经典课程指导：《数字处理系统课程设计与实践》指导(2)DTMF之五 实测程序和优化

本系列文章不仅展示数字信号处理课程设计的内容，还让大家看到从理论算法到实际产品算法的转变过程中要考虑的各种情况。这在互联网上是独一份，请大家珍惜！这是本人自认为讲的非常透彻和深入的一个数字信号处理课题，欢迎广大学子和同行们来学习交流，保证获益匪浅！先请大家看看本人为本系列文章录制的讲解视频！

本系列文章饱含研发经验的传承！本文超过五千字，含有大量的仿真结果，堪比一篇小论文，可见本人在这个课程设计上的用心程度！本课题的难度对于本科生而言有些大，自适应要想完成也非硕士研究生所能搞定的内容！一个知识点钻研下去，总会有意想不到的难度和收获！

做产品可不简单哦！

当然做产品可不是几篇文章讲的这么简单，下面我们一起看看实用的DTMF芯片会涉及到哪些方面？

双音多频（DTMF，Dual-Tone Multi-Frequency）检测在实际芯片中的流程主要包含以下几个关键步骤：

1. 信号采集

• 前端调理：来自电话线路、音频接口等外部设备的模拟语音信号，首先要经过前置放大器进行放大，以增强微弱信号的幅度 ，然后利用抗混叠滤波器滤除高频噪声，防止采样过程中的频谱混叠，确保后续数字化处理的准确性。

• 模数转换（ADC）：经过调理后的模拟信号被送入 ADC 模块，按照一定的采样频率（通常 8kHz 左右，满足奈奎斯特采样定理要求），将连续的模拟信号转变为离散的数字序列，为数字信号处理提供数据基础。

2. 预滤波处理

• 带通滤波：由于 DTMF 信号频率范围明确（低频群 697 - 941Hz，高频群 1209 - 1633Hz ），采用一组带通滤波器对数字化后的信号进行滤波。这可以突出 DTMF 信号成分，抑制信号频带外的低频背景噪声、高频干扰等无关信号，减少后续处理运算量与误判概率。这个方法可以得到进一步扩展，后续文章会讲解！

3. 分频段检测

• Goertzel 算法运用：这是 DTMF 检测常用的算法。针对 DTMF 信号中的每个频率（如 697Hz、770Hz 等 8 个特定频率），利用 Goertzel 算法分别计算信号在对应频率上的频谱能量。Goertzel 算法本质上是一种高效的离散傅里叶变换形式，能精准定位信号在特定频率点的强度，避免复杂的全域频谱计算。

• 能量阈值比较：将计算出的各频率点的能量，与预先设定好的能量阈值作对比。若某频率点能量高于阈值，意味着该频率成分在信号中显著存在；反之，则认为该频率信号微弱或不存在。

4. DTMF 信号组合判断

• 高低频配对：DTMF 信号特点是由一个低频信号与一个高频信号组合而成。当检测到一个高频频率成分和一个低频频率成分同时高于阈值时，才判定为有效的 DTMF 信号，而非孤立的单频信号。例如，检测到 697Hz 低频信号与 1209Hz 高频信号同时满足能量条件，就对应数字键 “1”。

• 按键译码：依据高低频的不同组合，按照 DTMF 编码标准，将对应的频率组合译码成具体的数字（0 - 9）、字母（A - D）或符号，完成从音频信号到数字信息的转换，后续可输送给微处理器、通信模块做进一步应用，像是号码拨号识别、交互式语音应答系统的指令输入 。

5. 后处理与抗干扰优化

• 消抖处理：为避免瞬间干扰、信号抖动造成的误判，引入消抖机制。当检测到一次 DTMF 按键信号后，设置一个短暂的延时时间段，在此期间内若再有相同按键检测结果，才最终确认按键有效；不然当作干扰事件忽略。

• 信号连续性监测：持续监测 DTMF 信号的连续性，倘若信号中断或出现异常跳变，重新校验当前检测状态，必要时重新启动检测流程，确保检测结果的稳健性。

顺着之前的思路深入下去！

开始实际测试！

先用 2022 级通信专业学生小王给我的信号源进行程序验证！然后再用自己录制实际拨号音进行程序验证！通过这两个过程的验证，那么可保证这个程序的实用性达到产品级！先看测试过程吧！首先要修正函数，确保在频域检测出现错误也要有输出，这是做产品时需要注意的原则，不能让人感觉产品就是一个黑匣子，好与坏总要有个结果。有了输出，就可以直观的判断程序出错的原因和位置。

if dft_result(1) > detect_threshold && dft_result(5) > detect_threshold

        result = '1';

    elseif dft_result(1) > detect_threshold && dft_result(6) > detect_threshold

        result = '2';

    elseif dft_result(1) > detect_threshold && dft_result(7) > detect_threshold

        result = '3';

    elseif dft_result(2) > detect_threshold && dft_result(5) > detect_threshold

        result = '4';

    elseif dft_result(2) > detect_threshold && dft_result(6) > detect_threshold

        result = '5';

    elseif dft_result(2) > detect_threshold && dft_result(7) > detect_threshold

        result = '6';

    elseif dft_result(3) > detect_threshold && dft_result(5) > detect_threshold

        result = '7';

    elseif dft_result(3) > detect_threshold && dft_result(6) > detect_threshold

        result = '8';

    elseif dft_result(3) > detect_threshold && dft_result(7) > detect_threshold

        result = '9';

    elseif dft_result(4) > detect_threshold && dft_result(5) > detect_threshold

        result = '*';

    elseif dft_result(4) > detect_threshold && dft_result(6) > detect_threshold

        result = '0';

    elseif dft_result(4) > detect_threshold && dft_result(7) > detect_threshold

        result = '#';

else

    result = '_';

end

以上做的修补就体现在最后一句（标黄语句），让各态都有输出。请大家仔细回味这句话哦。再看看拨号音所能计算出的功率值！根据这个值可以设定检测门限。

这个信号的信噪比非常的差，给检测带来了很大的难度！！！当然实际环境确实什么情况都能发生，如果程序能够应对这么恶劣的环境，那就是说明程序的鲁棒性非常好！再来看主程序代码吧！