Générateur multifréquence à double tonalité (DTMF) sur l'AVR. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Téléphonie

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Altérité

• Génération de signaux sinusoïdaux à l'aide de la modulation de largeur d'impulsion (PWM)
• Combinaison de divers signaux sinusoïdaux en un seul signal DTMF
• Codes source assembleur et C
• Conçu pour fonctionner avec STK500
• Taille de code de programme 260 octets / Taille de table constante 128 octets
• Utilisation de la méthode de conversion de table

introduction

Ce document décrit comment générer des signaux DTMF (Dual Tone Multi-Frequency) à l'aide de n'importe quel microcontrôleur AVR contenant un bloc de modulation de largeur d'impulsion (PWM) et une SRAM. Ces signaux sont largement utilisés en téléphonie, où ils sont lus lorsque vous appuyez sur les touches de numérotation du poste téléphonique. Pour générer correctement un signal DTMF, deux fréquences doivent être superposées : une basse fréquence (fb) et une haute fréquence (fa). Le tableau 1 montre comment différentes fréquences sont mélangées pour produire des tonalités DTMF lorsque différentes touches sont enfoncées.

Figure 1. Schéma du générateur de signal DTMF

Tableau 1. Matrice de mise en forme des tons

Les rangées du tableau 1 représentent les valeurs de basse fréquence et les colonnes montrent les valeurs de haute fréquence. Par exemple, la matrice montre qu'appuyer sur le bouton "5" doit mélanger les fréquences fb = 770 Hz et fa = 1336 Hz. À la suite de l'addition de deux signaux sinusoïdaux de fréquences différentes, un signal DTMF est formé

(1)

où le rapport des amplitudes K=A_b/A_a les signaux source doivent remplir la condition

(2)

le principe de fonctionnement

En plus des informations générales sur l'utilisation de la modulation de largeur d'impulsion, ce qui suit montre comment la modulation de largeur d'impulsion vous permet de générer des signaux sinusoïdaux. Le paragraphe suivant décrit comment obtenir différentes fréquences en utilisant la fréquence PWM de base. Après avoir considéré les fondements théoriques, une description du générateur de signal DTMF lui-même sera donnée. Génération de signaux sinusoïdaux

En fonction du rapport de la durée des niveaux de tension haut VH et bas VL, la valeur moyenne à la sortie PWM change. Si le rapport entre les durées des deux niveaux est maintenu constant, alors un niveau de tension constant VAV sera généré en conséquence. La figure 2 montre un signal modulé en largeur d'impulsion.

Figure 2. Génération du niveau de tension CC

Le niveau de tension est déterminé par l'expression :

(3)

Un signal sinusoïdal peut être généré à condition que la valeur moyenne de la tension générée par la modulation de largeur d'impulsion change à chaque période PWM. Le rapport entre les niveaux haut et bas doit être réglé en fonction du niveau de tension du signal sinusoïdal à l'instant correspondant. La figure 3 illustre ce processus. Les données initiales de PWM sont calculées pour chacune de ses périodes et enregistrées dans la table de conversion (TP).

La figure 3 illustre également la relation entre la fréquence de l'onde sinusoïdale fondamentale et le nombre d'échantillons. Plus le nombre d'échantillons (Nc) est élevé, plus la précision de modélisation du signal résultant est élevée :

(4)

La fréquence PWM dépend de la résolution PWM. Avec une résolution de 8 bits, la valeur finale (haut du décompte) du temporisateur est 0xFF (255). Parce que compte à rebours, cette valeur doit être doublée. Par conséquent, la fréquence PWM peut être calculée en divisant l'horloge de la minuterie f_CK par 510. Ainsi, avec une fréquence d'horloge de minuterie de 8 MHz, la fréquence PWM résultante sera de 15.6 kHz.

Figure 3. Génération d'un signal sinusoïdal à l'aide de PWM

Modification de la fréquence d'un signal sinusoïdal

Supposons que les échantillons sinusoïdaux soient lus à partir de la table de consultation non pas séquentiellement, mais un à la fois. Dans ce cas, à la même fréquence d'échantillonnage, un signal à double fréquence sera généré (voir Figure 4).

Figure 4. Doublement de la fréquence résultante (XSW = 2)

Par analogie, si vous lisez non pas une valeur sur deux, mais une valeur sur trois, quatrième, cinquième (respectivement, la largeur de pas est de 3, 4, 5 ...), etc. il est possible de générer des fréquences Nc dans la plage [1/T Hz .. 0 Hz]. Notez que pour les hautes fréquences, la forme d'onde résultante ne sera pas sinusoïdale. La largeur de pas selon la table de conversion est notée X_SWOù

(5)

Le calcul de la position actuelle dans le TP pour la prochaine période PWM (lorsque le temporisateur déborde) est effectué à l'aide de l'expression (6). Nouvelle valeur à la position X_LUT dépend de son état précédent à la position X'_LUT avec l'ajout de la largeur de pas X_SW

(6)

Ajout de différentes fréquences pour obtenir un signal DTMF

Le signal DTMF peut être généré à l'aide des expressions (1) et (2). Pour simplifier les opérations arithmétiques, la valeur du coefficient K est prise égale à 0.75 afin de remplacer l'opération arithmétique par des décalages logiques. En tenant compte de l'expression (6), la valeur actuelle pour le contrôle PWM peut être calculée par l'expression :

(7)

et en tenant compte que X_LUTa=X'_LUTa + X_SWa,X_LUTb=X'_LUTb + X_SWb, on écrit finalement

(8)

Implémentation d'un générateur DTMF

Cette annexe traite de la construction d'un générateur de tonalité DTMF à l'aide d'une sortie PWM 8 bits (OC1A) et d'un tableau de 128 échantillons de fonction sinusoïdale (Nc), chacun spécifié par 7 bits (n). Les expressions suivantes montrent cette dépendance et montrent également comment calculer les éléments de la table de recherche :

(9)

L'avantage d'utiliser 7 bits est que la somme des valeurs des signaux haute et basse fréquence a une taille d'un octet. Pour prendre en charge l'ensemble complet de tonalités DTMF, 8 valeurs pour chaque fréquence DTMF du tableau 1 doivent être calculées et entrées dans une table de conversion.

Pour obtenir une plus grande précision, la solution suivante a été apportée : les valeurs ​​calculées par l'expression 5 ne nécessitent que 5 octets. Pour utiliser les 8 octets, ce qui réduira l'erreur d'arrondi, cette valeur est multipliée par 8. Un pointeur vers la table de conversion s'écrit de la même manière. Mais dans ce cas, il faut deux octets pour stocker 8 fois la valeur. Cela signifie que 3 décalages à droite et une opération modulo de base Nc (multiplication logique par Nc-1) doivent être effectués avant d'utiliser ces octets comme pointeur vers des valeurs sinusoïdales dans

(10)

Figure 5. Schéma du module de connexion au STK500

Le signal PWM est généré sur la broche OC1A (PD5). Un filtre de sortie supplémentaire aidera à mieux correspondre à la forme d'onde sinusoïdale. Lorsque la fréquence PWM diminue, il peut être nécessaire d'utiliser un filtre avec une réponse en fréquence plus raide pour obtenir un bon résultat.

La connexion du clavier est illustrée à la figure 1. Le fonctionnement du clavier doit être organisé de manière à ce qu'il soit possible de déterminer la touche enfoncée. Cela peut être fait en utilisant l'algorithme suivant :

1. Détermination de la chaîne de la touche enfoncée
   • définissez la tétrade inférieure du port B sur la sortie et définissez le journal. "0"
   • configurer la tétrade haute du port B à l'entrée avec la connexion de résistances pull-up
   • la ligne avec le bouton enfoncé est définie comme le chiffre de la tétrade la plus élevée avec un log. "0"
2. Détermination de la colonne de touche enfoncée
   • configurez la tétrade senior du port B sur la sortie et définissez le journal. "0"
   • réglez la tétrade inférieure du port B sur l'entrée avec la connexion de résistances pull-up
   • la colonne avec le bouton enfoncé est définie comme le chiffre de la tétrade la plus basse avec un log. "0"

Remarque : Le STK200 a des résistances en série entre les broches du connecteur PORTB et les broches du microcontrôleur BP5, PB6 et PB7 (voir le schéma du STK200). Cela causera des problèmes si un clavier est connecté au connecteur PORTB.

La figure 6 illustre le fonctionnement du sous-programme pour déterminer la touche enfoncée. En fonction de la touche enfoncée, la durée de l'intervalle est déterminée. La routine d'interruption utilise cette valeur pour calculer les paramètres PWM pour les deux ondes sinusoïdales de tonalité DTM. La procédure de gestion des interruptions est illustrée aux figures 7 et 8.

Cette routine calcule une valeur à comparer avec la sortie du temporisateur pour la prochaine période PWM. La routine d'interruption calcule d'abord la position de la valeur d'échantillon suivante dans la table de consultation et lit la valeur qui y est stockée.

La position de l'échantillon dans la table de consultation est déterminée par la durée d'impulsion, et la durée d'impulsion réelle est déterminée par la fréquence générée.

La valeur finale, qui est écrite dans le registre de comparaison de minuterie, est déterminée à l'aide de la formule (7), qui prend en compte les valeurs d'échantillon des deux fréquences DTMF.

Figure 6. Schéma fonctionnel du programme principal

Figure 7. Organigramme de traitement des interruptions de dépassement de temporisateur

Figure 8. Organigramme de la procédure de lecture d'échantillon "GetSample"

Publication : cxem.net

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