现代交换技术实验平台讲义Word格式.docx
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用户摘挂机
交换状态指示
图1-1交换系统组成与结构方框图
程控交换系统由10个主要功能电路模块组成,各模块的组成及主要作用如下:
1.电话用户接口电路
提供了4路电话用户接口电路,其中电话D设计成可插拔的模块结构。
用户接口电路使用的主芯片为PBL38710,可实现馈电(B)、二/四线变换(H),摘挂机检测(S)和铃流驱动(R)等功能。
另外,用户接口电路对发送信号可进行放大、衰减调节。
四路电话的呼叫号码分别为48、49、68、69。
2.编译码和滤波器C(Codec&
Filters)
使用的主芯片为TP3057,主要实现单路语音的语音滤波、PCM编译码功能。
3.双音多频(DTMF)检测电路
使用的主芯片为MT8870,DTMF接收器先经高、低群带通滤器进行fL/fH区分,然后过零检测、比较,得到相应于DTMF的两路fL、fH信号输出。
该两路信号经译码、锁存、缓冲,恢复成对应于16种DTMF信号的4比特二进制码(D1~D4),再送给记发器进行号码识别以便控制交换网络接通被叫用户话路。
电话A,B共享一路DTMF检测器,电话C,D共享另一路DTMF检测器。
4.信令处理器和记发器电路(中央处理器)
它是U101(AVR单片机)及外围电路构成,在系统软件的作用下,完成键盘扫描和液晶显示、工作状态指示和接收计算机数据。
同时完成对话机状态的监视、信号音及铃流输出控制、电话号码的识别、交换命令发送等功能。
具体叙述如下:
(1)用户状态检测电路:
接收各个用户线接口电路输出的用户状态检测信号DETX(X是话路的序号),可以是A、B、C、D,例如DETA是第一话路的用户状态检测信号(下面文字说明中标号的X含义与此处相同),信号直接送入CPU的PE口,以识别主、被叫用户的摘挂机状态。
(2)电话用户信令音控制电路:
主要由单片机U101及电子开关CD4066组成,在单片机U101的作用下,分别分时地将上述EPM240产生拨号音、忙音、回铃音等三种信号通过电子开关CD4066送入主叫用户。
(3)铃流控制电路:
自动交换时,在单片机U101作用下,EPM240输出的铃流音信号(RING),由PBL38710提升铃流信号电压,使其有效值达到75V左右,送往电话机。
(4)DTMF接收控制电路:
当MT8870收到电话号码后,便发出使能信号向单片机U101申请中断,同时将译码的电话号码数据(DTMFD1~4)送给单片机U101进行处理。
5.时序与控制器电路
主要由CPLD可编程数字逻辑器件EPM240及外围电路构成,它产生并输出下列信号:
(1)500Hz连续方波(即拨号音信号)
(2)忙音脉冲,即0.35秒通、0.35秒断的周期方波
(3)回铃音脉冲,即1秒通、4秒断的周期方波
(4)25Hz周期方波(振铃信号)
(5)PCM编译码器的时序、时钟信号。
(6)各接口电路间的控制片选信号。
6.交换网络控制器
主要由单片机U103和片外存储器U109构成,完成交换网络模块的交换控制工作。
片外存储器U109可下载存储学生的二次开发程序。
7.交换网络模块
(1)人工交换:
各电话用户发送、接收端信号通过铜铆孔开放出来,可通过手动连线完成电话信息的交换工作。
(2)空分交换网络:
主要由MT8816芯片构成,完成空分路由选通。
(3)数字时分程控交换网络:
分别由MT8980、CPLD、DSP等芯片构成三种不同实现方式的时分交换模块。
(4)除人工交换外,其它交换方式的实验需通过更换相应的实验模块来完成。
8.液晶键盘
由字符型液晶和薄膜键盘电路组成:
它们共同完成交换功能设置,和对话路交换状态的同步显示、话路时隙分配设置等功能。
9.电源供给
分别提供-12V、+5V、+12V、-48V、-5V、-24V、3.3V等直流电源。
其中前四组直流电源的通断,通过平台左上角的发光二极管指示。
10.接口电路
时分中继接口、数字光纤通信接口和计算机通信接口,分别完成数字时分局内通信、数字时分的局间通信与计算机的通信等功能。
三、实验内容及实验设备
1.小电话单机2部;
2.熟悉本实验平台的组成与结构;
3.熟悉各组成模块的构成元器件及其完成的作用。
四、实验步骤
1.在关电情况下,交换网络接口上插上“空分交换模块(MT8816)”。
2.打开实验箱右侧的总电源开关,电源输入电路加电,电源指示灯(左上角的LED发光二极管)亮。
3.按一下薄膜开关的“复位”键,系统复位一次,液晶显示“欢迎使用……”。
4.按“开始”键,进入菜单的主要工作状态选择,分“人工交换”,“空分MT8816”,……等多种工作方式。
具体设置说明请参见实验5。
5.选择空分交换方式“空分MT8816”,“空分”指示灯亮。
6.分别给电话A、B接上电话单机,正常呼叫。
注意液晶显示及其他一些指示灯的变化,熟悉信令程控交换与话音信号通信交换的全过程。
7.电话A默认电话号码为:
48,.电话B默认电话号码为:
49。
注:
本实验平台上的跳线开关K301、K401、K501、K601默认设置:
跳线1-2脚连。
五、实验报告要求
根据对实验的初步认识,对系统结构方框图做简要叙述。
实验2电话用户接口模块实验
一、实验目的
1.全面了解用户线接口电路功能(BORST)的作用及其实现方法;
2.通过对用户模块电路PBL38710电路的学习与实验,进一步加深对BORST功能的理解。
二、电路工作原理
(一)基础原理介绍
用户电路也可称为用户线接口电路(SubscriberLineInterfaceCircuit—SLIC)。
任何交换机都具有用户线接口电路。
根据用户电话机的不同类型,用户线接口电路(SLIC)分为模拟用户接口电路和数字用户接口电路两种。
模拟用户线接口电路在实现上的最大压力是应能承受馈电、铃流和外界干扰等高压大电流的冲击,过去都是采用晶体管、变压器(或混合线圈)、继电器等分立元件构成。
在实际中,基于实现和应用上的考虑,通常将BORSHCT功能中过压保护由外接元器件完成,编解码器部分另单成一体,集成为编解码器(CODEC),其余功能由集成模拟SLIC完成。
在程控交换机中,向用户馈电,向用户振铃等功能都是在绳路中实现的,馈电电压一般是-60V,用户的馈电电流一般是20mA~30mA,铃流是25Hz,90V左右,而在程控交换机中,由于交换网络处理的是数字信息,无法向用户馈电、振铃等,所以向用户馈电、振铃等任务就由用户线接口电路来承担完成,再加上其它一些要求,程控交换机中的用户线接口电路一般要具有馈电(B),振铃(R)、监视(S)、编译码(C)、混合(H)、测试(T)、过压保护(O)等七项基本功能。
图2-1为模拟用户线接口功能框图。
模拟用户线接口电路的功能可以归纳为BORSCHT七种功能,具体含义是:
(1)馈电(B-Batteryfeeling)向用户话机送直流电流。
通常要求馈电电压为-48伏或-24伏,环路电流不小于18mA.
(2)过压保护(O—Overvoltageprotection)防止过压过流冲击和损坏电路、设备。
(3)振铃控制(R—RingingControl)向用户话机馈送铃流,通常为25Hz/90Vrms正弦波。
(4)监视(S-Supervision)监视用户线的状态,检测话机摘机、挂机与拨号脉冲等信号以送往控制网络和交换网络。
(5)编解码与滤波(C-CODEC/Filter)在数字交换中,它完成模拟话音与数字码间的转换。
通常采用PCM编码器(Coder)与解码器(Decoder)来完成,,统称为CODEC。
相应的防混叠与平滑低通滤波器占有话路(300Hz-3400Hz)带宽,编码速率为64kb/s。
本功能将在实验6中详细介绍。
(6)混合(H—Hyhird)完成二线与四线的转换功能,即实现用户二线双向信号与发送,接收支路四线单向信号之间的连接。
过去这种功能由混合线圈实现,现在改为集成电路,因此称为“混合电路”。
本功能将在实验8中详细介绍。
(7)测试(T—Test)对用户电路进行测试。
铃流发生器
馈电电源
模拟
用户线
过压保护电路
测试开关
振铃继电器
馈电电路
混合电路
编码器解码器
低通
平衡网络
发送码流
接收码流
(编码信号)
a
b
测试总线
状态信号
振铃控制信号
PBL38710TP3057
图2-1模拟用户线接口功能框图
(二)用户电路组成原理
在本实验系统中,用户线接口电路选用的是PBL38710集成电路。
PBL38710是2/4线厚膜混合用户线接口电路。
它包含向用户话机恒流馈电、向被叫用户话机馈送铃流、用户摘机后自行截除铃流,摘挂机的检测及音频或脉冲信号的识别,用户线是否有话机的识别,语音信号的2/4线混合转换,外接振铃继电器驱动输出。
PBL38710用户电路的双向传输衰耗均为﹣1dB,供电电源为+5V和﹣5V,PBL38710还将输入的铃流信号放大以达到电话振铃工作的要求,即达到+75V的有效值。
其各项性能指标符合邮电部制定的有关标准。
(1)该电路的基本特性
1.向用户馈送铃流
2.向用户恒流馈电
3.过压过流保护
4.被叫用户摘机自截铃
5.摘挂机检测和LED显示
6.音频或脉冲拨号检测
7.振铃继电器驱动输出
8.语音信号的2/4线转换
9.能识别是否有话机
10.无需耦合变压器
(2)用户线接口电路主要功能
控制信号1
控制信号2
状态指示
语音发送支路
语音接收支路
振铃控制
内部电源稳压电路
输入控制译码
二/四
线
接
口
摘机检测
馈电与平衡电路
话音通道
传输
//
电话接口
图2-2PBL38710内部电路方框图
图2-2是PBL38710内部电路方框图。
图2-3是用户线接口电路电原理图。
图2-3中,1VT为电话接口电路发话端的铜铆孔接口,1VR为电话接口收话端的铜铆孔接口。
在电话收话端,从1VR过来的语音信号、拨号音(DialSignal)、忙音(BusySignal)和回铃音(EchoSignal)等信号在电子开关U306(CD4066)的控制下分时接通。
电子开关控制信号分别为SELA0、SELA1、SELA2和SELA3,高电平时对应的信号接通,低电平时对应的信号断开。
图2-3用户线接口电路电原理图
1.向用户话机供电,PBL38710可对用户话机提供恒流馈电,馈电电流由VBAT以及VDD供给。
当环路电阻为2KΩ时,馈电电流为18mA。
具体如下:
A供电电源VBAT采用-48V;
B在静态情况下(不振铃、不呼叫),-48V电源通过继电器静合接点至话机;
C在振铃时,-48V电源通过振铃支路经继电器动合接点至话机;
D用户挂机时,话机叉簧下压,馈电回路断开,回路无电流流过;
E用户摘机后,话机叉簧上升,接通馈电回路(在振铃时接通振铃支路)。
2.PBL38710内部具有过压保护的功能,可以抵抗保护TIPRING端口间的瞬时高压,如结合外部的热敏与压敏电阻保护电路,则可抵抗保护250V左右高压。
3.振铃电路可由外部的振铃继电器和用户电路内部的继电器驱动电路以及铃流电源向用户馈送铃流:
当继电器控制端(RC端)输入高电平,继电器驱动输出端(RD端)输出高电平,继电器接通,此时铃流源通过与振铃继电器连接的15端(RV端)经TIPRING端口向被叫用户馈送铃流。
当控制端(RC端)输入低电平或被叫用户摘机都可截除铃流。
用户电路内部提供一振铃继电器感应电压抑制箝位二极管。
4.监视用户线的状态变化即检测摘挂机信号,具体如下:
A用户挂机时,用户状态检测输出端输出高电平,以向CPU中央集中控制系统表示用户“闲”;
B用户摘机时,用户状态检测输出端输出低电平,以向CPU中央集中控制系统表示用户“忙”;
C用户若拨电话号码为脉冲拨号方式时,该用户状态输出端应能送出拨号数字脉冲。
回路断开时,送出低电平,回路接通时送出高电平(注:
本实验系统不选用脉冲拨号方式,只采用DTMF双音多频拨号方式);
5.在TIPRING端口间传输的语音信号为对地平衡的双向语音信号,在四线VR端与VX端传输的信号为收发分开的不平衡语音信号。
PBL38710可以进行TIPRING端口与四线VR端和VX端间语音信号的双向传输和2/4线混合转换。
6.PBL38710可以提供用户线短路保护:
TIP线与RING线间,TIP线与地间,RING线与地间的长时间的短路对器件都不会损坏。
7.PBL38710提供的双向语音信号的传输衰耗均为-40dB。
该传输衰耗可以通过PBL38710用户电路的内部调整,也可通过外部电路调整
8.PBL38710的四线端口可供语音信号编译码器或交换矩阵使用。
三、实验内容
1.查找芯片PBL38710的详细资料,了解其主要性能和特点。
2.熟悉用PBL38710组成的用户线接口电路。
1.打开实验箱右侧的总电源开关,电源输入电路加电,电源指示灯(左上角的LED发光二极管)亮;
2.电话A的J301接上电话单机;
3.用示波器分别观测TP301、TP302、TP303在摘挂机时的工作电平变化,具体如下:
TP301、TP302:
电话A用户的二线模拟线上测试点。
TP301接入PBL38710芯片的TIPX端;
TP302接入PBL38710芯片RINGX端;
注意此部分测试与其它地方不一样,示波器的地线夹子接其中一个测试点,探头接另外一个测试点。
此时,双踪示波器的另一个测试探头地线夹子不可接其它地线测试点(GND),因为示波器两探头的地线是连通在一起的;
TP303:
电话用户模块用户摘挂机工作状态测量点。
用户电话摘机时,输出低电平;
用户挂机时,输出高电平。
五、实验报告要求
1.画出本次实验的电路方框图,叙述其工作过程。
2.根据实验概括叙述用户接口电路的主要功能。
实验3电话用户信令的产生与观测实验
1.了解常用的几种信令信号音和铃流发生器的电路组成和工作过程;
2.熟悉这些信号音和铃流信号的技术要求及测量方法。
二、电路工作过程
在用户话机与交换机之间的用户线上,要沿两个方向传递语言信息。
但是,为了实现一次通话,还必须沿两个方向传送所需的控制信号。
比如,当用户想要通话时,必须首先向程控机提供一个信号,能让交换机识别并使之准备好有关设备,此外,还要把指明呼叫的目的地的信号发往交换机。
当用户想要结束通话时,也必须向电信局交换机提供一个信号,以释放通话期间所使用的设备。
除了用户要向交换机传送信号之外,还需要传送相反方向的信号,如交换机要向用户传送关于交换机设备状况,以及被叫用户状态的信号。
由此可见,一个完整电话通信系统,除了交换系统和传输系统外,还应有信令系统。
用户向电信局交换机发送的信号有用户状态信号(一般为直流信号)和号码信号(地址信号)。
交换机向用户发送的信号有各种可闻信号与振铃信号(铃流)两种。
A.各种可闻信号:
一般采用频率为500Hz的方波信号,例如:
拨号音:
(Dialtone)连续发送的500Hz信号。
回铃音:
(Echotone)1秒送,4秒断的5秒断续的500Hz信号。
忙音:
(busytone)0.35秒送,0.35秒断的0.7秒断续的500Hz信号。
B.振铃信号(铃流):
一般采用频率为25Hz,幅度为75V±
15V的交流电压,以1秒送,4秒断的5秒断续方式发送。
在本实验系统中,CPLD可编程器件EPM240用作程控交换系统的交换/控制模块与各种信号产生模块,简称信令信号产生单元。
其内部逻辑组成框图如图3-1所示。
EPM240在系统编程时,无需专门的编程器,器件安装在系统中后,用户可以在不改变电路结构或电路板硬件设置的情况下,不必拔出芯片即可为重构逻辑而对芯片进行编程或重新编程。
这将使设计修改更加方便,逻辑功能更加灵活,编程更加快捷。
通过对CPLD器件EMP240进行编程,产生程控交换所需各种用户信令信号的输出,加电即运行。
CPLD可编程器件输出的信令及控制信号(请参见图2-3用户线接口电路电原理图)
1.用户信令选择控制信号,如SELA0-3,SELB0-3,SELC0-3,SELD0-3。
2.拨号音信号(Dialsignal)
3.回铃音信号(Echosignal)
4.忙音信号(Busysignal)
5.铃流信号(Ringsignal)
6.振铃通断控制信号CA,CB,CC,CD
7.其它工作时钟及片选信号
摘挂机控制
记发器与信令处理器(U101)接口
PCM定时
主处理器与交换控制器(U103)接口
时分交换模块
(U202)控制与定时
信号音产生
话音、信号音
切换控制
图3-1CPLD可编程器件内部框图
关于信令信号的波形可见图3-2波形示意图:
由U01EPM240可编程器件产生,为1秒通、4秒断的重复周期为5秒的信号,幅度在1V左右。
测量为TP08。
测量时注意示波器的扫描周期的调节。
忙音:
由U01EPM240可编程器件产生,为0.35秒通,0.35秒断的重复周期为0.7S的500Hz的信号,幅度在1V左右。
测量点为TP09,测量时注意示波器的扫描周期的调节。
拨号音:
由U01EPM240可编程器件产生,频率为500Hz,幅度在1V左右。
测量点为TP10,测量时注意示波器的扫描周期的调节。
铃流音:
由U01芯片EPM240可编程器件产生的25Hz方波经RC积分电路后形成,它的测量点为TP11,测量时注意示波器的扫描周期的调节。
铃流信号送入PBL38710后,需要通过功率提升,向用户话机送出铃流,完成振铃。
各电话用户的振铃通断控制信号分别为CA、CB、CC、CD,在TP307可以测出CA,其他几个点和CA一样,省略了测量点。
0.35s
t
忙音
铃流信号
TP08
1s
2s
3s
4s
5s
6s
8s
9s
10s
11s
7s
回铃音
TP09
TP11
TP10
拨号音
图3-2各测量点波形图示意图
1.用示波器测量各测量点拨号音、忙音、回铃音及铃流控制信号的波形。
1.打开实验箱右侧电源开关,电源指示灯亮,系统工作,薄膜开关选择“人工交换”,具体设置说明请参见实验5;
2.调整好示波器状态,先分别测量TP08、TP09、TP10及TP11各测量点的波形,了解各点波形的特征;
3.下面我们将把上列CPLD产生的各信令信号波形与电话呼叫时具体信号音进行对比实验,让学生对这些信号特征有个感性的认识;
电话A、电话B分别接上电话单机。
4.摘下电话A,听电话听筒中传出的声音,即拨号音,对照测量TP303点波形(此时情况同TP10),记录并画出波形的示意图;
5.电话A拨号49,拨号音停,然后听电话听筒中传出的声音,即回铃音,对照测量TP303点波形(此时情况同TP08),记录并画出波形的示意图;
6.此时,电话B振铃响,此信号是由TP11的信号送到电话接口电路后经功率提升,在中央控制单元的控制下,铃流信号驱动电话B振铃(振铃信号功率较大,不要求测量)。
7.当电话A摘机后超过20秒无拨号、拨空号或电话B忙(已摘机)等,此时听电话A听筒中传出的声音,即忙音,对照测量TP303点波形(此时情况同TP09),记录并画出波形的示意图;
8.更换电话B进行实验,实验步骤与上同,对应的测试点为TP403。
注意:
TP303测试点上信号会因电话呼叫接续情况不同而不同。
电话B、C、D对应的测试点分别为:
TP403、TP503、TP604。
五、实验注意事项
1.此项实验必须要由两人合作完成。
2.此时只有信令的自动交换而没有信息的交换,所以实际上是不能通话的。
3.TP08、TP09、TP10、TP11所测波形,只是CPLD直接产生的或者经过积分的波形,不受电话呼叫接续的控制。
六、实验报告要求
1.认真画出实验过程各测量点波形。
2.对各测量点特性进行分析,熟悉他们之间的区别和各自的作用。
实验4双音多频(DTMF)接收与检测实验
1.观测电话机发送的DTMF信号波形;
2.了解电话号码双音多频信号在程控交换系统中的接收和检测方法;
3.熟悉该电路的组成结构及工作过程。
二、实验电路工作过程
DTMF接收器包括DTMF分组滤波器和DTMF译码器,其基本原理如图4-1所示。
DTMF接收器先经高、低群带通滤器进行fL/fH区分,然后过零检测、比较,得到相应于DTMF的两路fL、fH信号输出。
该两路信号经译码、锁存、缓冲,恢复成对应于16种DTMF信号音对的4比特二进制码(D1~D4)。
输入电路
高频组带通滤波器
过零
检测器
码
变
换
锁存与缓冲
低频组带通滤波器
信号输入
D1
D2
D3
D4
VDD
18
图4-1典型DTMF接收器原理框图
图4-2MT8870芯片管脚排列
在本实验系统电路中,DTMF接收器采用的是MT8870芯片。
图4-2为管脚排列图。
1.电路的基本特性
(1)提供DTMF信号分离滤波和译码功能,输出相应16种DTMF频率组合的4位
并行二进制码。
(2)可外接3.5795MHz晶体,与内含振荡器产生基准频率信号。
(3)具有抑制拨号音和模拟信号输入增益可调的能力。
(4)二进制码为三态输出。
(4)提供基准电压(VDD\2)输出。
(5)电源+5V
(6)功耗15mw
(7)工艺CMOS
(8)封装18引线双列直插
2.管脚简要说明
IN+,IN-运放同、反相输入端,模拟信号或DTMF信号从此端输入。
FB运放输出端,
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