第一篇：便携式信号发生与检测装置的设计（共）
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便携式信号发生与检测装置的设计
作者：刘华 亓庆新 唐冬梅
来源：《现代电子技术》2012年第19期
摘要：在室外的仪器使用中，经常会遇到机器需要检修的问题，但是实验室常用的示波器和信号发生器由于电源、体积等问题不便携带，这时就需要采用简易、便于携带的测试仪器。设计了一套基于嵌入式核心的由便携式信号发生装置和便携式信号检测装置组成的系统。信号发生装置采用DDS技术以51单片机控制其产生信号，信号检测装置以基于核心的STM32处理器为基础，配以必要的辅助电路从而实现对实时输入信号的检测。信号发生与信号检测装置既可以组合使用也可以单独使用。为室外仪器的检修提供了一套便携式的系统。关键词：嵌入式； DDS技术； 51单片机； 便携式
第二篇：检测技术与自动化装置
检测技术与自动化装置 天津大学
A+ 2 浙江大学
A+ 3 清华大学
A+ 4 北京航空航天大学
A+ 5 华中科技大学
A+ 6 南京理工大学
A+ 7 中南大学
A 8 中国科学技术大学
A 9 同济大学
A 10 东北大学
A 11 东南大学
A 12 西安交通大学
A 13 哈尔滨工业大学 A 14 北京科技大学
A 15 华南理工大学
A 16 北京理工大学
A 17 电子科技大学
A 18 哈尔滨工程大学 A 19 大连理工大学
A 20 北京工业大学
A 21 沈阳工业大学
A 22 华东理工大学
A 23 西北工业大学
A 24 太原理工大学
A 25-60 南昌航空工业学院
B+
北京化工大学
B+
四川大学
B+
长春理工大学
B+
合肥工业大学
B+
中国矿业大学
B+
南京航空航天大学
B+
燕山大学
B+
北京邮电大学
B+
重庆大学
B+
桂林工学院
B+
山东大学
B+
广东工业大学
B+
湖南大学
B+
武汉工程大学
B+
河北工业大学
B+
大连海事大学
B+
武汉理工大学
B+
北方工业大学
B+
西安理工大学
B+
重庆邮电大学
B+
北京交通大学
B+
上海理工大学
B+
南京林业大学
B+
杭州电子科技大学
B+
华侨大学
B+
上海大学
B+
长春工业大学
B+
沈阳理工大学
B+
南京农业大学
B+
浙江工业大学
B+
安徽工业大学
B+
中山大学
B+
江南大学
B+
山东轻工业学院 B+
上海海事大学
B+ 61-96 郑州大学
B
西安电子科技大学
B
西安工程大学
B
哈尔滨理工大学 B
河南大学
B
北京信息科技大学
B
河海大学
B
安徽大学
B
武汉大学
B
中北大学
B
广西大学
B
山东建筑大学
B
安徽工程科技学院
B
长江大学
B
长安大学
B
山东科技大学
B
东北电力大学
B
天津理工大学
B
青岛科技大学
B
兰州交通大学
B
华东交通大学
B
天津科技大学
B
西安科技大学
B
厦门大学
B
兰州理工大学
B
河北大学
B
西南科技大学
B
中国地质大学
B
北京工商大学
B
东华大学
B
南华大学
B
西安工业大学
B
中国石油大学
B
河南理工大学
B
沈阳化工学院
B
辽宁石油化工大学
B
控制理论与控制工程 浙江大学
A+ 2 清华大学
A+ 3 东北大学
A+ 4 上海交通大学
A+ 5 西北工业大学
A+ 6 东南大学
A+ 7 华南理工大学
A+ 8 哈尔滨工业大学 A 9 北京理工大学
A 10 北京航空航天大学
A 11 中南大学
A 12 南京理工大学
A 13 哈尔滨工程大学 A 14 大连理工大学
A 15 燕山大学
A 16 西安交通大学
A 17 广东工业大学
A 18 北京科技大学
A 19 华中科技大学
A 20 上海大学
A 21 重庆大学
A 22 同济大学
A 23 天津大学
A 24 华北电力大学
A 25 中国科学技术大学
A 26 北京交通大学
A 27 南开大学
A 28 东华大学
A 29 北京化工大学
A 30 北京大学
A 31 山东大学
A 34 同济大学
A 35-82 江南大学
B+
华东理工大学
B+
浙江工业大学
B+
南京航空航天大学
B+
兰州理工大学
B+
河北工业大学
B+
吉林大学
B+
中国石油大学
B+
西安理工大学
B+
武汉理工大学
B+
武汉科技大学
B+
山东科技大学
B+
江苏大学
B+
中国矿业大学
B+
郑州大学
B+
湖南大学
B+
大连海事大学
B+
厦门大学
B+
杭州电子科技大学
B+
西安电子科技大学
B+
兰州交通大学
B+
重庆邮电大学
B+
内蒙古科技大学 B+
天津工业大学
B+
河南理工大学
B+
沈阳工业大学
B+
南京师范大学
B+
电子科技大学
B+
合肥工业大学
B+
苏州大学
B+
广西大学
B+
武汉大学
B+
河海大学
B+
青岛科技大学
B+
太原理工大学
B+
北京工业大学
B+
南通大学
B+
鞍山科技大学
B+
南京工业大学
B+
上海海事大学
B+
四川大学
B+
湖南科技大学
B+
辽宁工程技术大学
B+
沈阳理工大学
B+
黑龙江大学
B+
西安建筑科技大学
B+
辽宁石油化工大学
B+
北京邮电大学
B+ 83-129
西南交通大学
B
西华大学
B
河北理工大学
B
青岛大学
B
东北电力大学
B
中国海洋大学
B
辽宁工学院
B
江苏科技大学
B
太原科技大学
B
三峡大学
B
长春工业大学
B
北方工业大学
B
安徽理工大学
B
新疆大学
B
昆明理工大学
B
安徽工业大学
B
曲阜师范大学
B
深圳大学
B
内蒙古工业大学 B
南昌大学
B
哈尔滨理工大学 B
天津理工大学
B
南京邮电大学
B
河南科技大学
B
河南大学
B
福州大学
B
中北大学
B
西安科技大学
B
陕西科技大学
B
湖南工业大学
B
长沙理工大学
B
北京工商大学
B
天津科技大学
B
河北大学
B
大连大学
B
江西理工大学
B
长安大学
B
扬州大学
B
西南科技大学
B
东北林业大学
B
渤海大学
B
郑州轻工业学院 B
贵州大学
B
中国地质大学
B
河北科技大学
B
南京大学
B
北京建筑工程学院
B
第三篇：信号检测与变换实验教案
电子科技大学 自动化 学院
实验教学教案汇总
（实验）课程名称 信号检测与变换
电子科技大学教务处制表
金属箔式应变片性能：单臂实验
一、实验名称： 金属箔式应变片性能：单臂实验
二、实验目的：了解金属箔式应变片单臂实验的工作原理和工作情况
三、实验器材：直流稳压电源、电桥、差动放大器、一应变片、F/V表、主、副电源
四、实验原理：
（1）、实验原理图：
金属箔式应变片性能：单臂实验接线原理图
图中R1、R2、R3为固定电阻，RX为金属箔式应变片。
五、实验步骤：(1)、差动放大器调零（2）、电桥平衡网络调零
（3）、按照原理图进行单臂电路连接并根据位移记录电压值。
注：
1、测微头转动一周平行粱位移0.5mm读取一个数据。
2、做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。金属箔式应变片性能：单臂、半桥、全桥实验比较
一、实验名称： 金属箔式应变片性能：单臂、半桥、全桥实验
二、实验目的：了解金属箔式应变片单臂、半桥、全桥的工作原理和工作情况
三、实验器材：直流稳压电源、电桥、差动放大器、一应变片、F/V表、主、副电源
四、实验原理：
（1）、实验原理图：
(2)、金属箔式应变片单臂实验时图中R1、R2、R3为固定电阻、RX为金属箔式应变片。
(3)、金属箔式应变片半桥实验时图中R1、R2为固定电阻、R3、RX为金属箔式应变片，接线时R3、RX的位置符号相反。
(4)、金属箔式应变片全桥实验时图中四个电阻均为金属箔式应变片，接线时两相邻的应变片的位置符号相反。
五、实验步骤：(1)、差动放大器调零（2）、电桥平衡网络调零
（3）、按照原理图进行单臂电路连接并根据位移记录电压值。（4）、按照原理图进行半桥电路连接并根据位移记录电压值。（5）、按照原理图进行全桥电路连接并根据位移记录电压值。注：
1、测微头转动一周平行粱位移0.5mm读取一个数据。
2、做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。
3、实验仪上所有接地线都通过实验仪内部按好了的，不需外线。
差动变压器性能实验
一、实验名称：
差动变压器性能
二、实验目的：
（1）、了解差动变压器的原理就和工作情况
三、实验仪器：
（1）、音频振荡器、探测头、示波器、主副电源、差动变压器
四、实验原理如图所示：
LV音频振荡器L0示波器*L1L0*差动变压器
差动变压器实验原理图
五、实验步骤：
1、连接音频振荡器与示波器，调整音频振荡器：使得频率在4KHz－8kHz之间。
2、按照实验原理图重新连接电路。
3、左右旋转测微头，每次旋转一圈即位移为0.5mm。并记录实验数据直至幅度不在发生变化。
涡流传感器应用
一、实验名称
涡流传感器应用
二、实验目的：
了解涡流传感器静态测量的应用
三、实验器材：
涡流传感器、涡流变换器、F/V表、砝码、主副电源
（四、实验原理
涡流传感器应用实验电路原理图
F/V表涡流变换器V
五、实验操作
1、按照实验原理图连接电路。
2、开启主副电源，改变砝码的数量来调整重量记录电压值，填写表格。
3、关闭主副电源、拆除电路。
霍尔传感器应用
一、实验名称
霍尔传感器应用
二、实验目的：
了解霍尔效应在静态测量的应用
三、实验器材：
霍尔片、磁路系统、差动放大器、直流稳压电源、F/V表、主副电源
四、实验原理
在半导体薄片两端通以控制电流I、并在薄片的垂直方向施加磁场强度为B的磁场，那么在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势UH(称为霍尔电势或霍尔电压)。这种现象称为霍尔效应。
霍尔传感器应用实验原理图
五、实验操作
1、对差动放大器调零。
2、按照实验原理图连接实验电路，开启主副电源。
3、调整测微头进行实验数据记录。每隔0.5mm记一数据。
4、断开主副电源、拆除电路。
差动变面积式电容传感器的静态及动态特性
一、实验名称
差动变面积式电容传感器的静态及动态特性
二、实验目的
了解差动变面积式电容传感器的原理与特性
三、实验器材
电容传感器、电压放大器、低通滤波器、电压表、主副电源
四、实验原理
差动变面积式电容传感器实验原理图
1电容变换器5V2电容传感器电压放大器低通滤波器电压表
五、实验步骤
1、观察差动变面积式电容传感器的外形
2、按照实验原理图连接电路
3、开启主副电源，调节螺旋头，选取参考位置进行计数，每隔0.5mm，计一数值。
3、关闭主副电源，拆除电路。
光纤位移传感器静态特性
一、实验名称
光纤位移传感器静态特性
二、实验目的了解光纤位移传感器结构与性能
三、实验器材
（2）、主副电源、差动放大器、F/V表、光纤传感器、振动台
四、实验原理
（2）、光纤位移传感器实验原理图
光纤传感器差放F/V表V0VV0
五、实验步骤
1、观察光纤位移传感器的所在位置
2、进行差动变压器调零。
3、连接实验电路，开启主副电源，调节螺旋头，选取参考位置进行计数，每隔0.5mm，计一数值。
3、关闭主副电源，拆除电路。
第四篇：检测技术与自动化装置[最终版]
检测技术与自动化装置专业硕士研究生培养方案
（学科专业代码：081102）
一、主要研究方向及其学术队伍 研究方向一：自动化装置与智能仪表
本研究方向的主要研究内容、特色和意义
自动化装置与智能仪表是现代工业过程自动化的基本设备，随着信息技术及计算机技术的发展，采用现代数学方法和计算机技术、电子与通讯技术、测量技术等来研究系统的检测、控制、设计和实现的方法和技术。自动化装置日益采用了大量的先进控制方法和智能处理技术，工业过程控制计算机的构成，从单机和少量机器联网运行到目前的大规模计算机联合运行，其中不仅包括对现场的过程控制，而且包含了涉及的管理信息，如DCS（计算机集散控制系统）。另外在智能仪表中，更要求其技术的简练和速度。随着我国经济建设的快速发展，在各个行业中，对自动化系统的需求日益扩展和提升，我们的目标是培养能够掌握和通过工程实践和理论研究，能够发展和提高自动化装置与智能仪表的高级专业人才，这对于提高我国工业自动化的应用和创新，有重要的意义。研究方向二：智能信息处理技术和系统
本研究方向的主要研究内容、特色和意义
主要研究工业测控信息的获取、处理与综合的新理论和新方法;软测量技术的开发和应用;多传感器信息处理与融合；研究基于数据、基于信号处理、基于知识的故障诊断与控制。
随着国民经济各行业及科学技术的迅速发展，以及本学科专业理论和技术水平的提高，检测技术与自动化装置学科的应用范围也越来越广阔，研究内容越来越广泛。加上学科基础理论和光、机、电以及计算机等等领域新技术的迅速发展，不断促使检测技术与自动化装置向智能化和集成化方向发展。本研究方向以信息处理的智能化为研究对象，以人工智能、传感技术与应用、模式识别等为技术基础，同时与自动化、计算机、仪器仪表、机械等学科相互渗透。该研究方向检测技术与自动化装置学科及前沿研究方向之一，也是研究热点之一，其与众多学科相互交叉、相互渗透、相互融合，对提升和丰富和促进检测技术的发展具有重要意义。它将在工业、农业、交通、电力、机械制造及国防等各个领域有着重要应用。
二、培养目标
1.培养目标
为满足新疆经济建设和社会发展的需要，本学科培养德智体全面发展、积极进取,适应现代化建设需要,基础扎实,适应面广,素质全面,具有创新精神、能从事各种检测技术与自动化装置的研究、教学、开发、设计等方面的高级专门人才：
（1）认真学习马列主义、毛泽东思想和邓小平理论，思想进步，遵纪守法，对祖国的社会主义建设 事业有崇高的责任感和事业心。
（2）本专业培养掌握检测技术与自动化装置学科坚实的基础理论和系统的专门知识，了解本学科的 进展和发展动向，能进行本学科领域内研究及开发工作的研究生。毕业研究生能熟练运用计算机，掌握先进的测试技术，可在科研、教学、企业等单位从事检测技术与自动化装置学科或相邻学科的研究、教学及工程技术工作，或继续攻读博士学位。
（3）较为熟练地掌握一门外国语，并能熟练地运用计算机及现代信息工具。
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2.培养方式
（1）结合硕士研究生的特点，进行政治思想教育和党的方针政治教育，进行爱国主义和社会主义与 法制教育。
（2）采用理论教育和科学研究相结合的方法，使硕士研究生在自动控制学科领域掌握坚实而宽广的理论基础知识和专业知识。
（3）硕士研究生的课程学习在硕士生培养工作中占有重要的地位。硕士生应通过课程学习加深理论基础知识，加深和拓宽知识面，在本学科范围内具有独立从事科学研究的能力。
（4）硕士学位论文工作是硕士研究生培养的关键和核心，必须本人独立完成，导师的作用在于指导 研究方向，启发学生深入思考，正确分析判断，充分发挥硕士研究生的创造能力和开拓精神。（5）在指导上采取以指导教师为主，导师负责制和硕士点集体教师相结合的方法，也可和相关的高校、研究单位、厂矿企业联合培养，吸收有能力和经验的相关高级研究人员、技术人员参加指导。（6）导师应以高度的责任心，全面关心研究生的成长，对研究生严格要求，严格管理，既要教书又要育人。导师应结合学生的特点，制定相应的培养计划，检查并监督研究生的课程学习，并指导研究生的论文选题，文献检索、调研及科研工作、学位论文撰写和答辩。注意培养严谨的学风和实事求是的作风。
（7）学位分委员会应积极发挥对硕士研究生质量把关的作用。3.学习年限：一般为三年（在职人员为三至四年）。
三、本专业硕士研究生课程学习及学分的基本要求
总学分：38学分 其中： 公共学位课
专业外语 基础学位课 专业学位课
须修 3门； 8学分 须修 1门； 1学分 须修 4门； 9 学分 须修 3门； 6学分
前沿讲座(含讨论班)须参加12次；2学分 教学实践或社会调查（学术活动）2学分 跨一级学科课程 专业选修课程
须修 1门； 2学分 须修 4门； 8学分
四 — 1本专业硕士研究生课程设置
四 — 2硕士研究生前沿讲座课(含讨论班)的基本要求
1.讲座课或讨论班的基本范围或基本形式
（1）综述报告：反映国内外相关领域的研究历史、现状和发展趋势
（2）论文专题报告：就与硕士论文相关的主题，向导师和同学回报学习的心得体会（3）课程报告和讨论：就感兴趣的一门课程向导师和同学汇报学习的心得体会。（4）学术活动：参加计算机、电子、通信或机械等学科等讲座、或校外的相关学术活动。2.次数、考核方式及基本要求
（1）综述报告：至少1次，综述报告的参考文献应不少于30篇，其中外文文献不少于10篇。报告要反映国内外相关领域的研究历史、现状和发展趋势，内容不少于5000字。
（2）论文专题报告：至少1次，参考文献应不少于20篇，其中外文文献不少于50篇，内容不少于3000字。
（3）课程报告和讨论：至少2次，以班级或兴趣小组为单位组织，导师或任课教师引导、指点和评价。
（4）学术活动：在学习期间至少应参加12次以上学术活动、跨学科或校外的学术活动2次，其中本人进行正规性的学术报告1次以上。每次学术活动要有500字左右的总结报告，注明参加学术活动的时间、地点、报告人、学术报告题目，简述内容并阐明自己对相关问题的学术观点或看法。
五、本专业硕士研究生文献阅读的主要经典著作、专业学术期刊目录
六、学位论文的基本标准
1.学位论文选题和开题报告：论文选题应根据当前国内外在本学科方向科学技术的发展水平和趋势进行，选题涉及基础理论的研究内容应紧跟国际发展前沿，具有一定的理论价值，一般应有相应的实验数据支持；选题涉及工程应用的研究内容应具有明显的工程实用价值，技术上具有一定的国内先进性。
2.发表论文：硕士研究生在校期间必须在正规学术刊物上至少发表一篇与本课题相关的论文。3.学位论文：论文工作的每一环节(选题报告、论文计划、论文评审和答辩等)都应齐全合格。硕士学位论文应对所从事研究课题有较深入的研究与分析，必须对所研究课题有新见解，有一定的工程应用价值，并有足够的工作量，用于论文的实际工作时间不得少于一年。学位论文经导师审阅通过后，按规定要求提交并申请答辩。
七、本专业硕士研究生须具备的科研能力与水平的基本要求
掌握本学科坚实的基础理论和系统的专门知识,具有从事科学研究和独立承担专门技术工作的能力,具有强的创新能力;熟练掌握一门外语,有较强的外文文献查阅能力和一定科技论文撰写能力;能熟练运用先进的科学技术和实验方法;具有从事科学研究,高等教育,技术开发和工程管理等专门技术工作的能力。
八、本专业硕士研究生实践能力培养的基本要求
1.教学实践或专业实习。总学时不少于120学时。内容可以是本科专业课、基础课的讲授和辅导、答疑、指导实验、指导实习、协助指导本科生毕业设计或论文等。教学实践或专业实习是提高研究生工作能力和业务水平的重要手段，该环节结束后由系主任或院写出考核评语，合格者记1学分。
2.在导师指导下，参加一定的社会考察、技术咨询和技术服务。
第五篇：DTMF信号产生与检测实验报告
DSP 课程设计实验报告
DTMF 信号的产生与检测
指导老师：
申艳老师
时 时
间：
2014 年 年 7 月 月 18 日
设计任务书 双音多频 DTMF（Dual Tone Multi Frequency）信号是在按键式电话机上得到广泛应用的音频拨号信令，一个 DTMF 信号由两个频率的音频信号叠加构成。这两个音频信号的频率分别来自两组预定义的频率组：行频组和列频组。每组分别包括 4 个频率，据 CCITT 的建议，国际上采用的这些频率为 697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和 1633Hz 等 8 种。在每组频率中分别抽出一个频率进行组合就可以组成 16 种 DTMF 编码，从而代表 16 种不同的数字或功能键，分别记作 0~9、*、#、A、B、C、D。如下图所示。
图 1-1 双音多频信号编码示意图 要用 DSP 产生 DTMF 信号，只要产生两个正弦波叠加在一起即可；DTMF 检测时采用改进的 Goertzel 算法，从频域搜索两个正弦波的存在。
实验目的 掌握 DTMF 信号的产生和检测的 DSP 设计可使学生更加透彻的理解和应用奈奎斯特采样定理，与实际应用相结合，提高学生系统地思考问题和解决实际问题的能力。通过对 DSP信号处理器及 D/A 和 A/D 转换器的编程，可以培养学生 C 语言编程能力以及使用 DSP 硬件平台实现数字信号处理算法的能力。
技术指标及设计要求
基本部分 1)使用C语言编写DSP下DTMF信号的产生程序，要求循环产生0~9、*、#、A、B、C、D对应的DTMF信号，并且符合CCITT对DTMF信号规定的指标。
2)使用C语言编写DSP下DTMF信号的检测程序，检测到的DTMF编码在CCS调试窗口中显示，要求既不能漏检，也不能重复检出。
3)DTMF信号的发送与接收分别使用不同的实验板完成。
发挥部分 1)
使用一个DSP工程同时实现DTMF信号的发送和检测功能。
2)
改进DTMF信号的规定指标，使每秒内可传送的DTMF编码加倍。
3)发送的DTMF信号的幅度在一定范围内可调，此时仍能完成DTMF信号的正常检测。
方案完成情况
在实现基本要求的基础上，我们又完成了发挥部分的全部要求：能够实现在一个 DSP 实验箱上同时实现自发自收，基本能实现无差错传输。通过改变处理信号的点数 N 的数值实现了 DTMF 信号编码加倍，能够在一秒内传送够多的数据。通过 gel 添加滑动条的方法实现输入信号幅度可调，并实现判决门限的自适应处理，能随着幅度的变化自动调整门限的值，进而了判决传输信号的正确性。
设计内容
DTMF 信号的的定义 双音多频(DTMF)信号是由两个不同频率的信号叠加而成,设V(t)为DTMF信号、 t V H和 t V L 分别为构成V(t)的两个信号,则它们应满足关系式(1)。
V(t)= t V H + t V L
(1)根据CCITT建议,国际上采用697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz、1633Hz8个频率,并将其分成两个群,即低频群和高频群。从低频群和高频群中任意抽出一个频率进行叠加组合,具有16种组合形式,让其代表数字和功率,如表3-1所列,则有关系式(2)。
V(t)=AsinH t+BsinL t
(2)其中AsinH t为低频群的值,BsinL t为高频组的值,A、B分别为低频群和高频群样值的量化基线，具体见表2-1。
Lf
Hf
1209 1336 1477 1633 697 1 2 3 A 770 4 5 6 B 852 7 8 9 C
941 * 0 # D 表2-1
DTMF频率及其对应的键值
DTMF 信号 生成方法
利用采用数学方法产生 DTMF 信号 buffer[k]= sin(2*pi*k *f0/fs)+ sin(2*pi*k *f1/fs)
（式 2-1）
f0 为行频频率，f1 为列频频率，fs 为 8000 采样频率，k 为对信号的采样。
利用两个二阶数字正弦波振荡器产生 DTMF 信号（本课程设计实际采用方法）
DTMF 编码器基于两个二阶数字正弦波振荡器，一个用于产生行频，一个用于产生列频。向 DSP 装入相应的系数和初始条件，就可以只用两个振荡器产生所需的八个音频信号。典型的 DTMF 信号频率范围是 700～1700Hz，选取 8000Hz 作为采样频率，即可满足 Nyquist条件。由数字振荡器对的框图，可以得到该二阶系统函数的差分方程
（式 2-2）
其中 a1=-2cosω0，a2=1，ω0=2πf0 /fs，fs 为采样频率，f0 为输出正弦波的频率，A 为输出正弦波的幅度。该式初值为 y(-1)=0，y(-2)=-Asinω 0。CCITT 对 DTMF 信号规定的指标是，传送/ 接收率为每秒 10 个数字，即每个数字 100ms。代表数字的音频信号必须持续至少45ms，但不超过 55ms。100ms 内其他时间为静音，以便区别连续的两个按键信号。编程的流程如图 1 所示，由 CCITT 的规定，数字之间必须有适当长度的静音，因此编码器有两个任务，其一是音频信号任务，产生双音样本，其二是静音任务，产生静音样本。每个任务结束后，启动下一个任务前（音频信号任务或静音任务），都必须复位决定其持续时间的定时器变量。在静音任务结束后，DSP 从数字缓存中调出下一个数字, 判决该数字信号所对应的行频和列频信号，并根据不同频率确定其初始化参数 a1=-2cosω0 与 y(-2)=-Asinω0。该流程图可采用 C 语言实现，双音信号的产生则由 54x 汇编代码实现。整个程序作为 C 5 4 x 的多通道缓冲串口（McBsp）的发射串口中断服务子程序，由外部送入的 16000Hz 串口时钟触发中断，可实时处理并通过 D / A 转换器输出 DTMF 信令信号。
图 2-1 DTMF 编码流程
DTMF 信号的检测方法 DTMF信号的检测方法可以有多种。主要分为从信号时间域处理和从信号频率域处理两大类。
前一种方法包括：过零点位置检测法、信号峰值位置检测法、过零点位置及信号幅值检测法。其特点是实现简单，可以通过MT8880等芯片加上外围电路实现，易于集成化。缺点是易受干扰，对信噪比要求高。现在广泛应用于一般的脉冲拨号电话机。通过神经网络等辅助判别方法可以大大提高信号的识别率。
后一种方法包括：频率判断、能量判断两类。频率判断主要通过滤波器提取DTMF相应的频率信号进行比较判断，滤波器可以用窄带、低通、高通滤波器，应用方式可以有并联、级联、混合联接等方式。能量判断是直接对DTMF信号相应的能量进行计算，找出高、低频率群中最强的信号，进行判断，包括有DFT法（Discrete Fourier Transform）、FFT(Fast Fourier Transform)、Goertzel法等。
本次实验我们采用的是能量判断法，并采用了 Goertzel 算法。
设计方案、算法原理说明
Goertzel 算法原理
Goertzel算法信号解码是将两个音频信号提取出来，并通过他们的频率，确定所接受的DTMF数字。原来使用模拟技术音频信号频率进行检测，一般通过模拟电路进行过零点检测，通过零点计数完成对输入信号的频率检测。在数字信号检测电路中，一般使用频域计算技术代替时域信号处理。我们可以直接通过付立叶变换，直接得到输入的信号频率。信号各个频率分量的幅值直接计算可以使用DFT。对于N点数据序列{x(n)}的DFT为: 1 N ,..., 1 , 0 k , W n x k XnkN1 N0 n
（式 3-1）
如果用FFT算法来实现DFT计算，计算将涉及复数乘法和加法，并且计算量为 N Nlog2。虽然我们可以得到DFT的所有N个值，然而，如果希望计算DFT的M个点，并且M< N log 2 时，可以看到，直接计算DFT则更加有效。下面我们用到Goertzel法，是一种直接计算DFT有效的方法。我们应用Goertzel算法对DTMF信号的检测，并且对其进行改进。
Goertzel算法，从根本上说，是计算DFT的一种线性滤波算法，它可以通过调整滤波器的中心频率和带宽，直接计算出DFT的系数。
Goertzel算法利用相位因子 kNW 的周期性。我们可以同时将DFT运算表示为线性滤波运算，由于kNNW=1，我们可以用该因子对公式(4)(DFT表达式)两边相乘，得到: m N kN1 N0 mkNNnkN1 N0 nkNNW m x W W n x k X k X W
（式 3-2）
我们注意到，上式就是卷积形式。可以定义序列 n Y K 为: m N kN1 N0 mkW m x n Y
（式 3-3）
显然，Yk(n)就是长度为N的有限长输入序列 n Y K 与具有如下单位脉冲响应的滤波器的卷积: n u W n hknN k
（式 3-4）
可以看到，当n=N时，该滤波器的输出就是DFT在频点 kN2k 值 即
N nKn Y k X
（式 3-5）
我们可以通过比较式(6)和式(7)来验证上式。对于单位脉冲响应为 n h k 的滤波器来说，其系统函数为: 1 kNkz W 11z H
（式 3-6）
这个滤波器只有一个位于单位圆上的极点，其频率为 kN2K 。因此，可以使用输入数据块通过N个并行的单极点滤波器或者谐振器组来计算全部的DFT,其中每个滤波器有一个位于DFT响应频率的极点。
因此，对于式(7)的卷积计算，我们可以使用差分方程形式来表示用式(9)给出的滤波器，通过迭代的方法计算 n Y K，从而得出DFT的计算结果: 0 1 y , n x 1 n y W n yk kkN k
（式 3-7）
计算涉及复数加法和复数乘法，计算量大。由于我们只需要计算幅值信息，而不关心相位信息。我们在单位圆上另外引入一个极点，与原有的极点形成一对共扼极点。将两个滤波器组成一对复数共轭极点的谐振器。原有的单极点滤波器计算方式变成形如式(10)的方式。其系统函数为: 2 11 kNzz z N k 2 cos 2 1z W 1z H
(式 3-8)上式中:N / k j2 KNe W，为差分方程的系数。由于引入了复数共扼极点，避免了式(9)中复杂的复数加法和复数乘法。
显然，对式(10)无法进行直接计算。为了便于计算实现，我们引入中间变量 n Q k，将式(9)表示为差分方程形式: n x 2 n Q 1 n QNk 2cos 2 n Qk k k
（式 3-9）
式中，初始条件为: N ,..., 1 , 0 n , 0 2 Q 1 Qk k
1 N Q W N Q N Y k XkkN k k
（式 3-10）
其中，Nk 2kNe W
Goertzel 算法改进与实现 Goertzel算法是计算离散傅立叶变换的方法，需要计算的频率点数不超过21092 N时Goertzel算法将比FFT(Fast Fourier Transform)更为有效。Goertzel算法相当于一个二阶IIR滤波器，(10)式是它的转移函数我们可以根据(10)式画出改进Goertzel算法的模拟框图，如图 3-1所示 + ++ N2nk2cos1z n x1z -1Q(n)Q(n-1)-KNW Q(n-2) n y k
图 3-1
Goertzel算法的模拟框图 图2中可看到，整个计算过程分为两部分:前向通路式(11)和反馈通路式（12)。显然，对于式(11)的递推关系计算需要重复N=1,?，N重复N+1次，但是式(12)中的反向计算只需要在n=N时计算一淡。每次计算只需要计算一次实数乘法和两次实数加法。所以，对实数序列x(n), 由于对称性，用这种算法求出X(k)和X(N-k)的值需要N+1次实数乘法运算。
我们现在可应用Goertzel算法完成实现DTMF解码器了。由于有8种可能的音频信号需要检测。所以需要至少8个由式(9)给出的滤波器，将每个滤波器调谐到这8个频率值上。在完成信号判决时，我们并不需要相位信息，只需要幅值信息|X(k)|。因此，对式(12)两边进行平方，计算幅度的平方值|X(k)| 2。我们将递推方程式(9,11, 12)进一步简化，得到滤波器计算的前向部分的简化表达方式，即滤波表达式的分子项部分: 由于我们只需要幅值信息，不需要相位信息，因此，对前向部分进行改进，输出幅度平方值。
1 N Q N QNk 2cos 2 1 N Q N Q N y N y k Xk k2k2k k k2
（式 3-1）
改进 Goertzel 算法原理小结 在式(12)中可以使用A, B分别代替递归项，令 1 N Q Ak ， 2 N Q Bk 将离散付里叶变换DFT的改进计算过程总结写为: k2 22kABcoef B A N y
（式 3-2）
其中
kN2cos 2 coef k， 2 2kk X N y
可以看到，由于上面两式中: 忽略相位信息，使用实数运算，无复数运算。等式右边全部是实数运算，大大提高了运算速度，降低计算量。
实际实现中误差分析
舍入误差问题 我们再次回到公式 3-1 进行分析：
1 N Q N QNk 22cos 1 N Q N y N y k XK K2K k k2
（式 3-1）
简单地说，在实际的DSP实现中将使用（4）式和（6）式来得到DTMF信号的频谱信息，（4）式实际就是一个递归线性滤波器的表达式，它在n=0…N之间进行循环。每N个样点对公式（6）进行了一次计算。
在这个算法中，DTMF频率（f i）变换成了离散傅立叶系数（k）,它们之间存在如下关系：,Nkffsi
这里，N是滤波器的长度，f s 是采样频率。在给定的采样频率下，我们可以通过调整N和K值，得到相应的DTMF频率（if）上的能量幅值。
但是，由于k和N是整数，有可能不能取到合适的DTMF频率（f i）。实际上，计算时如果采用FFT变换，计算字长N将被限定为2得n次方，每次计算可以同时得到N/2个频率点的幅度值。而对于DFT或Goertzel算法来说，对于N长度的算法，其可以分辨的最高频率为采样频率的一半。其输出序列为
{X(0)、X(1)……,X(N)} 对应的信号计算频率为f i ,i=0,1,…，N。所以，我们可以知道，可计算的信号频率存在一定的限制。式（4-12）给出了Goertzel算法的频率分辨率。对于不是正好在输出序列计算点上的信号频率，其计算结果分布在相近的频率值上，将会出现泄漏，这不是我们所期望的。
计算字长 N 的问题提出 N和k的选择不同，计算的误差会有很大不同。缩小N值，将显着减少计算量，所以N值的选取，是完成实时计算的核心。
在相关文献中，N值的选取也有很大的不同。有使用16个106字长计算完成信号监测及语音检测的，也有使用105字长或205字长完成Goertzel算法完成检测的，由此我们提出这样一个问题，在文所利用的Goertzel算法中，进行DTMF信号检测的最佳字长是多少？ 由采样频率公式可知，在采样率一定的情况下，N值的取值同时决定Goertzel算法计算时对应的频率，即Goertzel滤波器的中心频率。通过改变N值，计算出我们感兴趣的对应一组k值，即完成DTMF频率检测。但是，由式（14）可知k取整数，计算中心频率的位置与实际的DTMF频率必然会产生一定的舍入误差。我们将Goertzel算法中的中心频率与实际的DTMF频率的差值定义为D。可以计算出D的最大值为 Dmax=2Nf s,当k的误差 k =时，对应的频率百分比为：dtmfs2Nff,dtmff为所需计算的DTMF频率。
这实际上是DTMF频率位于“所计算的信号窗口的边缘”。当N值取较大值时，同时采取较高的采样频率可以取得较准确的检测结果，但是也加大了计算量。
由于N的取值，影响了计算时的Goertzel滤波器的中心频率的位置。实际应用中，首先需要确定N，同时对应不同的DTMF频率，取相应的k值，通过Goertzel算法，得到相应的X(k)。可以看到，N的取值是Goertzel算法设计DTMF信号检测器的关键，它直接决定了检测器的性能及对ITU建议的满足性。以下讨论在满足ITU要求的情况下，寻找的N值的过程，同时，我们在这里讨论的是误差的百分比，因此，可以通过计算点数的误差百分比来估计频率的百分比。
Goertzel 算法中 N 的选择要求 N的选择应考虑如下的因素：
频率偏移度不但要求主瓣宽度存在一定的范围之内，同时也和计算窗口中心频率有关。Goertzel算法种计算长度N的取值也影响到计算窗口中心频率的取值。
例如，如果N=125，f s
=8000Hz,对于770Hz信号的完成检测，频域分辨率为8000/125=64Hz,ITU规定的对于频率误差大于%的信号拒识，即对于770Hz信号为中心，宽度为到。的频率分辨率将矗立的信号为为中心，其他范围的频率则不满足规定要求。
舍入误差的寻优 根据siffN k ，在Goertzel算法进行递归计算时k要取整数，因而存在舍入误差。舍入误差是随机和离散的，不同的N值和不同的f i 舍入误差是不同的，因此造成的频率的偏移也是不同的。由于k的舍入误差反映的是频率的偏移，因此必须兼顾每个频率，选择k舍入误差小得N值。表3-1列出了当N=125时，不同的频率k值的舍入误差，表3-2列出了当N=205时，不同的频率k值的舍入误差.信号频率（Hz）
k 计算值 k 相对偏差（%）
679
770
852
941
1209
1336
1477
1633
表3-1
N=125时不同的频率值k的舍入误差
信号频率（Hz）
k 计算值 k 相对偏差（%）
679
770
852
941
1209
1336
1477
1633
表3-2
N=205时不同的频率值k的舍入误差 由于k的舍入误差反映的是频率的偏移，因此必须选择k舍入误差小的N值。同时还要兼顾每个频率，每个频率k舍入误差都比较小，或者尽可能的都取“舍”或者都取“入”，这样就会使偏移比较小或者都向同一个方向偏移。
复杂度比较
直接计算离散傅里叶变换，对于每一个k值，需要4N次实数乘法及4N-2次的实数加法，N点的傅里叶变换需要24N 次实数乘法及N(4N-2)次实数加法，因此，采用直接法计算的计算复杂度为O(2N)。
对于Goertzel算法来说。其输入的X(n),Wk,是复数，每计算一个新输出Y值需要做四次实数加法和四次实数乘法。由于我们只需要幅值信息，对于相位信息可以忽略，通过变换得到幅值信息。因此，共需要N+l次实数乘法，计算复杂度为O(MN)。
对于单个解码器来说，对于每次成功完成DTMF信号解码的时间估计十分重要。通过对解码器的处理时间估计，我们可以得到其处理性能，通过对处理性能评价，就可以预计单个解码器工作时可以承载的最大信道个数。在这里，定义DTMF解码器成功完成两个DTMF信号解码之间所耗费的时间可以这样估算: 每处理一个采样样本的时间间隔允许的最大值为:
ssf1T 125 s
（式3-3）
前向计算所需的时间为：sT N
可以看到，计算时间主要决定于计算字长N。对于每一个需要检测的频率，都必须进行(N+4)次实数乘法和(N十2)次加法。检测8个DTMF频率需要的总共的计算量为:(8N+ 32)次乘法与(16N十16)次实数加法。
算法流程图
图 4-1 程序算法流程图
源程序注释
初始化程序 rn“,ch);
}
else
中DTMF-SEND&RECEIVE,双击，即可加载.out 文件。CCS 将程序装载到目标 DSP 上，打开显示程序反汇编指令的 Disassembly 窗口。选择 Debug/Go Main，从主程序开始执行。最后单击 Debug－Run（或按 F5 键）运行程序。
图 6-10 下载 gel 文件
图 6-11
程序编译成功
图 6-12
将程序下载到实验箱
图 6-13
程序运行
图 6-13
打开 gel 文件滚动条
实验结果及图像 本次实验中，我们通过一台电脑循环产生 0——9、A、B、C、D、*、#，在另一台电脑上会循环显示检测到的 DTMF 信号，即循环显示 0——9、A、B、C、D、*、#。
下面我们从时域和频域两个角度观察一下检测信号的波形：
使用 CCS 中 Graph 显示 发送端的时域图形参数设置及显示结果如下所示 ：
：
图 6-14
发送缓存区图形参数设置（时域及频域）
图 6-15 发送缓存区时域图形显示
图 6-16 发送缓存区波形频谱显示
检测端的时域图形参数设置及显示结果如下所示 ：
：
图 4-17 检测缓存区图形参数设置（时域及频域）
图 6-18 发送缓存区时域图形显示
图 6-19 发送缓存区波形频谱显示
.2
使用虚拟仪器显示
图 6-20 发送端信号时域波形
图 6-21 发送端信号频谱 7.遇到的问题及解决方法 【 问题一】
】
新建工程时头文件路径不匹配，文件编译出错。
解决方法：在菜单栏中选中 Project-Build Options-Compiler-preprocessor-Include Search Path，添加正确路径即可。
【 问题二】
】
数据类型定义不当导致 cmd 文件中，内存分配不足，文件编译出错。
解决方法：打开 Debug 中的.map 文件，观察缓存溢出情况，修改 cmd 文件内存分配。
【 问题三】
】
声卡抽样频率设置有误，导致虚拟仪器观察输出波形时，出现多余频谱分量。
解决方法：打开，更改波特率设置，即采样频率设置为 8K 后，输出信号频谱正常。
【 问题四】
】
信号幅度控制与自适应阈值选取衔接有误。
解决方法：算法有误，后采取合理算法即原域值 30%+倍第二大频点的幅度平方值 70%（thresh=thresh*+*(linshi[1]*），信号检测正常。
【 问题五】
】
阈值选取不当，无法正常检测输出信号。
解决方法：经过多次尝试并修改阈值，最终选取合理阈值，正常判决、检测以及显示结果。
8.心得体会
刘璐：
双音多频DTMF信号是在按键式电话机上广泛应用的的音频信号，由于我家里最早接触的就是固话，一开始对这个题目比较感兴趣，就选择了这个题目。
通过看课件与查阅资料逐渐懂得了DTMF信号产生与检测的原理，熟悉了利用CSS这款软件和DSK板调试的过程。刚开始只知道按部就班的把过程操作一遍，后来通过学习也渐渐知道添加的*.lib,*.h这些文件的意义所在，比如(支持C语言运行的库)、、（是使用dsk板所需的库），c5400/cgtools/include里面含有dsp通用头文件，与硬件无关，而c5400/dsk5402/include中是硬件专用头文件等等。还有关于C语言在DSP课程设计中的应用和以前大一所学习的简单常用的C语言还是很有些区别，要掌握好编程还需要学习和努力。还有一个体会就是最后几天要接到实验板实在很困难，早上起的很早可能也没法借到板子来调试。
这次实验收获很大，掌握了一些对于CCS的运用，学习了DTMF信号的产生与检测的原理，学习了C语言的编程在dsp中的应用，真正体会到了DSP芯片强大的运算和处理能力，并且这次的课程设计不仅仅让我们学会如何使用DSP芯片以及应用，更是给我们今后在实际解决或系统设计时提供了一种设计思路，可根据不同系统的设计要求采用性能要求不同的DSP处理芯片来解决实际问题，同时有效地锻炼和提高了我们的软件编程能力。
总之，此次的课程设计使我收获颇丰，不仅掌握了 DTMF 信号的相关知识与 CCS 的操作，更锻炼了我处理问题的实际能力和思考问题的方法，这也必将对日后的科研相关工作奠定积极的意义。最后感谢老师对我的耐心细致的指导，谢谢老师。
9.参考文献 [1]高海林 钱满义编写《DSP技术及其应用》清华大学出版社 [2] 陈后金等 《信号分析与处理实验》 高等教育出版社
[3] DTMF Tone Generation and Detection:An Implementation Using the TMS320C54x.SPRA096a ,唐达强.双音多频信号接收器的设计与实现（硕士学位论文）.北京：北方交通大学.1990 [5]陈通，曹小强.基于 NDFT Goertzel 滤波器的 DTMF 信号检测的改进方法.西南大学学报.2008 [6]李义府.双音多频信号检测在 DSP 中的实现.中南大学信息科学与工程学院.2006 [7]薛曼芳.基于改进的 Goertzel 算法的双音多频检测器的设计.甘肃：兰州工业高等专科学校.2008
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