worth range, provides a basis for the AGC v
5、alue of the steady-state power.Last tested, and fully meet the ITU standard.Keywords: STM32；Cortex-M3；DTMF；gain control; Ge Zeer基于STM32实现双音多频信号（DTMF）的检测与识别81测试工具与解决方案2012.90 引言双音多频信号（Double Tone Multi Frequency）是指电话拨号中脉冲信号和音频信号中音频信号的拨号方式。也就是电话拨号时，每按一个键，有两个音频频率叠加成一个双音信号。双音多频信号（DTMF）检测与识别在市场上有着很多成熟的芯片
6、，能够可靠地完成这一功能；但是随着设备体积的缩小，以及对设备功耗的进一步要求。我们越来越倾向于使用软件来代替这个芯片。STM32系列属于ARM CortexTM-M3，是一款高性能、低成本、低功耗的32位 RISC 处理器。现如今被广泛地用于移动设备的主控制器系统。使用这款芯片来完成 DTMF 检测的功能，可以不增加任何成本和功耗。1 音频信号采样 1.1 典型主控系统介绍 随着集成度的不断提高，MCU 的功能在不断增强，如图1所示。单片STM32F1系列芯片可以完成诸如液晶显示、键盘扫描、与系统信道通讯，通过 USB 或者 USART与 PC 交互数据，甚至通过以太网物理层 PHY 芯片，接
7、入 Internet。图1 中为典型主控示意图现如今大多数主控芯片都集成 ADC，DAC这样的外设，这使得我们在不用增加任何外围电路情况下，就能很方便地进行数据采集。STM32的AD 分辨率是 12 位的，在 CPU主频 56 MHz 时。转换时间为1 s，也就是 1MHz 的采样率。1.2 DTMF手柄引脚定义图为了 减 少 连 线 的 数目，MIC 和 DTMF 信 号线是复用，两者的复用是非常合理的，因为音频信号也要经过采样，然后音频编码（俗称声码化）。两个信号也不会同时有效。这样一来，也节省了AD的数目。但是 MIC产生的音频信号，有可能会干扰 DTMF，造成误判断。1 GND 2 M
8、IC（DTMF 信号）3 HAND_DOWN 4 POWER7 PTT图 2 DTMF 手柄引脚定义图人的语音可以分为清音、浊两种。清的频谱接近白噪声，不会对我们的检测造成影响；浊音从发声过程来讲是声带的震动，通过鼻腔和口腔的共鸣腔形成，有明显的周期性，在频谱上有明 显 的双音 特 性， 影 响 我们 的判 断 ；与 DT M F 明显的区别在于，浊音有明显的二次谐波分量，因此对二次谐波的判断，可以帮我区分话音和 DTMF信号。1.3 硬件采样电路采样电路如图 3 所示 。82Test Tools 频率分辨率 （3）F0= f *k ； （4）Min(Fr -Fc)= 73Hz所以 f110。
9、 在戈泽尔算法中，虽然 N必须取整数，但是83测试工具与解决方案2012.9对 k 的取值没有限制，而且我们所需要的是：CONSTAT_VALUE= （5）由公式（3） 和（4） 得到：k = F0*N/Fs （6）把 k 带入公式 得到：CONSTAT_VALUE = （7）我们在 MATLAB上计算得到 8 个频率所对应的 CONSTAT_VALUE，因为 CPU 支持定点运算，存储类型为 INT16，归一化处理如下： 3 N值的选择3.1 N值的物理意义在程序计算过程中，N为每次运算的采样点数。N值的选择决定了最小频率关系。从上一节中我们得出：N110。3.2 N值选择受限于检测按键的时
10、间长短和人们的操作习惯根据人们的按键习惯，每次按键的时间大约在 60-200 ms 左右，机械操作抖动是不可避免的，所以需要去抖动。如果以每采到 2 次相同按键来去抖动，每次的检测时间不应该大于30 ms。TIM_CHECK = N*1/Fs （9）N 110 的要求。为了满足频率分辨率的要求，我们只有通过84Test Tools & Solution2012.9自动增益控制来实现。4 自动增益控制我们使用的参考电压VREF+为3 V。在输入信号Vpp大于这个动态范围时，就会产生溢出。经过戈泽尔算法后出现谐波成分，造成误判断；当信号幅度过小，没有足够的信噪比时，会造成漏判断。在 AD采样前，通
11、过硬件电路进行压缩放大，防止信号超过最大动态范围，造成 AD 溢出。(1) 硬件音频放大 Ssm2167 进行压缩放大；图 5 音频压缩放大硬件电路ssm2167 的输入动态范围可以达到 50 dB，提高了设备的兼容性。(2) 软件音频压缩，保证 DFT 运算不溢出。上一节中已经仔细论证了软件压缩的重要性，在此给出程序流图如图 6 所示 。5 实验测试结果 工程测试中，采用 cr-cooledit 软件生成测试音频文件。通 PC 耳机插孔接入目标板。测试文件包括：(1) 标准 DTMF 测试文件 600 s，每组双音持续时间为 25 ms。相当于 24000 个 DTMF 信号。(2) 非标准
12、测试文件 600 s，每组双音持续时间为 25ms。(3) 音乐文件 600 s。(4) 语音文件 600 s。输入动态范围测试，音频输入1mvRMS1VRMS，60dB 动态范围的情况下，标准测试文件能够准确识别，识别率 100%。在同样的动态范围下，非标准文件，音乐文件，和语音文件的全部拒识，拒识率 100%。 参考文献1 陈亮,杨吉斌,张雄伟.信号处理算法的实时DSP实现M.北京:电子工业出版社,2008.2 金鑫春,旺一鸣.Goertzel 算法下DTMF信号检测及参数优化J.现代电子技术,2010(06): 152-155.3 弋今朝,张禄林,钱玉美.一种新的基于Goertzel 算
13、法的DTMF信号检测方法J.通信技术,2002(9):16-18.4 International Telecommunication Union . ITU-T Recommendation Q23. Technical Features Of Push - Button Telephone SetsR. Switzerland: ITU-T. November 1988.图 6 音频压放时序图85测试工具与解决方案2012.95 丁玉美,高西全.数字信号处理M.2版.西安:西安电子科技大学出版社,1994.6 胡广书.数字信号处理理论、算法与实现M.北京:清华大学出版社,2003.7 傅丰林
14、.电子线路基础M.西安:西安电子科技大学出版社,2001.8 Jean J.Labrosse.嵌入式实时操作系统C/OS-M.邵贝贝 译.北京:北京航空航天大学出版社,2001. 作者简介：王勉 ，助理工程师，主要研究方向为软件无线电、数字集群。E-mail：为防静电技术搭建专业平台2012 NEPCON 华南展 8 月 28 日隆重开幕2012 年 8 月 28 日 -30 日，第十八届华南国际电子生产设备暨微电子工业展（NEPCON South China 2012）在深圳会展中心隆重开启，针对行业厂商集中探讨工业防护环境、防静电技术、设备、材料及产品方面的最新发展及应用的同期“防静电技术
15、论坛”，受到业内人士的追捧。随着社会的发展和科技的进步，电子产品的微小化、轻薄化已成为了主流趋势，而电子元器件的微型化对静电控制提出了更加苛刻的要求，简单的穿上防静电服装、铺上防静电地板、带上防静电腕带已经不再能够满足微型化时代的静电防护需求了，设立静电放电保护区，建立静电防护体系，已经成为电子产品制造加工企业进一步发展的必要条件。基于国内微电子制造、半导体、汽车电子、医疗电子、通讯电子等行业生产技术的不断创新与产业的持续高速增长，企业对于防静电产品和服务的需求日益加大。作为 2012 NEPCON 华南展的重要构成部分，由中国电子仪器行业协会防静电装备分会所举办的“防静电技术论坛”，为防静电
16、技术的应用发展搭建起一个专业的交流平台。在当天的论坛上，业内专家围绕“构建有效的ESD 防护体系，提升企业产品质量”、“ 标准与应用”、“ 离子产生器在静电防护中的角色”等议题进行了精彩演讲。此外，励展集团还在 2012 NEPCON 华南展为防静电专门设置了展示专区，为设备、材料、服务供应商与防静电领域买家搭建了有效的商贸平台。中国电子仪器行业协会防静电装备分会、三威、亨达洋、灿普、甲天下、科高、金嘉乐、金华天开、意艾思、宇浩、爱拓、力强、德浦瑞、依工斯诺科恩、润丰源等一大批防静电厂商聚集在 2012 NEPCON 华南展，他们带来的产品、方案及应用服务将有效帮助电子制造企业显著提高效率与节约成本。
