Что такое dtmf токены
Применение DTMF декодера в каналах GSM. Часть вторая
Продолжим описание исследования 123ksn работы декодера DTMF в каналах сотовой связи начатое в первой части.
Я же акцентируюсь на моментах, которые интересны применительно к проблеме работы рассматриваемого устройства. К сожалению, четких характеристик (кроме частот) я на DTMF- сигнал не нашел. Что я искал?
а) длительность DTMF- сигнала (если есть)
б) длительность паузы DTMF- сигнала (если есть)
Вот что я нашел здесь: http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/app/micros/msp430/slaae16.htm
Прошу обратить особое внимание на критерии определения длительности DTMF-сигнала на графике. Так, DTMF – символ начинается, когда уровень сигнала превышает 10% от номинального, а заканчивается, когда уровень становится ниже 90% от номинального! Напряжения должны соответствовать следующим уровням:
Номинальный уровень напряжения верхней из 2-х частот должен быть выше как минимум на 0.5 дБ, но не более чем на 3.5 дБ, чем номинальный уровень напряжения нижней из 2-х частот с целью компенсации потерь в длинных линиях
В диапазоне частот 250..4600 Гц, суммарный уровень всех частот, кроме тех, которые формируют набор номера, должен быть как минимум на 23 дБ ниже суммарного уровня частот, формирующих набор номера и как минимум на 20 дБ ниже уровня каждой из таких частот.
Далее я вычитал здесь: http://www.telemak.ru/index.php?page=articles&name=presto
Модуляция двухчастотными посылками — далеко не самый эффективный способ кодирования информации с точки зрения устойчивости к искажениям в канале связи и минимально-допустимого отношения сигнал — шум. Допустимый диапазон изменения амплитуды сигнала, при котором еще обеспечивается устойчивое детектирование DTMF не выше 30 дБ (причем, недопустимо как превышение амплитуды сигнала — сигнал ограничивается, и спектр его необратимо искажается, так и снижение — сигнал теряется на уровне шумов), минимально допустимое отношение сигнал шум — 12 дБ.
Данные ограничения не играют существенной роли в телефонном канале высокого качества — там они с легкостью выполняются, но, увы, на просторах нашей родины телефонные каналы высокого качества пока не очень распространены. Сплошь и рядом встречаются случаи, когда ослабление в канале превышает 30 дБ, особенно в высокочастотной части спектра, а шумы и помехи в канале — 12дБ.
Еще больше данная проблема обостряется при передаче DTMF сигнала по голосовому каналу GSM сети. Дело в том, что голосовой GSM тракт рассчитан исключительно для передачи речевого сигнала, и использует мощные системы вокодерного сжатия с потерями, ориентированными на статистику спектра речи. Вокодерное сжатие обеспечивает очень хорошую компрессию сигнала (голосовой канал кодируется из номинальных 64кб/с в 9600 б/c!) при приемлемом качестве воспроизведения речевого сигнала, но любой модулированный сигнал в таком канале подвергается очень большим искажениям. Особенно это относится к DTMF сигналу, который, как явствует из названия (Dual Tone Multi Frequency), всегда содержит в мгновенном спектре две частоты, а GSM сжатие оптимизировано под передачу сигнала, в мгновенном спектре которого есть одна превалирующая частота. Поэтому способы передачи, основанные на модуляции тем или иным способом (АМ, ФМ, ЧМ) одной несущей частоты, хотя и тоже приводят к значительным искажениям сигнала, но все-таки в меньшей степени, нежели DTMF. Чуть улучшает ситуацию использование EFR2 кодирования, но, опять же, не все операторы сотовой связи и не во всех регионах поддерживают EFR кодирование.
Непонятно: Одна DTMF посылка соответствует 4 битам и передается за 100 мс (50 мс посылка и 50 мс пауза), то есть скорость передачи составляет 40 б/c (в лучшем случае).
В результате прочтения информации выше возникает несколько выводов:
1) В GSM-телефонах, когда мы нажимаем цифровую клавишу в режиме разговора, используется:
а) непрерывный прерывистый DTMF-сигнал, т.е 65мс сигнал+85мс пауза+65мс сигнал+85мс пауза…
б)Одиночный DTMF-сигнал, т.е. сигнал длительностью 65мс
Ну вот теперь можно переходить к практической части.
Во-первых, был изготовлен SOIC-разъем для МТ8870 из бытовой прищепки и PCI-сокета материнской платы.
Во-вторых, изменена схема установки, так как DTMF-сигналы теперь формировались не аппаратно, а подавались из компьютера:
а) из WAV- файла
б) из программы DTMFdial
В-третьих, изменилась методика измерений с появлением еще одного прибора – логического анализатора USBee с программной поддержкой от Saleae Logic
Как видно из схемы, задействованы 3 сигнальных входа USBee, причем 15 вывод МТ8870 использовался как стартовый для начала измерений. Итак, 15выв – канал 0, 11выв-канал1, 12выв- канал2. И еще одна тонкость. Оказывается, на выводах 11-14 МТ8870 всегда «хранится» код последнего опознанного DTMF-символа. Таким образом, если подавать на МТ8870 DTMF-символы в последовательности 1,2,3,4,5,6,7,8,9, то не надо контролировать все разряды, так как всегда будет изменяться младший. На правильность распознавания с большой долей доверия укажут два младших разряда.
Также я попытался использовать в качестве пишущего осциллографа звуковую карточку SB live5! Однако, как вы сможете убедиться сами, результаты измерения таким прибором неудовлетворительные. Поэтому размах DTMF-сигнала по прежнему контролировался аппаратным осциллографом.
Для проведения экспериментов с разных марок мобильников записал их DTMF-сигналы:
а) С нокиа 2600 в режиме долгого удержания 1
б) С нокиа 2600 в режиме медленного набора цифр от 1 до 9
в) С нокиа 2600 в режиме быстрого набора цифр от 1 до 9
Те же самые сигналы получил с Самсунга. Посмотрим на полученные сигналы:
Для полноты вводной части приведу описание некоторых выводов МТ8870 (КР1008ВЖ18) и схемы
Выв15: DSO Выход задержанного управления.
Выв 16 ESO Выход раннего управления.
На этом выходе немедленно появляется «высокий» уровень, когда сигнал DTMF опознаётся схемой обработки цифрового сигнала. Любые мгновенные потери сигнала DTMF вызывают возвращение состояния выхода ESO в «низкий» уровень.
Выв 17 SI/GTO Двунаправленный: Вход управления/Выход установки заданного времени.
Резистор R6 и конденсатор С3, подключенные к выводам ESO и SI/GTO, задают минимальную длительность обработки тонального сигнала или паузы после того, как сигнал или межцифровая пауза были опознаны:
— длительность обработки тонального сигнала tGTP = 0,875хR6хС3 (26 мс);
— длительность обработки межцифровой паузы tGTA = 0,956хR6хС3 (29 мс).
Эксперименты я начну с DTMF-сигналов, сформированных программой DTMFdial.
Значения длительностей по умолчанию 60х20х250. Набираемые цифры 12121212121212121…На всеобщее обозрение выношу не все сигналы, а только специфичные, т.е., как правило, ошибочные. Размах сигнала 400мв.
Как видно из рисунка MT8870 отлично справляется с декодированием. Уменьшаю напряжение до 300мв.
Виден «дребезг” сигнала «декодирован”. Уменьшаю напряжение до 200мв.
Длительность сигнала «декодирован” значительно сократилась и сам он превратился в сплошной «дребезг”. В то же время правильность декодирования соблюдается. Попробую привести длительности приблизительно к стандартным. Значения длительностей 70х85х250. Набираемые цифры 12121212121212121… Размах сигнала 200мв.
Сигнала «декодирован” значительно сокращен и много «дребезга”. Правильность декодирования соблюдается. Увеличу размах до 300мв:
Сигнала «декодирован” почти идеален, но встречается «дребезг”. Правильность декодирования соблюдается. Увеличу размах до 400мв:
Сигнала «декодирован” почти идеален, но изредка встречается «дребезг”. Правильность декодирования соблюдается!
Продолжение в третьей части
Категория: | Просмотров: 15724 | Добавил: Admin | Теги: | Рейтинг: 5.0/2 |
Всего комментариев: 3
IP-телефония: от медных проводов до цифровой обработки сигнала
Если в один прекрасный день вам придется на скорую руку разобраться, что есть VoIP (voice over IP) и что значат все эти дикие аббревиатуры, надеюсь, эта методичка поможет. Сразу замечу, что вопросы конфигурирования дополнительных видов обслуживания телефонии (такие как перевод вызова, голосовая почта, конференц-связь и т.п.) здесь не рассматриваются.
1. Базовые понятия телефонии
В общем виде схема подключения локального абонента к телефонному провайдеру по обычной телефонной линии выглядит следующим образом:
На стороне провайдера (АТС) установлен телефонный модуль с портом FXS (Foreign eXchange Subscriber). Дома или в офисе установлен телефон или факс с портом FXO (Foreign eXchange Office) и модуль номеронабирателя.
По внешнему виду порты FXS и FXO никак не отличаются, это обычные 6-выводные RJ11-разъемы. Но с помощью вольтметра отличить их очень просто — на FXS-порте всегда будет какое-то напряжение: 48/60 В, когда трубка положена, или 6–15 В во время разговора. На FXO, если он не подключен к линии, напряжение всегда 0.
Для передачи данных по телефонной линии на стороне провайдера нужна дополнительная логика, которую можно реализовать на модуле SLIC (subscriber line interface circuit), а на стороне абонента — с помощью модуля DAA (Direct Access Arrangement).
Сейчас довольно популярны беспроводные DECT-телефоны (Digital European Cordless Telecommunications). По устройству они аналогичны обычным телефонным аппаратам: в них тоже есть FXO-порт и модуль номеронабирателя, но еще добавлен модуль беспроводной связи станции и трубки на частоте 1,9 ГГц.
Абоненты подключаются к PSTN-сети (Public Switched Telephone Network) — телефонной сети общего пользования, она же ТСОП, ТфОП. PSTN-сеть может быть организована с использованием разных технологий: ISDN, оптики, POTS, Ethernet. Частный случай PSTN, когда используется обычная аналоговая/медная линия — POTS (Plain Old Telephone Service) — простая старая телефонная система.
С развитием Интернета телефонная связь перешла на новый уровень. Стационарные телефонные аппараты все реже используются, в основном по служебным нуждам. DECT-телефоны немного удобнее, но ограничены периметром дома. GSM-телефоны еще удобнее, но ограничены пределами страны (роуминг — дело дорогое). А вот для IP-телефонов, они же cофтфоны (SoftPhone), никаких ограничений, кроме доступа к интернету, нет.
Skype — самый известный пример софтфона. Он может много чего, но имеет два важных недостатка: закрытая архитектура и прослушка известно какими органами. Из-за первого нет возможности создать свою телефонную микросеть. А из-за второго — не очень приятно, когда за вами подсматривают, особенно при личных и коммерческих разговорах.
К счастью есть открытые протоколы для создания своих коммуникационных сетей с плюшками — это SIP и H.323. Софтфонов на SIP-протоколе несколько больше чем на H.323, что можно объяснить его сравнительной простотой и гибкостью. Но иногда эта гибкость может вставлять большие палки в колёса. Оба протокола SIP и H.323 используют RTP-протокол для передачи медиаданных.
Рассмотрим базовые принципы протокола SIP, чтобы разобраться, как происходит соединения двух абонентов.
2. Описание связки SIP/SDP/RTP-протоколов
SIP (Session Initiation Protocol) — протокол установления сессии (не только телефонной) — это текстовый протокол поверх UDP. Также есть возможность использовать SIP поверх TCP, но это редкие случаи.
SDP (Session Description Protocol) — протокол согласования типа передаваемых данных (для звука и видео это кодеки и их форматы, для факсов — скорость передачи и коррекция ошибок) и адреса их назначения (IP и порт). Это также текстовый протокол. Параметры SDP передаются в теле SIP-пакетов.
RTP (Real-time Transport Protocol) — протокол передачи аудио/видеоданных. Это бинарный протокол поверх UDP.
Общая структура SIP-пакетов:
Вот пример двух SIP-пакетов для одной частой процедуры — установления вызова:
Слева изображено содержимое пакета SIP INVITE, справа — ответ на него — SIP 200 OK.
Основные поля выделены рамками:
SDP-сообщение состоит из строк, содержащих пары ПОЛЕ=ЗНАЧЕНИЕ. Из основных полей можно отметить:
RTP-пакеты содержат аудио/видеоданные, закодированные в определенном формате. Данный формат указывается в поле PT (payload type). Таблица соответствия значения данного поля конкретному формату приведена в https://en.wikipedia.org/wiki/RTP_audio_video_profile.
Также в RTP-пакетах указывается уникальный SSRC-идентификатор (определяет источник RTP-потока) и метка времени (timestamp, используется для равномерного проигрывания звука или видео).
Пример взаимодействия двух SIP-абонентов через SIP-сервер (Asterisk):
Как только запускается SIP-телефон, первым делом он регистрируется на удаленном сервере (SIP Registar), отправляет ему сообщение SIP REGISTER.
При вызове абонента отправляется сообщение SIP INVITE, в теле которого вложено SDP-сообщение, в котором указываются параметры передачи звука/видео (какие кодеки поддерживаются, на какой IP и порт отправлять звук и др.).
Когда удаленный абонент поднимает трубку, нам приходит сообщение SIP 200 OK также с параметрами SDP, только удаленного абонента. Используя отправленные и полученные SDP-параметры можно устанавливать RTP-сессию передачи звука/видео или T.38-сессию передачи факсов.
Если полученные параметры SDP нас не устроили, или промежуточный SIP-сервер решил не пропускать через себя RTP-трафик, то выполняется процедура повторного согласования SDP, так называемый REINVITE. Кстати, именно из-за этой процедуры у бесплатных SIP-прокси-серверов есть один недостаток — если оба абонента находятся в одной локальной сети, а прокси-сервер находится за NAT’ом, то после перенаправления RTP-трафика ни один из абонентов не будет слышать другого.
После окончания разговора, абонент положивший трубку, отправляет сообщение SIP BYE.
3. Передача информации о нажатых кнопках
Иногда после установления сессии, во время разговора, требуется доступ к дополнительным видам обслуживания (ДВО) — удержание вызова, перевод, голосовая почта и т.п. — которые реагируют на определенные сочетания нажатых кнопок.
Так, в обычной телефонной линии есть два способа набора номера:
Во время разговора импульсный способ неудобен для передачи нажатой кнопки. Так, на передачу «0» требуется приблизительно 1 секунда (10 импульсов по 100 мс: 60 мс — разрыв линии, 40 мс — замыкание линии) плюс 200 мс на паузу между цифрами. К тому же во время импульсного набора будут часто слышны характерные щелчки. Поэтому в обычной телефонии используется только тоновый режим доступа к ДВО.
В VoIP-телефонии информация о нажатых кнопках может передаваться тремя способами:
Передача DTMF внутри аудиоданных(Inband) имеет несколько недостатков — это накладные ресурсы при генерации/встраивании тонов и при их детектировании, ограничения некоторых кодеков, которые могут исказить DTMF-коды, и слабая надежность при передаче (если потеряется часть пакетов, то может произойти детектирование двойного нажатия одной и той же клавиши).
Главное различие между DTMF RFC2833 и SIP INFO: если на SIP-прокси-сервере включена возможность передачи RTP непосредственно между абонентами минуя сам сервер (например, canreinvite=yes в asterisk), то сервер не заметит RFC2833-пакеты, вследствие чего становятся недоступными сервисы ДВО. Передача SIP-пакетов всегда осуществляется через SIP-прокси-серверы, поэтому ДВО всегда будут работать.
4. Передача голоса и факсов
Как уже упоминалось, для передачи медиаданных используются RTP-протокол. В RTP-пакетах всегда указывается формат передаваемых данных (кодек).
Для передачи голоса существует много разнообразных кодеков, с разными соотношениями битрейт/качество/сложность, есть открытые и закрытые. В любом софтфоне обязательно есть поддержка G.711 alaw/ulaw-кодеков, их реализация очень простая, качество звука неплохое, но они требуют пропускной способности в 64 кбит/с. Например, G.729-кодек требует только 8 кбит/с, но очень сильно загружает процессор, к тому же он не бесплатный.
Для передачи факсов обычно используется либо G.711-кодек, либо T.38-протокол. Передача факсов по G.711-кодеку соответствует передаче факса по T.30-протоколу, как будто факс передается по обычной телефонной линии, но при этом аналоговый сигнал с линии оцифровывается по alaw/ulaw-закону. Это также называется передачей факса Inband T.30.
Факсы по T.30-протоколу выполняют согласование своих параметров: скорости передачи, размера дейтаграмм, тип коррекции ошибок. T.38-протокол базируется на протоколе T.30, но в отличие от Inband-передачи, происходит анализ генерируемых и принятых T.30-команд. Таким образом передаются не сырые данные, а распознанные команды управления факсом.
Для передачи команд T.38 используется UDPTL-протокол, это протокол на базе UDP, он используется только для T.38. Для передачи комманд T.38 можно ещё использовать протоколы TCP и RTP, но они используются гораздо реже.
Основные достоинства T.38 — снижение нагрузки на сеть и большая надежность по сравнению с Inband-передачей факса.
Процедура передачи факса в режиме T.38 выглядит следующим образом:
Передавать факсы по интернету желательно в T.38. Если же факс нужно передать внутри офиса или между объектами, имеющими стабильное соединение, то можно использовать передачу факса Inband T.30. При этом перед передачей факса обязательно должна быть отключена процедура эхоподавления, чтобы не вносить дополнительные искажения.
Очень подробно про передачу факсов написано в книге «Fax, Modem, and Text for IP Telephony», авторы — David Hanes и Gonzalo Salgueiro.
5. Цифровая обработка сигналов (ЦОС). Обеспечение качества звука в IP-телефонии, примеры тестирования
С протоколами установления сеанса разговора (SIP/SDP) и методе передачи звука по RTP-каналу мы разобрались. Остался один немаловажный вопрос — качество звука. С одной стороны, качество звука определяется выбранным кодеком. Но с другой, необходимы еще дополнительные процедуры DSP (ЦОС — цифровой обработки сигналов). Данные процедуры учитывают особенности работы VoIP-телефонии: не всегда используется качественная гарнитура, в интернете бывают пропадания пакетов, иногда пакеты приходят неравномерно, пропускная способность сети тоже не резиновая.
Основные процедуры, улучшающие качество звука:
VAD (Voice activity detector) — процедура определения фреймов, которые содержат голос (активный голосовой фрейм) или тишину (неактивный голосовой фрейм). Такое разделение позволяет заметно снизить загрузку сети, поскольку передача информации о тишине требует гораздо меньше данных (достаточно лишь передать уровень шума или вообще ничего не передавать).
Некоторые кодеки уже содержат внутри себя процедуры VAD (GSM, G.729), для других же (G.711, G.722, G.726) нужно их реализовывать.
Если VAD настроен на передачу информации об уровне шума, то передаются специальные SID-пакеты (Silence Insertion Descriptor) в 13м RTP-формате CN (Comfort Noise).
Стоит заметить, что SID-пакеты могут быть отброшены SIP-прокси-серверами, поэтому для проверки желательно настраивать передачу RTP-трафика мимо SIP-серверов.
CNG (сomfort noise generation) — процедура генерации комфортного шума на базе сведений из SID-пакетов. Таким образом, VAD и CNG работают в связке, но CNG-процедура гораздо менее востребована, поскольку заметить работу CNG-можно не всегда, особенно при малой громкости.
PLC (packet loss concealment) — процедура восстановления звукового потока при потере пакетов. Даже при 50% потере пакетов хороший алгоритм PLC позволяет добиться приемлемого качества речи. Искажения, конечно, будут, но слова разобрать можно.
Простейший способ эмуляции потери пакетов (в Linux) — воспользоваться утилитой tc из пакета iproute с модулем netem. Она выполняет шейпинг только исходящего трафика.
Пример запуска эмуляции сети с потерей 50% пакетов:
Jitter buffer — процедура избавления от jitter-эффекта, когда интервал между принятыми пакетами очень сильно меняется, и что в худшем случае ведет к неверному порядку принимаемых пакетов. Также данный эффект приводит к прерываниям речи. Для устранения jitter-эффекта необходимо на принимаемой стороне реализовать буфер пакетов с размером, достаточным для восстановления исходного порядка отправления пакетов с заданным интервалом.
Эмулировать jitter-эффект также можно с помощью утилиты tc (интервал между ожидаемым моментом прихода пакета и фактическим может достигать 500 мс):
LEC (Line Echo Canceller) — процедура устранения локального эха, когда удаленный абонент начинает слышать собственный голос. Ее суть заключается в том, чтобы вычесть из передаваемого сигнала принимаемый сигнал с некоторым коэффициентом.
Эхо может возникать по нескольким причинам:
Выяснить причину (акустическое или электрическое эхо) несложно: абоненту, на чьей стороне создается эхо, необходимо отключить микрофон. Если эхо все равно возникает — значит оно электрическое.
Более подробно о VoIP и процедурах ЦОС написано в книге VoIP Voice and Fax Signal Processing. Предпросмотр доступен на Google Books.
На этом поверхностный теоретический обзор VoIP завершен. Если интересно, то пример практической реализации мини-АТС на реальной аппаратной платформе можно будет рассмотреть в следующей статье.
[!?] Вопросы и комментарии приветствуются. На них будет отвечать автор статьи Дмитрий Валенто, инженер-программист дизайн-центра электроники Promwad.
Коды DTMF
Сигналы DTMF (dual-tone multifrequency [двухтоновый многочастотный сигнал]) были предложены более 25 лет назад. Это произошло как раз перед тем, как правительство США форсировало расформирование компании Bell Telephone для разделения ее по различным секторам рынка. DTMF обычно известен как способ тонального набора.
Стандартный сигнал DTMF состоит из двух тонов звуковых частот, выбранных из группы восьми различных звуковых сигналов. Эти сигналы восьми различных частот поделены на две группы: группа сигналов низкого тона и группа сигналов высокого тона (см. табл. 5.2). Сигнал DTMF представляет собой комбинацию сигналов звуковых тонов, выбранных из различных групп (см. рис. 5.13-5.15). Простейший подсчет показывает, что возможны 4 х 4 = 16 возможных комбинаций.
Рис. 5.13. Форма колебаний низкого тона
Рис. 5.14. Форма колебаний высокого тона
Рис. 5.15. Алгебраическая сумма колебаний высокого и низкого тонов (DTMF)
Сигналы низкого тона (от R1 до R4) относятся к группе рядов. Сигналы высокого тона (от С1 до С4) образуют группу колонок.
Таблица 5.2
Кодирование сигнала DTMF
Любая комбинация частот может быть получена при использовании матрицы выключателей 4 х 4 или соответствующей клавиатуры (рис. 5.16). Помните, что эта технология была заимствована из телефонной индустрии, поэтому она была рассчитана на эффективное применение в телефонных линиях достаточно посредственного качества.
Рис. 5.16. Матрица клавиатуры 4х4, показывающая отдельные частоты DTMF
Стандартные телефоны с тональным набором используют матрицу клавиатуры размером 3х4. Такая матрица позволяет кодировать сигналы частот всех возможных рядов, но только трех вертикальных колонок (см. рис. 5.17). Клавиатура размером 3х4 более доступна и будет использоваться во всех схемных решениях, описанных ниже.
Рис. 5.17. Распайка телефонной клавиатуры 3х4
Не все клавиатуры от телефонов работают подобным образом, поэтому некоторые из них окажутся непригодными для наших схем. Например, некоторые клавиатуры имеют отличающуюся распайку выводов и требуют соответствующих ИС. По этой причине, если вы используете клавиатуру, то должны убедиться в ее правильном функционировании.
Изготовление кодера DTMF достаточно просто (см. рис. 5.18). Для этого потребуются клавиатура, кварцевый резонатор и ИС типа 5089. Цоколевка ИС 5089 показана на рис. 5.19. При использовании стандартной клавиатуры от телефона размером 3х4 вы потеряете возможность генерации 4-х DTMF кодов, связанных с отсутствующими клавишами, что снижает максимально возможное количество комбинаций до 12.
Рис. 5.18. Кодер DTMF, использующий матрицу клавиатуры 4х4
Рис. 5.19. Цоколевка кодера DTMF ИС 5089
На рис. 5.20 изображена тестовая схема кодера, в которой использованы восемь кнопочных выключателей. Эти выключатели в данном случае заменяют клавиатуру, с их помощью вы сможете проверить работу кодера и работу схемы приемника (декодера). Помните, что необходимо использовать кнопочные выключатели, работающие на замыкание. Для нормальной работы необходимо соединение одного из выводов R1-R4 и C1-C4 c землей, что осуществляется соответствующими кнопками.
Рис. 5.20. Схема кодера, использующего восемь кнопочных переключателей
ИС способна генерировать одиночные тоны, что обычно предпринимается для целей тестирования. Например, чтобы сгенерировать тон частоты 1336 Гц, соответствующий выводу С2, необходимо замкнуть на землю вывод С2 и любые два вывода из группы рядов R1-R4. Такая операция и приведет к генерации чистого тона 1336 Гц. То же самое можно проделать для генерации тона из группы рядов. Для этого необходимо заземлить любые два вывода из группы колонок и необходимый для генерации заданной частоты вывод из группы рядов.
Декодирование сигналов DTMF
Декодирование сигналов DTMF является немного более сложным, чем кодирование. Наиболее простым решением может явиться использование единственной ИС, на этот раз типа G8870 (рис. 5.21).
Рис. 5.21. Цоколевка декодера DTMF ИС G8870
ИС декодера имеет 4-битный выход с фиксацией состояния, обозначенный Q1-Q4. Q4 является старшим битом. Ток выходов Q1-Q4 достаточен для зажигания маломощных светодиодов. На рис. 5.22 показана основная схема приемника. Комбинация зажженных светодиодов, подключенных к выходам Q1-Q4, образует двоичное число. В таблице 5.3 приведены соответствия между кодами DTMF и соответствующими им двоичными числами. Схема построена так, что включенному светодиоду соответствует двоичная единица.
Рис. 5.22. Схема приемника с 4-битным выходом
Микроконтроллеры
Выводы Q1-Q4, соответствующие 4-битному числу, с выхода ИС G8870 могут быть непосредственно подключены к входным линиям микроконтроллера типа PIC 16F84. Такой микроконтроллер легко «читает» двоичные коды. Мы вернемся к использованию PIC микроконтроллеров в гл. 7.
Система связи на ИК лучах, которую мы будем рассматривать в следующих разделах, в комбинации с PIC микроконтроллером, разбираемым в гл.7, позволяет создавать программно управляемую систему коммуникации между роботами, используемыми в играх типа «салки» и в задачах следования за лидером.
Таблица 5.3. Сигналы DTMF
Цифровая индикация
Если чтение двоичного кода представляется слишком утомительным, можно добавить десятичный цифровой индикатор. Выход ИС можно присоединить к двоично-десятичному дешифратору для 7-сегментных индикаторов типа 7448. ИС 7448 в свою очередь соединена с 7-сегментным индикатором типа MAN 74 (с общим катодом). Схема, включающая две ИС, позволяет осуществлять цифровую индикацию (см. рис. 5.23).
Рис. 5.23. Схема приемника с цифровой индикацией
Проверка
Для проверки соедините выход ИС 5089 (вывод 16) с входом ИС G8870 и сгенерируйте сигнал DTMF с помощью кнопочных выключателей или клавиатуры. Декодер должен отобразить этот сигнал с помощью светодиодов или цифрового индикатора.
Использование ИК излучателя
Как только вы убедились в работоспособности устройства, можно добавить в схему приемник и передатчик ИК излучения. Выход ИС 5089 соединяется с базой NPN транзистора, в эмиттер которого включается мощный ИК светодиод (см. рис. 5.24). Можно подключить диод непосредственно к выходу ИС 5089, но излучаемая мощность в этом случае будет мала. NPN транзистор производит добавочный ток для питания светодиода.
Рис. 5.24. Схема ИК передатчика DTMF
На рис. 5.25 показана входная часть схемы ИК приемника. ИК фототранзистор соединен с КПОП операционным усилителем. Такая комбинация элементов позволяет управлять ИС 8870 через ИК канал на расстоянии порядка метра.
Рис. 5.25. Схема входной части ИК приемника DTMF
Система дистанционного управления (ДУ)
Используя ИК соединение, вы можете нажать клавишу с определенным номером на клавиатуре и увидеть соответствующую цифру, отображенную на цифровом индикаторе. Проверьте качество ИК связи по направлению и максимальному расстоянию. Увеличения дальности связи можно добиться, помещая ИК светодиод и фототранзистор в отдельные рефлекторы. Хорошо подходит для этой цели рефлектор от старой лампы-вспышки.
Устройство ДУ можно получить, добавив в схему ИС 4028, которая представляет собой двоично-десятичный дешифратор. Это означает, что при подаче параллельного двоичного кода на вход ИС (этим кодом зажигались светодиоды на рис. 5.22) на одном из выходов появится сигнал, соответствующий десятичной цифре. ИС 4028 имеет 10 выходов, обозначенных цифрами от 0 до 9. В зависимости от 4-битного кода на входе 4028, она выдает сигнал высокого уровня на одном из выходов (см. рис. 5.26).
Рис. 5.26. Схема приемника DTMF с преобразованием шестнадцатеричного кода в десятичный
Удалять из схемы ИС 7448 и цифровой индикатор нет необходимости, поскольку ИС 8870 имеет достаточно мощный выход для подачи сигнала на обе ИС 7448 и 4028. При тестировании выхода ИС 4028 цифровой индикатор может оказаться очень удобным. Чтобы не загромождать чертеж, на рис 5.26 показана связь ИС 8870 только с ИС 4028.
Выходы ИС 4028 могут непосредственно использоваться для управления переключателями или другими частями схемы. Однако это не является удачным решением, поскольку при нажатии следующей клавиши (цифры) выход, соответствующий предыдущей цифре, отключится (сбросится на низкий уровень).
Для решения этой проблемы можно использовать D-триггер типа 4013 (рис. 5.27). Триггеры являются основными элементами компьютерной памяти. В этой схеме в качестве триггера используется двоичный счетчик. После первой логической «1» на выходе ИС 4028 выход триггера перебросится также в логическую «1». Когда на выходе 4028 появится логический «0», что соответствует включению другого канала, ИС 4013 будет удерживать логическую «1» на выходе (фиксация состояния).
Рис. 5.27. Схема триггера ИС 4013
Чтобы опять перебросить выход 4013 в «0», необходимо просто включить соответствующий канал еще раз. Второй импульс, пришедший на вход ИС 4013, переключит ее выход в низкий уровень («0»). Чередование высокого и низкого уровней на выходе ИС 4013 происходит при каждой подаче «1» на ее вход.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Продолжение на ЛитРес
Читайте также
ИК системы связи и ДУ с использованием DTMF
ИК системы связи и ДУ с использованием DTMF ИК передатчики используются многими авторами для создания систем связи и дистанционного управления (ДУ). Как правило, ИК передатчик модулируется определенными частотами, а ИК приемник использует ИС типа 567, снабженную системой
Глава 15 POST-коды AWARD BIOS
Глава 15 POST-коды AWARD BIOS Ниже приводится краткое описание POST-кодов, характерных для AWARD BIOS 6.0. Версии старше, например, 4.5-х, имеют много сходных черт, поэтому мы не будем рассматривать их отдельно. Обратите внимание на то, что последовательность кодов временами нарушается.