Реклама на сайте | Помощь сайту   English version | Datasheets 
KAZUS.RU - Электронный портал. Принципиальные схемы, Datasheets, Форум по электронике

Программное дeкодирование DTMF по принципу АОН на базе микроконтроллера PIC16F628

Программное дeкодирование DTMF по принципу АОН на базе микроконтроллера PIC16F628



Раздел: Телефония

На данной страничке сделана попытка рассказать о том, как самому написать программу декодера DTMF для PIC (например в целях уменьшения вашей схемы на целую микросхему апаратного декодера DTMF типа 1008ВЖ18), на основе распостранённого алгоритма - массово используемого в АОНах.

Если желания или времени разбиратся (в чём я был прав, а что лучше переделать по своему) в моёй программе нет, то можете не тратя время - скачать архив с исходным текстом на asm, для включения в свой проект.

Для остальных (тем кому это интересно) попробую объяснить как это всё работает, те "разобрать свою программу по косточкам" на самом простом и понятном даже для новичка уровне:

В качестве эталонного сигнала в программе используется таблица значений SIN и COS для каждой из 8 частот DTMF. Таблица составлена таким образом, чтоб при выборке из неё очередных 2х байт (16 бит) иметь в регистрах Byte1 и Byte2 значения эталонных 8 частот для данного момента времени(выборке) как по синусам так и по косинусам одновременно (в этой части я ничего не изобретал а взял классическое решение от АОНа.

Вот собственно и сам текст хитро перемещаемой подпрограммы выборки из таблицы более 256 байт ( делал не я, автор Peet_on_B3 ) которая загружает в регистры Byte1 и Byte2 очередные значения:

tab_dtmf
call    tab_00
movwf    Byte1    call    tab_00
movwf    Byte2    clrf    PCLATH         ; 00 - адрес  PCLATH откуда был вызов ПП
return            tab_00
movf    dtmf_page,w
movwf    PCLATH        ; выход из таблицы с сохранением значения в W регистре
incf    dtmf_adrs,f
btfsc    STATUS,Z
incf    dtmf_page,f
decf    dtmf_adrs,w
movwf    PCLdtmf_file
include dtmf.tab       ; это  файл значений таблицы эталонных частот DTMF

     Выборка новых пар значений и сравнение их с входным сигналом из таблицы происходит с периодом в 70 мкс (так само собой получилось, при частоте задающего генератора 4 Мгц), итого за ~17,9 мс происходит 256 выборок, что достаточно для накопления статистики о наибольшем присутствии какой то одной из 4 частот в каждой из верхней и нижней группе, но это моё субъективное мнение, тк я считаю что увеличение выборок до 512 "съест" половину программной памяти(свёртывать в 2 раза таблицу по чётным и нечётным строкам(как используют в АОН в целях экономии) нельзя, тк при разворачивании произойдёт нарушение временного "статус-кво" и придётся цикл выборки привязывать к таймеру, что есть потери времени и ненужное задействование апаратных ресурсов - что мне никак не хочется), а уменьшение до 128 (любимое число АОНов тк укладывается в 10 мс)"сгладит" максимумы на уровне шумов и DTMF декодерирование, например в условиях радиканала будет не уверенным. В АОНах "окно" увеличивать принципиально нельзя из-за того что там принимается "безинтервальник" с фиксированой длительностью цифр, а в DTMF окно можно без проблем "растянуть" минимум на 40 мс.
Хотя может я и не прав, но во всяком случае переменная цикла равная 256 и не требующая перезагрузки это красиво, код в цикле выполняется строго 70 мкс не зависимо не от чего и не требует синхронзации от таймера, доп.внешнего кварца итд - то это тоже красиво, оставшегося времени хватает на обработку и программа "вписывается красиво по времени" в 1/2 минимального времени обнаружения DTMF и 1/3 минимального времени генерации DTMF и при этом не требует "эксклюзивного" кварца 3,58 а работает от классического 4 МГц (в тестовом варианте работает весьма сносно даже от встроенного IRC).

     Если требуется по каким-то соображениям, увеличить или уменьшить размеры таблицы (в моём варианте это 512 байт т.е. 1/4 программной памяти)) а так-же изменить время выборки - вобщем если у Вас есть желание и время "поиграть" с этими параметрами, то можете скачать архив с исходной таблицей в Excel и переделать её на своё усмотрение: Исходная таблица для расчёта эталонных значений.

     Теперь рассмотрим как это всё работает т.е., сейчас я прокоментирую самые на мой взгляд - интересные части:

pd_200
call    tab_dtmf    ; выборка очередных 2х байт из таблицы
btfsc   CMCON,7     ; смотрим на состояние выхода встроенного компаратора
comf    Byte1,f     ; инвертируем сразу все 16 отчётов если на выходе "1"
btfsc   CMCON,7     ; или оставляем всё как есть если на выходе компаратора "0"
comf    Byte2,f
btfss    Byte1,0    ; подсчитываем все "1" для 16 накопительных ячеек за 256 циклов
incf    F697_1,f    ; это ещё не коэфициенты кореляции а просто счётчики совпадений
btfss    Byte1,1    ; эталонов синусоид и косинусоид с реальным сигналом
incf    F697_2,f
btfss    Byte1,2
incf    F770_1,f
btfss    Byte1,3
incf    F770_2,f
btfss    Byte1,4
incf    F852_1,f
btfss    Byte1,5
incf    F852_2,f
btfss    Byte1,6
incf    F941_1,f
btfss    Byte1,7
incf    F941_2,f
btfss    Byte2,0
incf    F1209_1,f
btfss    Byte2,1
incf    F1209_2,f
btfss    Byte2,2
incf    F1336_1,f
btfss    Byte2,3
incf    F1336_2,f
btfss    Byte2,4
incf    F1477_1,f
btfss    Byte2,5
incf    F1477_2,f
btfss    Byte2,6
incf    F1633_1,f
btfss    Byte2,7
incf    F1633_2,f
decfsz    CScan,1
goto    pd_200        ; крутимся 256 раз (17920 мкс) - накапливая статистику (1 оборот строго 70 мкс)

В следующем блоке происходит обработка того что приняли в окне по принципу вычитания "половинки+поправка" (поправка нужна так-так в таблицу укладывается не всегда кратное число периодов и соответственно сумма "1" будет не 128 !!!) и последующего сложения SIN и COS составляющих, те имитация вычисления "сложения SIN и COS по модулю два" из накопительных ячеек F697_1...F1633_2 в целях получения значений "ноль" если сигнал отсутствует или "около нуля" если сигнал имеет слабую корреляцию с искомой частотой при её фазе 0, 90, 180 или 270 градусов

movlw    .136        ; вычитаем 128 + плюс поправочный коэфициент
subwf    F697_1,f    ; и сохраняем SIN+COS в Fxxx_1
btfss    STATUS,C    ; если произошёл заем те число меньше то значит приняли
comf    F697_1,f     ; инверсию (сдвиг фазы на 180), что нас тоже интересует
movlw    .131        ; теперь переворчиваем фазу и имеем в итоге инфо о корреляции
subwf    F697_2,f    ; при фазе 0 и 180 градусов как для синуса так и для косинуса.
btfss    STATUS,C
comf    F697_2,f
movf    F697_2,w
addwf    F697_1,f                         ; обработка частоты 697 Гц закончена, продолжаем то-же
movlw    .128        ; проделывать и для остальных частот, сохраняя результат
subwf    F770_1,f    ; корреляции в регистрах Fxxx_1(в целях экономии ОЗУ)
btfss    STATUS,C
comf    F770_1,f
movlw    .127
subwf    F770_2,f
btfss    STATUS,C
comf    F770_2,f
movf    F770_2,w
addwf    F770_1,f
movlw    .130
subwf    F852_1,f
btfss    STATUS,C
comf    F852_1,f
movlw    .130
subwf    F852_2,f
btfss    STATUS,C
comf    F852_2,f
movf    F852_2,w
addwf    F852_1,f
movlw    .128
subwf    F941_1,f
btfss    STATUS,C
comf    F941_1,f
movlw    .128
subwf    F941_2,f
btfss    STATUS,C
comf    F941_2,f
movf    F941_2,w
addwf    F941_1,f
movlw    .130
subwf    F1209_1,f
btfss    STATUS,C
comf    F1209_1,f
movlw    .128
subwf    F1209_2,f
btfss    STATUS,C
comf    F1209_2,f
movf    F1209_2,w
addwf    F1209_1,f
movlw    .129
subwf    F1336_1,f
btfss    STATUS,C
comf    F1336_1,f
movlw    .129
subwf    F1336_2,f
btfss    STATUS,C
comf    F1336_2,f
movf    F1336_2,w
addwf    F1336_1,f
movlw    .135
subwf    F1477_1,f
btfss    STATUS,C
comf    F1477_1,f
movlw    .128
subwf    F1477_2,f
btfss    STATUS,C
comf    F1477_2,f
movf    F1477_2,w
addwf    F1477_1,f
movlw    .131
subwf    F1633_1,f
btfss    STATUS,C
comf    F1633_1,f
movlw    .125
subwf    F1633_2,f
btfss    STATUS,C
comf    F1633_2,f
movf    F1633_2,w
addwf    F1633_1,f    ; первичная обработка 8x10=80 мкс
;(всего ~1/240 часть от общего времени выбоки и обработки "окна")

     Теперь можно протестировать работу программы наглядно, те выдать в цикле значения ячеек F697_1 ... F1633_1 в программу-терминалку на Ваш персональный компьютер через апаратный USART 16F628 (8 бит, 1 стоповый, 9600 бод), в целях контроля работоспособности алгоритма, само собой зациклив сканирование и подключив на вход компаратора "бипер" + источник шума, по следующей схеме:

 

Вариант схемы в формате PCAD 4.5


     Для работы этой схемы необходимо выполнить следующую инициализацию:

;-------------------------------; инициализация модуля компараторов
movlw    B'00000101'
movwf    CMCON              ; подключен только 2 компаратор (входы 1 компаратора можно использовать
bsf    STATUS,RP0           ; как цифровые для полноценного ввода-вывода)
movlw    B'11100110'
movwf    VRCON              ; на вывод RA2 подключаем внутренний источник +Vout=1,25 (при питании +5в)
bcf    STATUS,RP0;-------------------------------; инициализация USART
bsf    STATUS,RP0
movlw    .25                ; задаём скорость 9600
movwf    SPBRG
bsf    TXSTA,BRGH
bcf    TXSTA,SYNC
bsf    TXSTA,TXEN
bcf    STATUS,RP0
bsf    RCSTA,SPEN

     Далее включаем в проект следующую тестовую подпрограмму:

out_DTMF
call    out_busy
movwf    TXREG
returnout_busy
clrwdt
btfss    PIR1,TXIF
goto    out_busy
return

     Которая выдаёт значение рабочего регистра в асинхронном режиме в порт компьютера, само собой в рабочий регистр надо будет грузить по очереди все 8 регистров F697_1 ... F1633_1 и дополнять пробелами для наглядности(что-б значения корреляции для одной и той-же частоты в терминалке выводились в столбик), например вот так:

movf  F697_1,w
call  out_DTMF
movf  F770_1,w
call  out_DTMF
..............
movf  F1633_1,w
call  out_DTMF
movlw 0x20
call  out_DTMF
..............

     Теперь когда мы своими глазами убедились в том что корреляционный алгоритм действительно устойчиво работает (и если такая работа(вероятность,надёжность...) Вас устраивает) можно провести перевод значений максимумов в реальное значение DTMF и сохранить его в регистре "RxDtmf" используя следующий код:

clrf    RTemp        ; очистка битового указателя на начальные максимумы
movlw   F697_1       ; загружаем указатель на F697_1
movwf   FSR    movf    INDF,w
subwf   F770_1,w
btfss   STATUS,C
goto    pd_300
incf    FSR,1
incf    FSR,1
bsf     RTemp,0
pd_300
movf    INDF,w
subwf   F852_1,w
btfss   STATUS,C
goto    pd_320
movlw   F852_1
movwf   FSR
bsf     RTemp,1
pd_320    movf    INDF,w
subwf   F941_1,w
btfsc   STATUS,C
bsf     RTemp,2
movlw   F1209_1
movwf   FSR
movf    INDF,w
subwf   F1336_1,w
btfss   STATUS,C
goto    pd_340
incf    FSR,1
incf    FSR,1
bsf     RTemp,3
pd_340
movf    INDF,w
subwf   F1477_1,w
btfss   STATUS,C
goto    pd_360
movlw   F1477_1
movwf   FSR
bsf     RTemp,4
pd_360
movf    INDF,w
subwf   F1633_1,w
btfsc   STATUS,C
bsf     RTemp,5
btfss   RTemp,2      ; разбираемся какое принято базовое число 1,4,7,10
goto    pd_400       ; в зависимости от состояния 3 флагов в регистре указателе
movlw   .10          ; на максимум в верхней группе частот
movwf    RxDtmf
goto    pd_500pd_400
btfss    RTemp,1
goto    pd_420
movlw   .7
movwf   RxDtmf
goto    pd_500
pd_420
btfss   RTemp,0
goto    pd_440
movlw   .4
movwf   RxDtmf
goto    pd_500
pd_440
movlw   .1
movwf   RxDtmf                          ; блок коррекции по номеру столбца базового числаpd_500
; те прибавляем к 1,4,7,10 числа 1,2,3 в зависимости    btfss   RTemp,5
; от состояния  3 флагов в регистре указателе    goto    pd_520
; на максимум в нижней группе частот
movlw   .3
addwf   RxDtmf,1
goto    pd_600
pd_520
btfss   RTemp,4
goto    pd_540
incf    RxDtmf,1
incf    RxDtmf,1
goto    pd_600
pd_540
btfsc   RTemp,3
incf    RxDtmf,1      ; в RxDtmf конечный результат ( только коду "0" соотв.зачение 11 !!!)

     В итоге получили искомый код DTMF за время менее 20 мс, если-б это был АОНовский "безинтервальник" - можно было-б сказать что "дело сделано", но тк у DTMF есть такая неприятность как неизвестная длительность (от 60 мс и больше) и паузы между посылками, то приходится ещё делать несколько повторных проверок (хватает 2х но лутчше 3), при этом попутно ловится пауза запись значения в регистр "00" если DTMF отсутствует, что так-же можно использовать в Вашей программе. Эту часть программы я тут не привожу тк считаю что та часть моей программы где делается сравнение 2-х байт и результат заносится в счётчик совпадений достаточно проста для понимания даже начинающим.


цифровая подпись получить
 © 2003—2017 «Электронный портал»Обр@тная связь