DTMF кодер

Один из возможных способов получения DTMF сигналов - цифровой синтез синусоидального сигнала на базе обратного Z-преобразования.
Согласно этого способа выходной сигнал разбивается на фиксированные временные интервалы T. Каждый последующий отсчет выходного сигнала Y(n) получается из двух предыдущих отсчетов :

Y(n)=X(n-1)*sin(w*T)+Y(n-1)*2cos(w*T)-Y(n-2)

X(n) - входной сигнал, X(n)=1 при n=0 ; X(n)=0 при других значениях n, так называемый дельта-импульс.
Константы A=sin(w*T)=sin(2*pi*Fs/F0) ; B=2*cos(w*T)=2*cos(2*pi*Fs/F0)
вычисляются один раз и используются в дальнейшем, F0 - частота дискретизации, Fs- частота сигнала. Таким образом :

Y(n)=A*X(n-1)+B*Y(n-1)-Y(n-2)

Первый отсчет Y(0)=0, второй Y(1)=A,т.к. X(0)=1, Y(0-1)=0,
Y(0-2)=0. Для n=2 и больше, амплитуда отсчета будет :

Y(n)=B*Y(n-1)-Y(n-2)

За один раз вычисляется один отсчет для каждой составляющей из пары частот. Затем они суммируются и выдаются на ЦАП. Для реализации этого алгоритма можно использовать один из современных однокристальных микроконтроллеров (МК). Очень удобен к примеру AT89c2051 из широко известного семейства MCS51. Небольшие размеры, малое потребление, позволяют использовать его в портативных устройствах, питаемых от батарей. Еще одной важной особенностью этого МК является наличие режима IDLE - с малым потреблением. При переходе в этот режим МК отключает основные потребители тока и находится в дежурном режиме до поступления запроса на прерывание, причем диапазон питающего напряжения составляет от 3 до 6 в.

Схема бипера приведена на рис.1. Клавиатура содержит только 12 кнопок используемых в телефонных приложениях. Она состоит из матрицы 6х2, выходы которой подключены ко входам прерывания INT0 и INT1 МК. На резисторах R1-R9 собран простейший 5-ти разрядный ЦАП. Добавив еще 4 резистора по аналогии с разрядами Р1.6-Р1.2 можно задействовать еще и разряды Р1.0, Р1.1. При этом нужно нагрузить эти разряды резисторами 10 кОм на источник питания, т.к. они не имеют внутренней нагрузки. В результате уменьшится уровень помех квантования. Однако, как показали практические испытания, 5-ти разрядов оказывается вполне достаточно.
В таб.1 приведен исходный текст программы для AT89c2051, в таб.2 прошивка ПЗУ программ. При использовании кварцевого резонатора другой частоты, необходимо заново пересчитать константы A и B. Для этого можно использовать несложную программу на языке BASIC, приведенную в таб.3. В первой строке содержится значение частоты кварцевого резонатора. Результатом ее работы является текстовый файл, содержащий таблицу коэффициентов A и B. Ее нужно переписать вместо старой таблицы коэффициентов.

На рис. 2 и 3 приведены чертежи печатной платы устройства. Размер управляющей программы составляет около 500 байт. Поэтому можно использовать м/с AT89c1051, имеющую меньший объем памяти и меньшую стоимость. Приведенный алгоритм открывает большие возможности для практического применения. К примеру можно сделать несложный генератор низкой частоты с плавной перестройкой и возможностью работать в качестве генератора качающейся частоты для настройки различных НЧ устройств. Там же можно ввести формирование прямоугольных, треугольных и вообще сигналов любой формы.