摘要：介绍了一种基于STM32F103微控制器的双音多频脉冲拨号和振铃接收的应用设计。阐述了话路交换机连通性的测试原理与方法，介绍了双音多频脉冲信号产生、运算放大器电路信号处理与振铃信号接收方法。经实际应用证明，该测试仪结合自动测试软件可以自动完成话路交换机16通道连通性测试，符合实际应用的要求。
关键词：STM32F103；双音多频；运算放大器；振铃
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0 引言
话路交换机应用在军队与企事业单位，作为通信系统的一个重要组成部分，需要定期检测话路交换机功能是否正常。话路交换机支持双音多频（Dual Tone Multi Frequency，DTMF）信号脉冲拨号。DTMF 是贝尔实验室发明的，广泛用于电话通信系统中的音频拨号，也可在数据通信系统中用于各种数据信息的传输[1]。双音多频信号是电话系统中电话机与交换机之间的一种用户信令，由高频群和低频群组成，高低频群各含4个频率。一个高频信号和一个低频信号叠加组成一个组合信号，代表一个数字。DTMF信号有16个编码。本测试仪采用DTMF脉冲拨号技术实现连通性测试。
1 连通性测试原理
本系统包括主叫通道与被叫通道，主叫通道、被叫通道分别连接到话路交换机两个端口。系统中的微控制器控制DTMF信号产生电路输出DTMF信号，此DTMF信号与被叫通道连接的端口号码。信号经过运算放大电路放大后由微控制器控制通过继电器发送到主叫通道，传输到话路交换机内部，如果话路交换机功能正常，根据接收到的DTMF信号，在与被叫通道连接的话路交换机端口上会产生振铃信号，振铃信号通过被叫通道传输到振铃信号处理电路。控制器接收到此信号表示话路交换机测试的两个端口连通性正常，反之两个端口连通性不正常。
2 系统软硬件设计
系统由硬件与软件两部分组成。硬件包括微控制器电路、DTMF信号产生电路、运算放大电路、文氏电桥振荡电路、振铃信号处理电路与按键操作显示电路。软件主要包括数据处理与控制。系统组成框图如图1所示。
图1 系统组成框图
2.1 DTMF信号产生电路
DTMF信号产生电路主要由微控制器STM32F103控制集成电路MT88L89AS实现。MT88L89AS是一个带有呼叫处理滤波器的单片DTMF信号收发器。制造采用MITEL公司的低功耗、高稳定性的ISO-CMOS技术。发送部分采用开关电容进行D／A转换发送高精度、低畸变的DTMF信号。内部寄存器提供一个群模式。在双音频群模式下DTMF信号可以通过精确的时序被发送出去。可选择呼叫处理滤波器让一个微处理器处理呼叫音频信号。MT88L89AS还具有标准的微处理器总路线与微处理器直接连接。通过微控制器控制可以产生不同号码对应的DTMF信号。
2.2 信号放大与变换电路
由MT88L89产生的DTMF信号幅度较小，需要经过运算放大器处理，运放选择LM341MG，电路采用单电源5V供电，放大倍数A = -R24/R21。电容C27作用为输入信号隔直，电阻R20、R23分压为1脚提供2.5V电压，电容C30为输出信号隔直。电路图如图2所示。
图2 信号放大电路图
通过变压器将单端信号变换为适合传输的双端信号，变压器初级与次级匝数比为600：600。
2.3 振铃信号接收处理电路
当话路交换机接收到DTMF脉冲信号后，在对应的号码端口会产生振铃信号，需要检测此振铃信号使其便于微控制器接收处理。振铃信号经过电容耦合到整流桥电路，再由电容滤波得到波动的直流电压信号，电压信号通过电阻限流驱动光耦的发射二极管工作，光耦接收端三极管受到激励后导通，DCP端产生高电平。
振铃信号接收处理电路图如图3所示。图中R30为光耦二极管限流电阻。R31、C73组成阻容低通滤波电路，滤除毛刺信号，避免微控制器误触发。
图3 振铃信号接收处理电路图
2.4 系统软件设计
STM32F103微控制器外设资源丰富，配备常见的外设诸如多通道ADC、通用定时器、I2C总线接口、SPI总线接口、CAN总线接口、USB控制器、实时时钟RTC等[2]。STM32F103微控制器主要完成按键操作、显示、主叫通道选择、被叫通道选择、被叫号码接收、DTMF芯片控制、继电器控制与振铃信号检测功能。系统程序流程图如图4所示。
图4 系统程序流程图
3 结论
话路交换机连通性测试仪采用基于STM32F103系列微控制器，运用DTMF脉冲拨号技术，具有16测试通道，实现对话路交换机多个通道连通性的半自动测试，解决了以往人工拨号效率低的问题。如果可以预先设置好被叫的各个端口号码，就可以实现16通道自动测试，进一步提高测试效率。
参考文献：
[1]张龙慧.基于DTMF技术的中波应急广播系统设计[J].科学技术创新，2017，27（13）：31-32.
[2]蒙博宇.STM32自学笔记[M].北京：北京航空航天大学出版社，2012
论文作者:常明,赵青,叶少强
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/8
标签：信号论文; 振铃论文; 交换机论文; 电路论文; 通道论文; 微控制器论文; 连通性论文; 《电力设备》2019年第4期论文;