dtmf电话中的拨号信号发生与检测系统仿真设计(编辑修改稿)

dtmf电话中的拨号信号发生与检测系统仿真设计(编辑修改稿)内容摘要：

第 页 共 32 页 14 需要改进对 DFT 的计算方法，以大大减少运算次数。 仔细观察 DFT 的运算量可以看出，利用系数的以下固有特性，可以减少 DFT 的运算量。 (1) nkNW 的 共轭 对称性：   )()( knNknNnNKN WWW (2) nkNW的周期性： )()( NknNkNnNnkN WWW   (3) nkNW的可约性： mnk mNmn kmNnkN WWW // 由此得出 nkNknNNkNnN WWW   )()( ， 12 NNW ， kNNkN WW  )2( 这样，（ 1）利用这些特性，使 DFT 运算中有些项可以合并；（ 2）利用 nkNW的周期性和对称性，可以将长序列 的 DFT 分解为短序列的 DFT。 而前面已经说到， DFT 的运算量使与 2N 成正比的，所以 N 越小越有利，因而小点数的DFT 比大点数的 DFT 的运算量要小。 基于这样的思路，快速傅立叶变换（ FFT）发展起来了。 如果按时间抽取的 FFT 算法，系统的运算量是 NN 2log ，运算量明显比 DFT 运算量减少。 但它有一个缺点，需要全部抽样数据到达时，才能进行计算；不 太 适合双音多频信号频谱的计算，满足不了双音拨 号系统实时性的要求。 有一种 DMFT 的特殊算法－ Goertzel 算法 ，更适合 适合双音多频信号频谱的计算。 这篇文章介绍的是用快速傅里叶算法实现的。 燕山大学课程设计说明书 第 页 共 32 页 15 5 双音多频（ DTMF）系统的 Matlab 实现 Matlab 简介 MATLAB 是由美国 mathworks 公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。 它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供 了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如 C、 Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 MATLAB 产品族可以用来进行以下各种工作： ● 数值分析 ● 数值和符号计算 ● 工程与科学绘图 ● 控制系统的设计与仿真 ● 数字图像处理 技术 ● 数字信号处理 技术 ● 通讯系统设计与仿真 ● 财务与金融工程 MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多 应用领域。 附加的工具箱（单独提供的专用 MATLAB 函数集）扩展了 MATLAB 环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。 燕山大学课程设计说明书 第 页 共 32 页 16 它有如下的特点： （ 1） 功能强的数值运算 ― 在 MATLAB 环境中，有超过 500 种数学、统计、科学及工程方面的函数可使用，函数的标示自然，使得问 题和解答像数学式子一般简单明了，让使用者可全力发挥在解题方面，而非浪费在电脑操作上。 （ 2） 先进的资料视觉化功能 ― MATLAB 的物件导向图形架构让使用者可执行视觉数据分，并制作高品质的图形，完成科学性或工程 性图文并茂的文章。 （ 3） 高 阶但简单的程式环境 ―作为一种直译式的程式语言， MATLAB容许使用者在短时间内写完程式，所花的时间约为用 FORTRAN 或 C 的几分之一，而且不需要编译 (pile)及联结 (link) 即能执行，同时包含了更多及更容易使用的内建功能。 （ 4） 开放及可延伸的架构 ― MATLAB 容许使用者接触它大多数的数学原始码，检视运算法，更改现存函数，甚至加入自己的函数使 MATLAB 成为使用者所须要的环境。 （ 5） 丰富的程式工具箱 ― MATLAB 的程式工具箱融合了套装前软体的优点，与一个灵活的开放但容易操作之 环境，这些工具箱提 供了使用者在特别应用领域所需之许多函数。 现有工具箱有：符号运算（利用 Maple V的计算核心执行 ）、影像处理、统计分析、讯号处理、神经网路、模拟分析、控制系统、即时控制、系统确认、强建控 制、弧线分析、最佳化、模糊逻辑、 mu 分析及合成、化学计量分析。 因为有了这些工具箱，大量繁杂的数学运算和分析可通过调用 MATLAB 函数直接求解，大大提高了编程效率，其程序编译和执行速度远远超过了 BASIC、 FORTRAN 和 C 等语言。 燕山大学课程设计说明书 第 页 共 32 页 17 GUI 界面介绍 GUI 的广泛应用是当今计算机发展的重大 成就之一，他极大地方便了非专业用户的使用。 人们从此不再需要死记硬背大量的命令，取而代之的是可以通过窗口、菜单、按键等方式来方便地进行操作。 而 嵌入式 GUI 具有下面几个方面的基本要求：轻型、占用资源少、高性能、高可靠性、便于移植、可配置等特点。 MATLAB 中 拥有 GUI 界面的功能，可以将想要实现的效果通过 GUI界面 展现出来，在 MATLAB 主界面，通过路径 FileNewGUI 打开 GUI界面的编辑窗口，将需要的按钮拖出，双击可进行编辑。 右击找到Callback,在该函数下编写该按钮要实现的功能，可实现该按钮的功能。 燕山大学课程设计说明书 第 页 共 32 页 18 燕山大学课程设计说明书 第 页 共 32 页 19 双音多频（ DTMF）系统的仿真 DTMF 信号的产生与识别仿真实验在 MATLAB 环境下进行 ，编写仿真程序，运行程序，送入电话号码，程序自动产生每一位号码数字相应的 DTMF信号， 产生频率普图， 并送出双频声音，再用 DFT 进行谱分析， 在 GUI 界面上 显示每一位号码数字的 DTMF 信号的 DFT 幅度谱。 （如下图） 燕山大学课程设计说明书 第 页 共 32 页 20 6 学习心得 本文采用 快速傅里叶（ FFT） 算法，实现了对双音多频信号的检测，在MATLAB 环境下，对双音多频信号的解码检测过程进行了模拟仿真。 本文只是完成了双音多频拨号系统的软件仿真，如何实现高性价比的硬件系统是下一步需要研究和完成的工作。 在 做 MATLAB界面，做好以后同时会产一个 M文件，只要把代码编写在对应的控件中即可以方便的实现仿真。 试验结果表明基于 MATLAB 的 DTMF 编解码具有速度快、精度高、稳定性好以及便于灵活应用等特点。 而利用 MATLAB语言，可以较好地、快速地进行算法的仿真。 本文是在老师的悉心指导下完成的。 每当有什么不解之处，老师总是给予详细的解答，而 老师对于 我们未来的生活更是给予了耐心的指导，并提出了宝贵的建议，使我终身受教。 在整个设计过程中，我学习到了许多东西，同时也锻炼了独立思考和设计能力，使自己明白了学习是一个长期积累的过程，在以后的工作和生活中都应该不断学习，提高自身的知识水平和综合素质。 相信此次课程设计让我所体会到的人生哲理，必将成为今后生活和学习中的巨大财富，使我终生受益。 在此深切的感谢这些帮助，鼓励和关心过我的老师们 ! 燕山大学课程设计说明书 第 页 共 32 页 21 参考文献 《 数字信号处理（第三版） 》 高西全 ， 丁 玉美 编著 《 数字信号处理教程 第三版 》 程佩青 编著 《 数字信号处理 原理及应用》 谢平 王娜 林洪彬 编著 燕山大学课程设计说明书 第 页 共 32 页 22 程序清单 function varargout = untitled(varargin) gui_Singleton = 1。 gui_State = struct(39。 gui_Name39。 , mfilename, ... 39。 gui_Singleton39。 , gui_Singleton, ... 39。 gui_OpeningF39。 , @untitled_OpeningF, ... 39。 gui_OutputF39。 , @untitled_OutputF, ... 39。 gui_LayoutF39。 , [] , ... 39。 gui_Callback39。 , [])。 if nargin amp。 amp。 ischar(varargin{1}) = str2func(varargin{1})。 end if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainf(gui_State, varargin{:})。 else gui_mainf(gui_State, varargin{:})。 end function untitled_OpeningF(hObject, eventdata, handles, varargin) = hObject。 guidata(hObject, handles)。 function varargout = untitled_OutputF(hObject, eventdata, handles) varargout{1} =。 function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles) %按键 4对应功能 f1=[697,770,852,941]。 f2=[1209,1336,1477,1633]。 n=0:1023。 x = sin(2*pi*n*f1(2)/8。