程控交换机设计方案Word格式.docx

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为后续课程的学习、毕业设计乃至毕业后的工作打下一个良好的基础

1.2程控交换系统的介绍

数字程控交换机是数字电话网，移动电话网及综合业务数字网的关键设备，

在通信网中起着非常重要的作用。

1.3程控交换系统的整体设计方案

本程控交换系统主要由用户线接口电路，中心控制单元，交换网络以及相应的软件系统构成。

其整体的设计如下：

用户电路

CPU中央

处理单元

交换网络

实验系统原理框图

该系统的各模块功能如下:

（1）用户模块电路主要完成BORSCHT七种功能，它由下列电路组成：

①用户线接口电路

②二\四线变换器

③PCM编译码电路

（2）交换网络系统主要完成时分交换的功能，它由下列电路组成：

①时分交换网络系统

（3）多种信号音电路主要完成各种信号音的产生与发送，它由下列电路组成：

①450Hz数字拨号音电路

②忙音发生电路

③回铃音发生电路

④25Hz振铃信号电路

（4）CPU中央集中控制处理器电路主要完成对系统电路的各种控制，信号检测，号码识别，输出显示信息等各种功能：

①液晶显示电路：

显示主叫方电话号码及通话时间。

②双音多频DTMF接收检测电路：

把MT8870输出的DTMF四位二进制信号，接收存贮后再送给CPU中央集中控制处理系统。

③用户状态检测电路：

主要识别主、被叫用户的摘挂机状态，送给CPU进行处理。

④信号音控制电路：

它完全按照CPU发出的指令进行操作，使各种信号音按照系统程序进行工作。

⑤振铃控制电路：

它也是按照CPU发出的指令进行工作。

第二章程控交换的硬件系统

1．用户接口电路的作用

在现代电话通信设备与程控交换机中，由于交换网络不能通过铃流、馈电等电流，因而将过去在公用设备（如绳路）实现的一些用户功能放到“用户电路”来完成。

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。

2.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-48V，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/75Vrms正弦波。

模拟用户线接口功能见图2-1。

（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，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，统称为编译码器（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。

（6）混合（H-Hybrid）：

完成二线与四线的转换功能，即实现模拟二线双向信号与PCM发送、接收数字四线单向信号之间的连接。

过去这种功能由混合线圈实现，现在改为集成电路实现，因此称为“混合电路”。

（7）测试（T-Test）：

对用户电路进行测试。

模拟用户线接口功能框

3.为了实现以上的功能，我们选用的是Legerity公司的AM79R70，它除了具有国际电信联盟组织CCITT为数字程控交换机模拟用户接口所规定的7项功能中的6项即B（馈电）、O（过压保护）、R（振铃控制）、S（监测）、H（混合）、T（测试）之外，还具有电流限制、挂机传输、极性反转、TIP开路和环路检测等功能,而编解码由编解码芯片TP3067来完成。

4．用户接口电路的电路原理图

本实验系统共有四个用户线接口电路，电路的组成与工作过程均相同，因此只对其中的一路进行分析。

图是用户1用户线接口电路的电路原理图。

用户线接口电路原理图

5．PCM编译码器

模拟信号经过编译码器时，在编码电路中，它要经过取样、量化、编码

在本实验系统的PCM编译码电路中的器件为美国国家半导体公司的TP3067。

图3-2是它的管脚排列图。

图3-2TP3067管脚排列图

1.单片机控制系统

针对交换机的功能要求，进行了可能性论证及系统的设计。

控制系统stc89c52单片机作为核心。

该单片机数MCS-51的改进型，是一种内置4KFLASHROM,大大简化单片机系统的结构。

译码器采用TEL公司的MT8870DTMF接收器，用于接收电话的号码以及处理分机切换。

1.1电话摘机检测电路

电话摘机检测电路所示，由三极管BG1，电阻R1，R2，R3，电容C1以光耦IC1组成，当电话处于挂机是其显高阻状态，R1没有电流流过，BG1为截至状态，电路输出为高电平。

但电话机摘机后，其为低阻状态，电路输出为低电平P1.0-P1.3,使得单片机可以判断4个电话分机的摘，挂机状态。

1.2振铃检测电路

振铃检测电路由整流桥D1，电阻R4，电容C1，稳压二极管D2以及光耦IC2等组成。

通过以下电路就可以将模拟的振铃信号装换为数字的脉冲信号，送单片机以判断是否有振铃信号。

1.3铃流电流

铃流用于对分机电话呼叫，铃流dialup由25hz振荡器，秒振荡器以及控制使能等组成。

1.4内部通话馈电电路

内部通话馈电电路实在分机间通话时，由于不能使用电话线的馈电而设置。

2.双音多频检测电路

本模块电路中，DTMF接收器采用MT8870芯片。

DTMF接收器包括DTMF分组滤波器和DTMF译码器，双音多频电路图如图所示。

电话单机拨号时产生DTMF信号对（按键声），DTMF信号对先经高、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2路低频fL、高频fH信号输出。

该2路信号经译码、锁存、缓冲，恢复成对应于16种DTMF信号音对的4bit二进制码（D01～D04）。

通过外接3．5795MHz晶体，与内含振荡器产生基准频率信号。

通过对ECO

初始控制输出的检测来识别双音多频信号，若电路检测出一可识别的单音对，此端即变为高电平，若无输入信号或连续失真，则ECO返回至低电平。

与此同时ECO

通过外接Ｒ328向C315充电，得到控制输入CI/GT，若此输入电压高于门限值VTSt，则电路将接收DTMF单音对，并锁存相应码字于输出，若输入电压低于VTSt，则电路不接收新的单音对。

另外，CI信号经形成和延时，从延迟控制输出CID端输出，提供一选通脉冲，表明该码字已被接收和输出已被更新，若CI超过VTSt，输出锁存器被更新，则CID为高电平，若积分电压降到门限VTst以下，CID也回到低电平。

时分交换的基本组成是一个话音存储器和一个控制存储器。

话音存储器是暂时存储输入数字信号。

如果是一条输入线只需要一个32X8的RAM存储器。

而现在专用的交换芯片（如MT8980）一般有8条2.048Kb/s输入线和8条输出线。

它们内部的话音存储器的容量是256×

8。

控制存储器是用来寄存话音时隙的地址。

话音存储器有两种工作方式，一种是时钟写入，控制读出。

另一种是控制写入，时钟读出。

MT8980的功能框图如图5所示，它是集成度较高的数字交换电路，可用于中、小型程控用户数字交换。

MT8980是加拿大MITEL公司的数字交换矩阵芯片。

（1）它的主要特点是：

①MITEL串行总线（ST-BUS）

②8×

32时隙输入

③8×

32时隙输出

④256个用户的无阻塞交换

⑤单电源（+5V）供电

⑥30mW的低功耗

⑦微处理器的接口

⑧三态串行输出

这个大规模集成电路是为PCM的语音或者数据交换设计的。

可用在交换机中。

它共联接256个64kbps通道。

8个串行输入均由32个64kbps组成，即形成一个2.048Mbps串行总线码流。

另外，MT8980对串行总线的时隙可以进行读写，因此可以用这种方式进行串行通信。

（2）管脚说明（管脚顶视图如图7-3所示）：

MT8980的管脚图

MT8980的功能框图

第三章程控交换的软件系统

3.1软件实现流程

1．时分交换单片机控制模块的控制原理,如图。

（1）时分交换控制模块主要完成以下功能：

控制接续、环路检测、振铃控制、双音多频收号。

（2）控制接续主要完成以下功能：

送各种信号音（如拨号音、忙音、回铃音）、停信号音和实现两个电话的接续与断开。

（3）环路检测主要是检测电话的环路状态，然后通过软件来判断电话的摘挂机。

（4）振铃控制主要完成给被叫送振铃。

（5）双音多频收号主要是接收收号电路（双音多频收号器）送来的电话号码。

PCM输出总线

PCM输入总线

话音

存储器

控制

接续地址控制

接续数据控制

时分交换单片机控制原理

2．控制模块各端口地址

控制模块主要是由单片机和两片8255组成；

U10（8255）的A口地址为＃FAF0，B口为＃FAF1，C口为＃FAF2，控制字口为＃FAF3。

U21（8255）的A口地址为＃F6F0，B口为＃F6F1，C口为＃F6F2，控制字口为＃F6F3。

下面对各扩展端口的作用作详细的说明：

（1）U10的B口。

其地址为＃FAF1，它的作用是发出振铃控制命令，B口有8个数据输出信号线，依次是PB7、PB6、PB5、PB4、PB3、PB2、PB1、PB0，其中低四位用来对四个用户发出振铃控制命令，并且是一一对应的，PB0控制用户1，PB1控制用户2，PB2控制用户3，PB3控制用户4，高四位未用，比如要使用户1振铃，只需向＃FAF1（U10的B口）送＃01H即可。

（2）U10的C口。

其地址为＃FAF2，它的作用是读取双音多频收号器送来的电话号码，C口也有8个数据输入信号线，依次是PC7、PC6、PC5、PC4、PC3、PC2、PC1、PC0，其中低四位PC3、PC2、PC1、PC0为4bit电话号码的输入口，PC4是STD信号的输入口，用户是否有拨号就是通过STD信号来判断。

当用户拨号码时，STD为低电平；

无拨号时，STD为高电平，以此来读取电话号码。

（3）U21的C口。

其地址为＃F6F2，它的作用是读取四部电话的环路状态，C口有8个数据输入信号线，依次是PC7、PC6、PC5、PC4、PC3、PC2、PC1、PC0，其中低四位PC3、PC2、PC1、PC0为四个用户环路状态输入口，并且是一一对应的，PC3对应用户4，PC2对应用户3，PC1对应用户2，PC0对应用户1。

“1”为环路断开（即电话挂机）；

“0”为环路闭合（即电话摘机），然后通过程序处理来判断四用户的摘挂机状态。

（4）U10的A口。

其地址为＃FAF0，它的作用是控制MT8980的地址线。

A口有8个数据输出信号线，依次为PA7、PA6、PA5、PA4、PA3、PA2、PA1、PA0，其中PA5、PA4、PA3、PA2、PA1、PA0接MT8980的地址

线，并且一一对应，PA5对应MT8980的A5，PA4对应MT8980的A4，PA3对应MT8980的A3，PA2对应MT8980的A2，PA1对应MT8980的A1，PA0对应MT8980的A0。

（5）U21的A口。

其地址为＃F6F0，它的作用是控制MT8980的数据线。

A口有8个数据输出信号线，依次为PA7、PA6、PA5、PA4、PA3、PA2、PA1、PA0，它们都与MT8980的数据线相连，并且一一对应，PA7对应MT8980的A7，PA6对应MT8980的A6，PA5对应MT8980的A5，PA4对应MT8980的A4，PA3对应MT8980的A3，PA2对应MT8980的A2，PA1对应MT8980的A1，PA0对应MT8980的A0。

中央控制器对U10的A口和U21的A口的共同控制来实现对MT8980的接续控制（详细的控制方法可查阅MT8980的相关资料）。

对MT8980的其它控制线（如DS、／CS、R／W）的控制已由相关的硬件电路完成，这里不在赘

开始

有用户呼叫吗？

去话接续

YES

NO

呼叫

向主叫送拨号音

第一位号码来了吗？

拨号开始

停送拨号音，收存号码

内部处理

被叫闲吗？

向主叫送忙音

来话接续

向被叫送铃音，向主叫送回铃音

被叫应答吗？

YES

停送铃流，回铃音，接通电路

话端挂机吗？

主叫挂机吗？

拆线（释放复原）

应答

挂机

程序工作流程示意图

3.2程序的部分代码

（1）初始化程序（主要完成对8255和MT8980的初始化）

#include<

absacc.h>

reg51.h>

#defineucharunsignedchar

//以下定义U10的地址

#defineCOM8255AXBYTE[0xfaf3]

#definePA8255AXBYTE[0xfaf0]

#definePB8255AXBYTE[0xfaf1]

#definePC8255AXBYTE[0xfaf2]

//定义U21的地址

#defineCOM8255BXBYTE[0xf6f3]

#definePA8255BXBYTE[0xf6f0]

#definePB8255BXBYTE[0xf6f1]

#definePC8255BXBYTE[0xf6f2]

main

{

uchari;

COM8255A=0x89;

//初始化8255A

COM8255B=0x89;

//初始化8255B

//初始化8980

for（i=0x20;

i<

0x40;

i++）//初始化8980

PA8255A=0x00;

PA8255B=0x18;

PA8255A=i;

PA8255B=0x01;

}

PA8255B=0x10;

PA8255A=0x21;

PA8255B=0x0a;

PA8255A=0x22;

PA8255A=0x23;

PA8255A=0x24;

PA8255A=0x25;

PA8255A=0x26;

//完成初始化8980

}

本实验系统时隙分配：

用户1的接收和发送都是第1时隙。

用户2的接收和发送都是第2时隙。

用户3的接收和发送都是第3时隙。

用户4的接收和发送都是第4时隙。

外线接口用户的接收和发送都是第5时隙。

外输入音频信号占用第6发送时隙。

双音多频收号器占用第6接收时隙。

拨号音占用第7发送时隙。

忙音占用第8发送时隙。

回铃音占用第9发送时隙。

其它时隙都为空时隙。

（2）用户3送忙音（拨号音、回铃音的实现方法同忙音）

因为忙音占用第8发送时隙（拨号音占用第7发送时隙，回铃音占用第9发送时隙），而用户3占用第3接收时隙，为了让用户3能听到忙音，就是要控制时分交换网络将第8时隙交换到第3时隙。

参考程序如下：

PA8255A=0x23;

PA8255B=0x08;

//给用户三送忙音

（3）用户1和用户4通话

因为用户1占用第1发送时隙和第1接受时隙，而用户4占用第4发送时隙和第4接收时隙，为了让用户1能听到用户4的话音，就是要控制时分交换网络将第4时隙交换到第1时隙。

同理，为了让用户4能听到用户1的话音，就是要控制时分交换网络将第1时隙交换到第4时隙。

PA8255B=0x04;

//把被叫信息送给主叫

//把主叫信息送给被叫

（4）双音多频收号器接收用户4的双音多频信号和CPU读取号码

因为双音多频接收器占用第6接收时隙，而用户4占用第4发送时隙，为了让用户4发出的双音多频信号送入双音多频收号器中，就要控制时分交换网络将第4时隙交换到第6时隙。

而双音多频收号器将收到的双音多频信号译成二进制代码送入U10（8255）的C口，此时需要CPU从该端口把所拨号码读入。

//用户四占用DTMF

temp=PC8255A&

0x0F;

//读取号码

这次设计方案是培养我综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

方案设计，一方面是为了检查我一个学期来我学习的成果，另一方面也是为了让我进一步的掌握和运用它，同时也让我认清自己的不足之处和薄弱环节，加以弥补和加强。

通过方案设计，使我加强对程控交换机的理解，让我学会了查寻资料、数据配置等环节。

进一步提高了我分析解决实际问题的能力，为我创造了一个动脑动手，锻炼分析。

解决程控交换机技术问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化，加深对基本原理的了解增强了我的实际能力。