CTCSS(连续音调控制挤压系统)是一种将低于音频的频率(67.0 ~ 250.3 Hz)附加到音频信号上并一起传输的技术。国际标准CTCSS编码中有38组频率。这些静噪信号被称为子音频因为它们的频率是67.0 ~ 250.3 Hz，低于语音通信带宽的下限。CTCSS技术在无线电通信中得到了广泛的应用，是传统无线电通信中常见的收发受限手段。在电台的中继站和对讲机中，使用CTCSS技术可以避免接到无关的电话。
对讲设计中采用了亚音频技术，旨在避免不同用户之间相互干扰，收听无关通话和干扰信号。它也被称为音调锁定，因为它可以阻止公共信道中其他用户的语音和信令干扰。对讲机的发射机在发送语音信号时，不断发出子音频连续信号，这些子音频连续信号是在同一信道上调制发射的。当接收器接收到载波信号和子音频信号时，它执行调解。子音频信号经过滤波器整形输入CPU解码后，与本机预置的CTC-SS码进行比较，决定是否启动静噪电路。只有当子音频码相同时，静噪电路的音频输出才能打开，声音才能通过扬声器发出。如果未检测到CTCSS信号，或者信号与当前设置不匹配，静音关闭，扬声器听不到声音。提出了一种基于STC12C2052单片机的对讲加密系统的设计方案。
1 STCl2C2052单片机介绍
STC12C2052是宏景科技推出的STC12系列增强型8051单片机，比普通8051快12倍，工作电压范围宽。它的片上集成：256字节的RAM；15个通用可编程I/O口，可设置为四种模式：准双向口/弱上拉、推挽/strong上拉、仅输入/高阻、开漏(复位后准双向口/弱上拉模式)；EEPROM功能；两个16位定时器/计数器；RC振荡器，在精度要求不高的情况下可以省略外部晶振；独立的片内看门狗定时器。
1.1 STC 12 c 2052的PCA/PWM工作原理
STC12C2052单片机中的PCA可编程计数器阵列包含一个特殊的16位定时器，可以连接两个16位的捕获/比较模块。每个模块可以编程为四种模式工作，即上升/下降沿捕捉、软件定时器、高速输出和调制脉冲输出。在设计中，模块0可以连接到p3.7 (cex0/pca0/pwm0)，模块1可以连接到p3.5 (cex1/pca1/pwm1)。由于寄存器CH和CL的内容是自由递增计数的16位PCA定时器的值，PCA定时器可以用作两个模块的公共时间基准，并且可以编程为以1/12振荡频率、1/2振荡频率、定时器0溢出或ECI引脚输入(P3.4)工作。定时器的计数源由CMOD SFR的CPS1和CPS0位决定。
1.2 STC 12 c 2052的PCA脉宽调节模式
所有PCA模块都可以用作PWM输出。其输出频率取决于PCA定时器的时钟源。因为所有模块共享唯一的PCA定时器，所以它们的输出频率相同。每个模块的输出占空比独立变化，这与所用的捕获寄存器对EPCnL和CCAPnL有关。当CL SFR的值小于EPCnL和CCAPhL时，输出为低；当PCA CLSFR的值等于或大于EPCnL和CCAPnL时，输出为高电平。当CL的值从FF溢出到00时，EPCnH和CCAPnH的内容将载入EPCnL和CCAPnL，这样PWM就可以无干扰地更新。当PWM模式使能时，模块CCAPMn寄存器中的PWMn和ECOMn位必须置位。由于PWM为8位，因此可以使用以下公式来计算PWM的信号频率：
2 PWM调制原理
脉宽调制(PWM)是一种非常有效的技术，它利用微处理器的数字输出来控制模拟电路。它广泛应用于从测量和通信到功率控制和转换的许多领域。脉宽调制的原理如图1所示。
图1脉宽调制原理
简而言之，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过使用高分辨率计数器，方波的占空比被调制以编码特定模拟信号的电平。PWM信号仍然是数字的，因为在任何给定的时刻，全振幅DC电源要么完全打开，要么完全关闭。或者电压和电流源以开或关(0FF)的重复脉冲序列施加于模拟负载。On，即当DC电源施加到负载时；Off，即电源断开时。只要带宽足够，任何模拟值都可以通过PWM进行编码。
PWM的一个优点是，从处理器到受控系统的信号是数字形式的，不需要进行数字/模拟转换。将信号保持在数字形式可以最小化噪声的影响。只有当噪声强到足以将逻辑1变为逻辑0，或者将逻辑0变为逻辑1时，它才能影响数字信号。
与模拟控制相比，PWM的另一个优势是它对噪声的抵抗力很强，这也是在某些情况下PWM用于通信的主要原因。从模拟信号切换到PWM可以大大延长通信距离。在接收端，调制的高频方波可以通过适当的RC或LC网络进行滤波，信号可以恢复为模拟形式。
许多微控制器包含PWM控制器。例如，STC12C2052包含两个PWM控制器，每个控制器都可以选择导通时间和周期。占空比是导通时间与周期的比值；调制频率是周期的倒数。在PWM操作之前，该微处理器需要在软件中完成以下任务：
设置片内定时器/计数器提供调制方波的周期；
在PWM控制寄存器中设置on时间；
设置PWM输出的方向，这里是通用I/O引脚；
启动定时器；
启用PWM控制器(虽然具体的PWM控制器在编程细节上会有所不同，但基本思路是一样的)。
3硬件设计
CTCSS系统是围绕一组低频音频信号(67.0 ~ 250.3 Hz) (32或38，根据不同标准)设计的。这些次音频信号是完整的正弦波，频差非常严格。在大多数设计中，采用定点正弦函数值：以正弦波为例，采用定点法产生波形，即将一个周期正弦波360分割成若干个点，计算每个点的正弦函数值，转换对应的D/A转换器输入值，得到正弦函数表。通过程序将表格存储在单片机的程序存储器中，利用单片机的定时器产生定时。定时时间到了，查表得到该点对应的输出值，然后通过D/A转换得到该点对应的电压值。这样通过反复查表输出就可以得到想要的正弦波。因为周期正弦波的点数是固定的，改变计时器的计时值就会改变相邻两点之间的间隔时间，从而改变正弦波的频率。
这里，各种波形是通过另一种更简单的方法产生的。利用单片机的PWM调制信号产生各种波形，但这种方法的缺点是波形产生的频率有限。
3.1次音频信号的生成方法
公式：y=256/280 * sin (2pi * x/512)。
正弦表由以下代码生成：
假设PWM的频率为32 768 000/256 Hz，则每次PWM中断时，PWM的占空比都会改变一次(变化规律如正弦表所示)。最终输出波形经过低通滤波器滤波后，成为正弦信号，如图2所示。
图2正弦信号的产生
3.2副音频信号的硬件电路
加密系统主要由键盘电路、在线程序下载电路和电源电路组成。其硬件电路如图3所示。其中，XW-5-LOW是一款稳压输出芯片。
图3硬件电路图
(1)键盘电路。由于本系统所需的密钥数量较少，独立密钥即可满足要求。将6个独立按键连接到单片机P1端口的6根线上。这六个键最多可以形成64种组合，可以完成任意频率的子音频信号的设置。
(2)在线编程电路。在电路中，六条信号线GND，P3。1、P 3。P1 VCC。1、P1.0导出，用户可以直接在自己的系统中编程。
(3)电源电路和低通滤波电路。电路所需电源经稳压芯片稳压和电容滤波后产生，滤波电路由RC滤波电路实现。
4软件设计
软件设计包括主程序和看门狗子程序、读取按钮子程序、定时器0中断服务子程序和定时器1中断服务子程序。首先，主程序完成看门狗、与PWM相关的特殊功能寄存器、定时器0和定时器1的初始化。然后判断当前按键，并根据被按下的按键产生相应的子音频信号。
0定时器中断子程序主要完成PWM定时器和捕获寄存器值的更新，并在P3输出相应的脉冲信号(即正弦波信号)。5、p3.7 .定时器中断子程序主要完成每个子音频信号周期的定时。
5结论
以前用音频锁相环来检测产生子音频，设计难度大，调试麻烦。而本文的数字方案无需任何调试就能实现高精度、高稳定性的子音频，大大降低了生产成本。
CTCSS可以阻止来自共享信道中其他用户的无用语音和其他信令干扰。它是通过子音频(数字子音频)信令编解码提高通信网络抗外界干扰能力的信令识别系统，解决非网络用户接入网络的问题。同时，CTCSS具有选呼功能，可采用连续单音频编码(数字编码)进行选呼，且始终与语音信号的传输同时进行。也是目前最有效的选呼方式。主呼只要按PTT，就可以进行组呼或者全呼。对讲机通话结束时，无需按键挂机，比电话互联的人工编码选呼(DTMF)更方便快捷。
