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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Schmalbandiger Filterdetektor. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Telefonie Dieser Artikel beschreibt die Verwendung des DTMF-Empfängers KT3170 als Schmalbanddetektor eines eintonigen Sinussignals im Audiofrequenzbereich bis 5 kHz. Das Gerät verfügt über eine hohe Leistung. Sowohl im Amateurfunk als auch in der Berufspraxis müssen häufig Probleme der Schmalbandfilterung niederfrequenter Signale mit anschließender Erkennung und digitaler Verarbeitung gelöst werden, um festzustellen, ob das Signal zu einer bestimmten Frequenz oder Frequenzgruppe gehört. Ein Beispiel hierfür sind die Empfänger von DTMF-Signalen, die häufig in der Telefonie (Tonwahl) und der Funkkommunikation (Personalruf per Funk) eingesetzt werden. Typischerweise werden zur Identifizierung sinusförmiger Signale in der Telefonie und Telemechanik analoge Filter (aktiv oder passiv) verwendet, die auf die gewünschten Frequenzen abgestimmt sind. Das ausgewählte Signal wird erfasst und einem Komparator zugeführt, aus dem bereits ein logisches Signal für das Vorhandensein oder Fehlen eines Tons einer bestimmten Frequenz entnommen wird. Solche Detektoren sind recht sperrig und erfüllen nicht immer die Anforderungen an die Frequenzstabilität bei Temperatur- und Versorgungsspannungsänderungen. Mit dem Aufkommen der Switched-Capacitor-Technologie (SCT) wird die Aufgabe, eine hohe, stabile Filterleistung zu erreichen, erheblich vereinfacht. Viele ausländische Unternehmen produzieren verschiedene Arten von Filtern, die mit dieser Technologie hergestellt werden. Beispielsweise produziert die Firma MAXIM eine breite Palette integrierter aktiver Bandpass- und Notchfilter, Tief- und Hochpassfilter mit Tschebyscheff-Charakteristik. Butterworth, Bessel, Gauss verschiedener Ordnungen (von 2 bis 9), für die die Zentralfrequenz/Grenzfrequenz von Zehntelhertz bis 100...200 kHz und der Qualitätsfaktor von 0,5 bis 64 über Jumper oder darunter programmiert werden können Mikroprozessorsteuerung. Diese Vielseitigkeit wirkt sich natürlich nur auf den Preis dieser Produkte aus. Ihre Kosten bei inländischen Händlern sind recht hoch, der Kauf ist nicht immer einfach und ihre Verwendung als Detektor für Einzeltonsignale erfordert, wie oben erwähnt, eine Erkennung und weitere digitale Verarbeitung. In diesem Fall erscheint es interessant, den DTMF-Signalempfänger SAMSUNG KT3170 zu verwenden, der sich in Telefonie- und Funksystemen bewährt hat (analog zum MV8870 von GEC PLESSEY SEMICONDUCTOR). Das inländische Analogon des KT3170 ist die Mikroschaltung KR1008VZh18 der Minsker NPO Integral. Mit diesem Empfänger können Sie 16 Standardtonpaare in einen 4-Bit-Code dekodieren. Es wurde in CMOS-Technologie mit Bandpassfiltern auf geschalteten Kondensatoren hergestellt und weist die folgenden Eigenschaften auf: type="disc">Dieser Empfänger dekodiert jedoch nur Paare von Standard-DTMF-Frequenzen aus der oberen und unteren Frequenzgruppe, die durch die Frequenz des Master-Oszillators (Standardwert – 3,58 MHz) bestimmt werden. und reagiert nicht auf Einzeltonsignale. Das Prinzip der Dekodierung eines Einfrequenzsignals ist im Blockschaltbild (Abb. 1) dargestellt.
Da der DTMF-Empfänger nur Frequenzpaare dekodiert, ist es notwendig, an seinem Eingang dem zu untersuchenden Einzeltonsignal mit der Frequenz Fc eine Beispielfrequenz F0 hinzuzufügen und es so zu einem Standardpaar zu ergänzen. Dadurch wird ein Zweitonsignal an den Eingang des DTMF-Empfängers gesendet, der auf übliche Weise dekodiert wird. Es ist praktisch, den DTMF-Generator TP5088 (TP5089) als Referenzsignalgenerator zu verwenden, der über einen Einzeltonsignalerzeugungsmodus verfügt. Da der DTMF-Empfänger und der Oszillator durch einen einzigen internen Quarzoszillator synchronisiert werden, werden automatisch Standardpaare erstellt. Schauen wir uns den Schaltplan des Geräts am Beispiel eines Faxsignaldetektors an (Abb. 2).
Der Detektor muss durch das Vorhandensein eines Signals mit einer Frequenz von 1100 ± 15 Hz und einer Dauer von 0,5 s in der Kommunikationsleitung ausgelöst werden, das vom anrufenden Faxgerät beim Verbindungsaufbau zur Faxdatenübertragung gesendet wird. Der Anschluss des DTMF-Empfängers DD2 erfolgt nach dem Standardschema. Der im Empfängerchip eingebaute Operationsverstärker ist als Summierverstärker mit einem Übertragungskoeffizienten gleich 1 eingebunden. Der Eingangswiderstand für das untersuchte Signal wird durch den Widerstandswert des Widerstands R2 bestimmt und beträgt 100 kOhm. Die Taktfrequenz wird durch den Quarzresonator ZQ1 stabilisiert. Taktimpulse werden sowohl an den Empfänger DD2 als auch an den Generator DD1 gesendet. Zeitschaltung C5R5. Es ist mit dem ESO-Pin verbunden und dient dem Schutz vor möglichen Störungen, einschließlich Sprache, indem es eine Zeitfilterung des Signals vornimmt. Es dient zur Überprüfung der Dauer des empfangenen Signals. Signale mit einer kürzeren Dauer als der angegebenen Dauer werden ignoriert. Außerdem wird geprüft, ob eine gültige Pause zwischen den Zeichen vorhanden ist. Mit anderen Worten: Die Mikroschaltung akzeptiert keine DTMF-Signale, die kürzer als die zulässige Dauer sind, und berücksichtigt keinen Signalverlust, der kürzer als die zulässige Pause ist. Bei den im Diagramm angegebenen Werten beträgt diese Zeit 80...100 ms. Der TP5088-Chip von National Semiconductor ist ein DTMF-Signalgenerator, der von einem Mikrocontroller gesteuert wird. Seine Eingänge DO - D3 (Pins 9 - 12) liefern das binäre Äquivalent von Zahlen, Zeichen oder Buchstaben (Tabelle 1).
Wenn der TE-Eingang (Pin 2) niedrig ist, befindet sich der DD1-Chip im Mikroverbrauchsmodus und am TOUT-Ausgang (Pin 14) liegt kein Signal an. Wenn der Pegel am TE-Eingang von niedrig auf hoch wechselt, werden die Daten an den Eingängen D0-D3 im Mikroschaltungsregister gespeichert und der interne Oszillator startet (sofern er über eine eigene Zeitschaltung verfügt). In diesem Fall erscheint am TOUT-Ausgang das Signal des ausgewählten Tonpaares aus Standard-DTMF-Frequenzen und steht an, bis am TE-Eingang wieder ein Low-Pegel auftritt. TOUT-Ausgang – offener Emitter. Zeitdiagramme des Generatorbetriebs und der Signalparameter sind in Abb. dargestellt. 3.
Der am TE-Eingang installierte Kondensator C1 bildet zusammen mit dem Innenwiderstand der Mikroschaltung beim Anlegen der Versorgungsspannung den Generator-Startkreis. Es wird installiert, wenn der Tondecoder autonom (ohne Mikrocomputer) verwendet wird. Der STE-Eingang (Pin 3) steuert die Erzeugung eines oder mehrerer Töne. Wenn es an den Pluspol der Stromversorgung angeschlossen oder gar nicht angeschlossen ist, wird ein Tonpaar erzeugt. In unserem Fall ist dieser Eingang mit einer gemeinsamen Leitung verbunden, um ein Einzeltonsignal zu erzeugen. Das Signal am GS-Eingang (Pin 4) bestimmt die Erzeugung eines Einzeltonsignals aus der oberen oder unteren Frequenzgruppe (Tabelle 1). Wenn der Pegel an diesem Eingang niedrig ist, wird ein Signal mit einer Frequenz von der unteren Gruppe erzeugt, wenn der Pegel hoch ist (oder der Eingang deaktiviert ist) - von der oberen. Jetzt stellen wir eine Methode zur Berechnung der Frequenz des Master-Oszillators vor, die die Frequenz der Erzeugung eines Einzeltonsignals und damit die Abstimmfrequenz des Tondecoders bestimmt. Dazu ermitteln wir die jeweiligen Taktfrequenzteilungskoeffizienten für jede Tonfrequenz eines Standard-DTMF-Signals mithilfe empirischer Formeln: k = FÅ/FÓ oder k = FÅ/FÅ, wobei FÅ die Frequenz aus der unteren Gruppe in Hertz ist. Fв – Frequenz aus der oberen Gruppe in Hertz. Fg – Frequenz des Master-Oszillators in Megahertz. Die Koeffizienten werden für Standard-DTMF-Frequenzen berechnet, d. h. bei einer Hauptoszillatorfrequenz von 3,579545 MHz (3,58 MHz). Die Berechnungsergebnisse sind in der Tabelle aufgeführt. 2.
Als nächstes bestimmen wir für die gewünschte Tondecoderfrequenz von 1100 Hz die berechnete Frequenz des Master-Oszillators Fr für jedes k mithilfe der oben angegebenen Formeln und wählen einen Quarzresonator mit einer Frequenz aus, die der berechneten möglichst nahe kommt (Tabelle 2). , Spalte 4). In diesem Fall beträgt die Frequenz eines gemeinsamen Resonators 4.608 MHz. Darauf aufbauend berechnen wir die Häufigkeiten nach der gleichen Formel (Tabelle 2, Spalte 5). Wie aus der Tabelle ersichtlich ist. In 2 entspricht die ursprüngliche Tondecoderfrequenz von 1100 Hz (berechnet 1097 Hz) der Frequenz Ft0 aus der unteren Gruppe. Wenn Sie nun eine der oberen Gruppen als Hilfsfrequenz auswählen, ist beispielsweise FB1 = 1557 Hz. und anhand der Wahrheitstabelle des DTMF-Empfängers und -Generators (siehe Tabelle 1) können Sie den Binärcode ermitteln. der an den Eingang des DTMF-Generators angelegt werden muss, um ein Signal mit einer Frequenz von 1557 Hz zu empfangen, und den Code, der von den Ausgängen des DTMF-Empfängers gelesen wird. entsprechend einem Eingangssignal mit einer Frequenz von 1100 Hz. Der Generator erzeugt ein Signal mit einer Frequenz von 1557 Hz, wenn an seine Eingänge ein Binärcode angelegt wird, der allen Symbolen entspricht, deren Tonfrequenzen eine Frequenz Fв1 haben, nämlich: „1“, „4“. „7“, in diesem Fall muss natürlich ein hoher Logikpegel an den GS-Eingang des DDI-Chips angelegt werden. Das Diagramm (siehe Abb. 2) zeigt die Bereitstellung des Codes, der der Zahl „1“ entspricht. Der Code am Ausgang des DTMF-Empfängers entspricht der Zahl „7“ (Tonfrequenzen Fè3 und Fè1). Es liegt auf der Hand, dass ein Empfänger bis zu vier Einzeltonsignale erfassen kann. In unserem Beispiel handelt es sich um Signale mit den Frequenzen 899, 991, 1097 (unser Faxsignal) und 1212 Hz. Die Identifizierung dieser vier Signale erfolgt durch den von den DD2-Ausgängen gelesenen Code bei Vorhandensein eines Strobe-Signals am DSO-Ausgang (Pin 15). die jedes Mal erscheint, wenn der Empfänger eine der angegebenen Frequenzen erkennt. Wenn zuverlässig bekannt ist, dass in einem Kanal nur eine Frequenz vorhanden sein kann, ist es zulässig, einfach den DSO-Ausgang als Ausgang des Tondecoders zu verwenden. Hierbei ist zu beachten, dass der digitale Signalverarbeitungsalgorithmus Schutz vor dem Empfang zufällig übereinstimmender Signale, insbesondere Sprache, und auch beim Vorhandensein von mehr als zwei Signalfrequenzen bietet. Diese Funktion sollte berücksichtigt werden. Für eigenständige Geräte, die nicht von einem Mikrocontroller oder Computer gesteuert werden. Sie können die Mikroschaltung TP5089 auch als Generator verwenden. mit Eingängen zum Anschluss einer 4x4-Matrixtastatur. Durch die Verbindung der entsprechenden Anschlüsse der Spalten und Zeilen untereinander oder mit einem gemeinsamen Draht erreichen sie die Erzeugung eines Einzeltonsignals der erforderlichen Frequenz. Optionen zum Konstruieren von Dekodierungsknoten sind in Abb. 4 dargestellt. vier.
Da die Daten am Ausgang des DD2-Empfängers nach Anlegen des DSO-Signals in ein Latch-Register eingegeben und dort gespeichert werden, müssen die Decoder mit dem DSO-Signal angesteuert werden. Die maximale Hauptoszillatorfrequenz, bei der diese Mikroschaltungen stabil arbeiten, beträgt 9-10 MHz. Folglich liegt die vom Empfänger erfasste maximale Frequenz im Bereich von 4100 ..4560 Hz. Autor: O. Potapenko, Rostow am Don
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