TST数字交换网络设计兰州理工大学Word格式文档下载.docx
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一个完整的通信系统由终端、交换、传输三部分构成,交换是通信系统的核心,因此,“现代交换原理”是通信专业的重要专业基础课程。
其中,时分接线器(T型)和空分接线器(S型)是程控交换技术中最基本的交换单元电路。
单独的T接线器和S接线器,只适用于容量比较小的交换机,而对于大容量的交换机通常选用空分交换芯片和时分交换芯片构成T-S-T交换网络,完成多语音用户间的交换。
本设计要求学生在学习现代交换原理的基础上,掌握T接线器和S接线器的功能,以及构成T-S-T交换网络的方法,正确理解接线器的组成、工作方式和工作原理,这对学习和分析电话通信网、程控交换机是非常有益的。
本设计主要采用时间交换芯片MT8980、空间交换芯片MT8816、单片机AT89C51。
其中,输入级T型接线器为顺序写入、控制读出,中间级S型接线器为输入控制方式也可以是输出控制工作方式,输出级T型接线器工作方式为控制写入、顺序读出。
关键词:
数字交换网络T接线器S接线器时隙交换
第一章T-S-T交换网络工作原理
1.1时间交换单元
时间交换单元又称为时间接线器,简称为T单元或T接线器,其功能是完成一条PCM复用线上各时隙之间的信息交换。
如下图所示,时间交换单元主要由信息存储器和控制存储器构成。
信息存储器用来暂时缓存存储要交换的信息,控制存储器用来寄存脉冲码信息的时隙地址。
(a)顺序写入,控制读出(b)控制写入顺序读出
T接线器的组成和原理图
设输入话音信号在TS50,要求经过T接线器以后交换至TS240上去,然后输出至下一级。
下面分别介绍两种工作方式的原理。
“顺序写入,控制读出”的工作原理:
CPU根据这一要求,通过软件在控制存储器的240号单元写入“50”.这个写入是由CPU控制进行的,因此把它叫做“控制写入”。
控制存储器的读出由定时脉冲控制,按照时隙号读出相对应单元内容。
如0时隙读出0单元内容;
1时隙读出1单元内容……这种工作方式叫做“顺序读出”。
话音存储器的工作方式正好和控制存储器的方式相反,即是“顺序写入,控制读出”。
即,由定时脉冲控制,按顺序将不同时隙的话音信号写入相应的单元中去。
写入的单元号和时隙号一一对应。
而读出时则要根据控制存储器的控制信息(读出数据)而进行。
由于向话音存储器输入话音信号不受CPU控制,而输出话音信号(读出时)受到由CPU控制的控制存储器的控制,因此把它总称为“顺序写入,控制读出”方式。
根据图中的例子,话音的输入时隙号为50,在定时脉冲控制下就可写入到50号单元中。
因为CPU在控制存储器中的240号单元己写入了内容“50”,在定时脉冲控制下,在TS24O这一时间,从控制存储器的地址240中读出内容为“50”,把它作为话音存储器读出地址,立即读出话音存储器的50号单元。
这就是原来在50号时隙写入的话音信号内容。
因此在话音信号50号单元读出时己经是TS24O了,即己把话音信号从TSSO交换到TS240,实现了时隙交换。
“控制写入,顺序读出”的工作原理:
话音存储器的写入要受控制存储器的控制,而其读出则受定时脉冲控制按顺序读出,所以称为“输入控制”。
控制存储器仍然是由CPU控制写入,在定时脉冲控制下按顺序读出。
但是CPU写入到控制存储器的内容却不同了。
如图(b)所示,CPU要在控制存储器的50号单元写入内容“240”。
然后控制存储器按顺序读出,在TS50时读出内容“240”,作为话音存储器写入地址,将输入端Ts50中的话音内容写入到240号单元中去。
话音存储器按顺序读出,在TS240读出240号单元内容,这也就是TS50的输入内容,这样就完成了时隙交换。
1.2空间交换单元
空间交换单元又称为空间接线器,简称为S单元或S接线器,其作用是完成不同PCM复用线之间同一时隙的信码交换。
如下图所示,它由交叉接点矩阵和控制存储器组成。
(a)输入控制方式(b)输出控制方式
S接线器的组成和原理图
上图表示2
2的交叉接点矩阵,它有2条输入复用线和2条输出复用线。
控制存储器的作用是对交叉接点矩阵进行控制,控制方式有以下两种。
输入控制方式:
它按输入复用线来配置CM,即每一条输入复用线有一个CM,由这个CM来决定该输入PCM线上各时隙的信码,要交换到哪一条输出复用线上去。
输出控制方式:
它按输出PCM复用线来配置CM,即每一条输出复用线有一个CM,由这个CM来决定哪条输入PCM线上哪个时隙的信码,要交换到这条输出PCM复用线上来。
S接线器的工作原理:
以输入控制方式为例。
设输入PCM0的TS1中的信码要交换到输出PCM1中去,当时隙1时刻到来时,在CM0的控制下,交叉点01闭合,使输入PCM0的TS1的信码直接转送至输出PCM1的TS1中去。
同理,在改图中把输入PCM1的TS14的信码,在时隙14时由CM1控制10交叉点闭合,送至PCM0的TS14中去。
因此,S接线器能完成不同的PCM复用线间的信码交换,但是在交换中其信码所在的时隙位置不变,即它只能完成同时隙内的信码交换。
故S接线器不能单独使用。
而输出控制方式S接线器工作原理与输入控制方式的工作原理是相同的。
第二章元器件介绍
2.1交换芯片——MT8980
本设计中实现话音交换功能的芯片是MT8980。
2.1.1MT8980的管脚说明
其芯片引脚图如下所示:
STi0-STi7:
8路串行输入的PCM基群(32信道)码流,速率为2.048Mb/s。
ST00-STO7:
8路三态串行输出的PCM基群码流,速率为2.048Mb/s。
A0~A5:
微处理器接口时地址信号输入。
D0~D7:
微处理器接口时双向数据输入/输出(三态)。
C4i:
时钟输入,频率为4.096MHz,串行码流由此时钟的下降沿定位。
F0i:
帧同步脉冲输入,它作为2.048Mb/s码流的同步信号,低电平使内部计数器在下次负跳变时复位。
CS:
片选信号输入,低电平有效。
DS:
微处理器接口时数据输入选通信号,高电平有效。
R/W:
微处理器接口时读、写控制信号,若输入高电平,为读出;
若输入低电平,则为写入。
DTA:
数据应答信号输出(开漏输出),它为微处理器接口时数据证实信号,若此端下拉至低电平,电路处理完数据,通常DTA经909Ω接+5V。
ODE:
输出驱动允许。
若该输入保持高电平,则SDO0~SDO7输出驱动器正常工作;
若为低电平,则SDO0~SDO7呈高阻。
CST:
控制总线输出。
每帧由256b组成,每码元为接续存储器高位256个存贮单元第1位的值。
第0码流相应的码元先输出。
2.1.2MT8980的功能说明
其功能框图如图所示,该芯片由串/并变换器、数据存储器、帧计数器、控制寄存器、控制接口单元、接续存储器、输出复用器与并/串变换器等部分构成。
MT8980功能框图
串行PCM数据流以2.048Mb/s速率分八路由STI0~STI7输入,经串/并变换,根据码流号和信道号依次存入256×
8比特数据存储器的相应单元内。
控制寄存器通过接口,接受来自微处理器的指令,并将此指令写入到接续存储器。
这样,数据存储器中各信道的数据按照接续存储器的内容,以某种顺序从中读出,再经复用、缓存、经并一串变换,变为时隙交换后的八路2.048Mb/s串行码流STO0~STO7,从而达到数字交换的目的。
如果不再对控制寄存器发出命令,则电路内部维持现有状态,刚才交换过的两时隙将一直处于交换过程,直到接受新命令为止。
接续存储器的容量为256×
11位,分为高3位和低8位两部分,前者决定本输出时隙的状态;
后者决定本输出时隙所对应的输入时隙。
另外,由于输出多路开关的作用,电路还可以工作于消息或报文模式,以使接续存储器低8位的内容作为数据直接输出到相应的时隙中去。
MT8980的全部动作均由微处理器通过控制接口控制。
外部CPU可以读取数据存储器、控制寄存器和接续存储器的内容,并可向控制寄存器和接续存储器写入指令。
此外,还可置电路于分离方式,即微处理器的所有读操作均读自于数据存储器,所有写操作均写至接续存储器的低8位。
表1寻址表
A5
A4
A3
A2
A1
A0
地址
寻址位置
X
00-1F
控制寄存器
1
20
时隙0
21
时隙1
…
3F
时隙31
串行PCM数据流以2.048Mbit/s速率分八路由STI0~STI7输入,经串/并变换,根据码流号和信道号依次存入256×
这样,数据存储器中各信道的数据按照接续存储器的内容,以某种顺序从中读出,再经复用、缓存、经并/串变换,变为时隙交换后的八路2.048Mbit/s串行码流STO0~STO7,从而达到数字交换的目的。
MT8980的全部动作均由微处理器通过控制接口控制。
2.2空分交换MT8816
空分交换MT8816芯片为CMOS大规模集成电路芯片,是一片8×
16模拟交换矩阵,有8条COL线(L0—L7)和16条ROW线(ROW0~ROW15),形成一个模拟交换矩阵,它们可以通过任意一个交叉点接通。
图3.1空分交换网络芯片MT8816功能图。
图3.2MT8816交换矩阵示意图
图中有8条COL线(COL0-COL7)和16条ROW线(ROW0~ROW15),形成一个模拟交换矩阵。
它们可以通过任意一个交叉点接通。
芯片有保持功能,因此可以保持任一交叉点处于接通状态,直至有断开控制信号或复位信号为止。
CPU可以通过地址线ACOL2~ACOL0和数据线AROW3~AROW0控制和选择需要接通的交叉点号。
ACOL2~ACOL0管COL7~COL0中的一条线。
ACOL7~ACOL0编成二进制码,经过译码以后就可以接通交叉点相应的COLi;
数据线AROW3~AROW0管ROW15~ROW0中的一条。
AROW3~AROW0也是编码的,经过译码以后就可以接通交叉点相应的ROWi;
控制相应ROWi的以接通有关的交叉点。
例如要接通COL1和ROW8之间的交叉点。
这时一方面向ACOL2~ACOL0。
送“001”,另一方面向AROW3~AROW3送“1000”。
并使DI为高电平,当送出地址启动门ST时,就可以将相应交叉点接通了,图中还有一个端子叫“RESET”复位端。
当RESET为“1”时,全部交叉点就断开了。
表3.1MT8816地址译码真值表
MT8816工作原理
MT8816是一片8×
16模拟交换矩阵CMOS大规模集成电路芯片,如图3.2所示,图中有8条COL线(COL0—COL7)和16条ROW线(ROW0~ROW15),形成一个模拟交换矩阵。
芯片有保持电路,因此可以保持任一交叉接点处于接通状态,直至来复位信号为止。
CPU可以通过地址线ACOL2~ACOL0和数据线AROW3∽AROW0进行控制和选择需要接通的交叉点号。
ACOL2~ACOL0管COL7~COL0中的一条线。
ACOL2~ACOL0编成二进制码,经过译码以后就可以接通交叉点相应的COLi;
AROW3~AROW0管ROW15~ROW0中的一条。
AROW3~AROW0编成二进制码,经过译码以后就可以接通交叉点相应的ROWi。
例如要接通L1和J0之间的交叉点。
这时一方面向ACOL0~ACOL2送001,另一方向面向AROW3~AROW0送0000,当送出地址启动门ST时,就可以将相应交叉点接通了。
图中还有一个端子叫”CS”,它是片选端,当CS为”1”时,全部交叉点就打开了。
综上所述,该电路是由7~128线地址译码器、128位控制数据锁存器与8×
16开关阵列组成,在电路处于正常开、关工作状态下,CS应为高电平,RESET为低电平,地址码输入选择锁存单元及开关阵列对应的交叉点处于开的状态,这样数据DI在ST下降沿时刻被异步写入锁存单元,并控制所选交叉点开关的通、断,若DI为低电平,则开关截止,其地址译码真值表如表3.1所示。
2.3控制单元——AT89C51
控制单元控制着各模块协调有序的完成呼叫的全过程,本设计中采用AT89C51单片机完成。
3.3.1AT89S51的管脚说明
该单片机的引脚图如下:
VCC(Pin40):
电源输入,接+5V电源
GND(Pin20):
接地线
XTAL1(Pin19):
片内振荡电路的输入端
XTAL2(Pin20):
片内振荡电路的输出
ALE/PROG(Pin30):
地址锁存允许信号
PSEN(Pin29):
外部存储器读选通信号
EA/VPP(Pin31):
程序存储器的内外部选通,接低电平从外部程序存储器读指令,如果接高电平则从内部程序存储器读指令。
RST/VPP(Pin9):
复位引脚,引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。
PO口(Pin39~Pin32):
8位双向I/O口线,名称为P0.0~P0.7
P1口(Pin1~Pin8):
8位准双向I/O口线,名称为P1.0~P1.7
P2口(Pin21~Pin28):
8位准双向I/O口线,名称为P2.0~P2.7
P3口(Pin10~Pin17):
8位准双向I/O口线,名称为P3.0~P3.7
第三章硬件设计及实现
3.1原理框图
单片机
3.2TST交换网络设计思路
本设计实现第1个接线器的时隙1与第2个接线器的时隙30的交换过程,其硬件连接图如附图所示。
该交换网络用了两片MT8980,一片MT8816,一片AT89C51,还有一片74HC573和时钟发生器8284A。
信号在初级T和S接线器中进行时隙和空间交换后,进入次级T接线器中进行二次时隙交换。
在硬件连接图中时钟发生器8284A发出频率f=4.096MHZ的信号,分别接到T接线器MT8980的14引脚的C4I和单片机AT89C51的18号引脚上;
单片机AT89C51采用外部振荡器,所以AT89C51的18号引脚接外部振荡信号的输入。
AT89C51的RST引脚用于复位信号的输入,在高电位下工作,它的DS接到MT8980的DS上进行分时片选,以保证它们来实现双线的信息交换,保证TST数字交换网络的正常运行,避免拥塞。
当4路PCM信号进入初级T接线器MT8980时,串行PCM数据流以2.048MB/S的速率有STI0—STI3输入,经由串并转换后,根据码流信号和信道(时隙)号依次存入256*8比特的数据存储器的相应单元内。
控制存储器通过控制接口,接受AT89C51的指令,并将此指令写到连接存储器中。
AT89C51通过P00—P07将地址分别送入T接线器MT8980和锁存器74HC573进行锁存。
当信息在T接线器MT8980进行完时隙交换后进入S接线器MT8816中来实现看见的交换,此时74HC573将锁存的地址送入S接线器MT8816中。
同时锁存器74HC57将片选信号送入MT8816的CS中,将S接线器选通,使得MT8816开始工作。
AT89C51可以通过地址线ACOL0~ACOL2和AROW0~AROW3进行控制和选择需要接通的交叉点号。
ACOL0~ACOL2管COL0~COL7中的一条线。
ACOL0~ACOL2编成二进制码,经过译码以后就可以接通交叉点相应的COLi(i=0,1,2,3,4,5,6,7);
AROW0~AROW3编成二进制码,经过译码以后就可以接通交叉点相应的ROWj。
AT89C51通过DS将次级T选通,通过地址线送入次级T,再次完成时隙的交换,通过以上过程可以实现完整的TST交换。
3.3容量与速率
串行PCM数据流以2.048Mbit/s速率分八路由STI0~STI7输入,经串/并变换,根据码流号和信道号依次存入256×
3.4所需控制程序
前T级与后T级都采用顺序写入,控制读出,S级采用输出端控制,对入线进行选择。
具体程序如下:
DATASEGMENT;
定义数据段
R1DB?
R2DB?
DATAENDS
CODESEGMENT;
定义代码段
ASSUMECS:
CODE,DS:
DATA
MAINPROCFAR;
主程序
START:
MOVAX,DATA;
初始化DS
MOVDS,AX
MOVA,R2
ORLA,#60H;
P2.6=1R,P2.6=0W
MOVP2,A;
P2.5=1时隙,P=0控制
SETBP1.4;
置DS为高
LOOP3:
MOVC,P1.5
JCLOOP3;
DTA不为0时等待
MOVA,P0
CLRP1.4
SETBP2.7;
CS=1
R1EQU00011001B
CALLW-CONTROL;
调用写MT8980控制寄存器子程序
R1EQU00000001B
R2EQU00000001B
CALLW-CONNECTION;
调用写MT8980连接存储器子程序
R1EQU00010001B
R1EQU00100001B
调用写MT8980连接存储器子程序
CALLW-S;
调用对MT8816的控制子程序
R1EQU00011010B
R2EQU00000010B
R1EQU00010010B
R1EQU00100111B
RET
MAINENDP
W-CONNECTIONPROCNEAR;
完成写MT8980连接存储器子程序
MOVA,R2
ORLA,#20H;
MOVP0,R1
JCLOOP1;
W-CONNECTIONENDP
W-CONTROLPROCNEAR;
完成写MT8980控制寄存器子程序
MOVP2,#00H;
P2.5=0控制
LOOP2:
JCLOOP2;
W-CONTROLENDP
M-SPROCNEAR;
完成对MT8816的控制子程序
MOVAL,10000000B;
锁存器74HC573入口地址
MOVDX,0010010B;
写交叉点控制字
OUTDX,AL
M-SENDP
CODEENDS
ENDSTART
3.5控制过程分析
以上程序中首先完成对第一个T接线器的控制,具体步骤为:
(1)调用W-Conlrol子程序,写控制寄存器=R1=00011001,完成选ST01/Ch01的连接存储器高位。
(2)调用W-Connection子程序,Rl=000000001,R2=00000001,写连接存储器高位CMHb2=0为交换模式。
(3)调用W-Control子程序,写控制寄存器=R1=00010001,选ST01/Ch01的连接存储器低位。
(4)调用W-Connection子程序,RI=00100001,R2=00000001,写连接存储器的低8位。
然后再对S接线器控制:
调用W-S子程序,完成对MT8816的控制。
最后对第二个T接线器进行控制,具体步骤为:
(1)调用W-Conlrol子程序,写控制寄存器=R1=00011010,选ST02/Ch030的连接存储器高位。
(2)调用W-Connection子程序,Rl=00000001,R2=00000010,写连接存储器高位CMHb2=0为交换模式。
(3)调用W-Control子程序,写控制寄存器=R1=00010010,选ST02/Ch030的连接存储器低位。
(4)调用W-Connection子程序,RI=00100111,R2=00000010,写连接存储器的低8位。
这样,就完成了输入群路0的信道2到输出群路2的信道3的交换。
第四章设计缺点及改进方式
4.1设计特点及不足
MT8816是一片
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