《程控交换技术》实验指导书.docx
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《程控交换技术》实验指导书
《程控交换技术》
实验指导书
桂林理工大学博文管理学院
信息工程学院
目录
RZ8681现代通信实验平台介绍2
实验1电话用户接口模块实验3
实验2电话用户信令的产生与观测实验8
实验3双音多频(DTMF)接收与检测实验12
实验4呼叫处理与线路信号的传输过程实验17
实验5时分交换(MT8980)实验20
RZ8681现代通信实验平台介绍
RZ8681现代通信技术配备的“程控交换模块”能完成基本的空分时分交换原理与开发实验,模块内置两路(左上角号码为48、左下角为号码为49)、呼叫接续控制单元(AVR单片机)、时分交换单元(MT8980)、空分交换单元(MC4066)、时分中继单元(CPLD)、时分交换开发单元(AT89C51)组成。
电话接口单元,完成电话接口的七大功能:
馈电、过压保护、二四线变换、振铃、摘挂机检测、双音多频检测、PCM编译码;
呼叫接续控制单元(AVR单片机):
判别话机状态,根据主被叫话机所处状态确定给话机送不同信号音(拔号音、忙音、回铃音、催挂音、振铃),及给交换单元送接续成功的交换命令;
时分交换单元(MT8980):
MT8980是一个顺序输入控制输出的T型接线器,能根据交换命令实现时分交换;
空分交换单元(MC4066):
空分交换实际上是由模拟开关组面的交换矩阵,这里用的是MC4066;
时分中继单元(CPLD):
时分中继是将多路PCM数据和信令数据时分复用后在一条线路上传输,本模块的CPLD完成时分复用时分交换等功能;
时分交换开发单元(AT89C51)组成:
AT89C51完成时分T型接线器MT8980的交换控制,在原理实验时接收AVR单片机交换命令,通过对MT8980接续寄存器和控制寄存器的写命令实现时分交换;在开发实验时,接收AVR发来的学生开发程序并存于其外部RAM中,通过控制命令运行并验证开发程序。
实验1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PBL38614电路学习与实验,进一步加深对BORST功能的理解。
二、实验仪器
1.程控交换实验模块(包含四个子模块),位号:
EFHI
2.20M双踪示波器1台
三、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1-1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。
用户线
状态信号
测试总线
振铃控制信号
PBL38614TP3057
图1-1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PBL38614集成电路。
PBL38614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。
PBL38614用户电路的双向传输衰耗均为﹣1dB,供电电源为+5V和﹣5V,PBL38614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
图1-2PBL38614内部电路方框图
图1-2是PBL38614内部电路方框图。
图1-3是用户线接口电路电原理图。
图1-3中,TP01、TP02为二线信号测试点,TP05是四线发信号,TP06是四线收信号,TP03是摘机信号测试点低电平有效,TP04为振铃控制信号测试点高电平有效。
信号音和语音接通与否由电子开关U05(CD4066)控制。
电子开关控制信号分别为SELA0、SELA1,高电平时对应的信号接通,低电平时对应的信号断开。
图1-3用户线接口电路电原理图
1.PBL38614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。
2.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);
3.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。
PBL38614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。
4.PBL38614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。
5.PBL38614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PBL38614用户电路的内部调整,也可通过外部电路调整
6.PBL38614的四线端口可供语音信号编译码器或交换矩阵使用。
四、实验内容及说明
1.查找芯片PBL38614的详细资料,了解其主要性能和特点。
2.熟悉用PBL38614组成的用户线接口电路。
3.测量点说明:
TP01:
PBL38614芯片的二线信号发送端;
TP02:
PBL38614芯片的二线信号接收端。
五、实验步骤
1.打开实验箱右侧的总电源开关,程控交换实验模块(包含四个子模块);
2.实验平台大底板上的“用户电话A”接上电话单机;
3.电话摘机,并按键或讲话;
4.用示波器分别观测TP01、TP02、TP03、TP04,TP05、TP06,具体如下:
TP01、TP02:
电话A用户的二线模拟线上测试点。
TP01接入PBL38614芯片的TIPX端;TP02接入PBL38614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;
六、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.通过测试说明二线信号和四线信号区别;
3.根据实验概括叙述用户接口电路的主要功能。
实验2电话用户信令的产生与观测实验
一、实验目的
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、实验仪器
1.程控交换实验模块(包含四个子模块),位号:
EFHI
2.20M双踪示波器1台
三、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2-1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1-3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。
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
主处理器(7U05)接口
摘挂机控制
PCM定时
时分交换模块
(7U06)控制与定时
话音、信号音
切换控制
信号音产生
图2-1CPLD可编程器件内部框图
关于信令信号的波形可见图2-2波形示意图:
拨号音:
由U21EPM570可编程器件产生,频率为500Hz,幅度在1V左右。
测量点为“拨号音”,测量时注意示波器的扫描周期的调节。
忙音:
由U21EPM570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“忙音”,测量时注意示波器的扫描周期的调节。
回铃音:
由U21EPM570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“回铃音”。
测量时注意示波器的扫描周期的调节。
振铃音:
由U21EPM570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“振铃音”,测量时注意示波器的扫描周期的调节。
0
0
图2-2各测量点波形图示意图
四、实验内容及说明
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。
五、实验步骤
1.打开实验箱右侧的总电源开关,程控交换实验模块(包含四个子模块);
2.调整好示波器状态,先分别测量拨号音、忙音、回铃音及振铃各测量点的波形,了解各点波形的特征;
3.在实验模块上接上电话A和电话B。
4.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;
5.电话A摘机,听电话听筒中传出的声音,即拨号音,对照测量1VR点波形(此时情况同拔号音),记录并画出波形的示意图;
7.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TP06点波形(此时情况同回铃音),记录并画出波形的示意图;
8.此时,电话B端的振铃指示灯开始闪烁,此信号振铃信号功率较大,不要求测量;
9.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1VR点波形(此时情况同忙音),记录并画出波形的示意图;
10.更换电话B进行实验,实验步骤与上同,对应的测试点为2VR。
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。
3.思考在CPLD中产生上述信号的方法。
实验3双音多频(DTMF)接收与检测实验
一、实验目的
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、实验仪器
1.程控交换实验模块(包含四个子模块),位号:
EFHI
2.20M双踪示波器1台
三、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3-1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)。
VDD
18
图3-1典型DTMF接收器原理框图
图3-2MT8870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3-2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,外接反馈电阻可调节输入放大器的增益。
VREF基准电压输出。
IC内部连接端,应接地。
OSC1,OSC0振荡器输入、输出端,两端外接3.5795MHz晶体。
EN数据输出允许端,若为高电平输入,即允许D01~D04输出,若为低电平输入,则禁止D01~D04输出。
D01~D04数据输出,它是相应于16种DTMF信号(高,低单音组合)的4位
二进制并行码,为三态缓冲输出。
CI\GT控制输入,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。
EC0初始控制输出,若电路检测出一可识别的单音对,则此端即变为高
电平,若无输入信号或连续失真,则EC0返回低电平。
CID延迟控制输出,当一有效单音对被接收,CI超过VTSt,输出锁存器
被更新,则CID为高电平,若CI低于VTSt,则CID返至低电平。
VDD接正电源,通常接+5V。
VSS接负电源,通常接地。
3.电路的基本工作原理
它完成典型DTMF接收器的主要功能:
输入信号的高,低频组带通滤波、限幅、频率检测与确认、译码、锁存与缓冲输出及振荡,监测等,具体说来,就是DTMF信号从芯片的输入端输入,经过输入运放和拨号音抑制滤波器进行滤波后,分两路分别进入高,低频组滤波器以分离检测出高、低频组信号。
如果高,低频组信号同时被检测出来,便在EC0输出高电平作为有效检测DTMF信号的标志;如果DTMF信号消失,则EC0即返至低电平,与此同时,EC0通过外接R向C充电,得到CI,GT。
若经tGTP延时后,CI、GT电压高于门限值VTst时,产生内部标志,这样,该电路在出现EC0标志时,将证实后的两单音送往译码器,变成4比特码字并送到输出锁存器,而CI标志出现时,则该码字送到三态输出端D01~D04,另外,CI信号经形成和延时,从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,如若积分电压降到门限VTst以下,使CID也回到低电平。
MT8870的译码表见3-1所示,图3-3为双音多频实验系统的电原理框图。
其中,数据输出允许端EN测量点为EN。
表3-1MT8870译码表
fL(Hz)
fH(Hz)
NO.
EN
D04
D03
D02
D01
697
1209
1
H
L
L
L
H
697
1336
2
H
L
L
H
L
697
1477
3
H
L
L
H
H
770
1209
4
H
L
H
L
L
770
1336
5
H
L
H
L
H
770
1477
6
H
L
H
H
L
852
1209
7
H
L
H
H
H
852
1336
8
H
H
L
L
L
852
1477
9
H
H
L
L
H
941
1336
0
H
H
L
H
L
941
1209
*
H
H
L
H
H
941
1477
#
H
H
H
L
L
697
1633
A
H
H
H
L
H
770
1633
B
H
H
H
H
L
852
1633
C
H
H
H
H
H
941
1633
D
H
L
L
L
L
L
Z
Z
Z
Z
需要指出,本实验系统采用一片MT8870芯片对两路用户电路进行号码检测接入(资源共享方式),为了不影响电路的正常工作,则由模拟开关来接通或断开DTMF信号,模拟开关的第二个作用是它对非拨号状态下的话音信号进行隔离,阻止话音信号进入MT8870芯片,防止误动作的发生。
在实际应用中,一片MT8870可以至多接入检测16路用户电路的DTMF信号,此时,采取排队等待方式进行工作。
当然,在具体设计这方面的电路时,可要全面考虑电路的设计,使之能正常工作而不出现漏检测现象。
图3-3双音多频实验系统的电原理框
四、实验内容及说明
1.用示波器观察并测量发送DTMF信号的波形。
2.用示波器观察DTMF接收器译码数据输出允许端EN的测量点,拨号时注意其相应允许端的电平变化。
3.测量点说明:
TP13:
DTMF接收器译码数据输出允许端EN的信号,高电平有效;
TP05铆孔:
A路电话双音多频信号输出;
TP09铆孔:
B路电话双音多频信号输出。
五、实验步骤
1.打开实验箱右侧的总电源开关,程控交换实验模块(包含四个子模块);
2.将示波器一通道放在1VT连接铆孔上,即测量发送的DTMF信号的波形;另一通道放在EN上,即测量DTMF接收器译码数据输出允许端EN的信号波形(注意需选择DC直流档和2V档;只有正常摘机拨号时,MT8870才工作);
3.将电话A用户摘机,听到拨号音后开始拨打对方号码,即按49键,拨号时注意EN波形的电平变化(即通知系统中的记发器模块接收DTMF系统输出的译码数据);
4.此时,电话B端的振铃指示灯开始闪烁,B路摘机;
5.拨电话A上的任意键,此时注意观察1VT连接铆孔的波形,即电话A发送的DTMF信号的波形(此时EN的波形应始终为低电平);
6.长按电话A的“1”键不放,调整好示波器,观察1VT连接铆孔的波形,即两个不同频率的正弦波的叠加波形(具体参数可见表3-1MT8870译码表);
六、实验报告要求
1.分析并叙述电话号码双音多频信号频率组成和工作原理。
2.了解DTMF接收器的工作原理,画出其原理框图,简要叙述工作过程。
实验4呼叫处理与线路信号的传输过程实验
一、实验目的
1.熟悉一次正常呼叫的传送信号流程;
2.了解信号在交换过程中的传输特性。
二、实验仪器
1.程控交换实验模块(包含四个子模块),位号:
EFHI
2.20M双踪示波器1台
三、信号工作流程
图5-1为一次正常呼叫传送信号流程图,图5-2是一次正常呼叫状态分析图。
图5-1一次正常呼叫传送信号的流程图
图5-2一次正常呼叫状态分析图
四、实验内容及说明
1.根据一次正常呼叫的传送信号流程,测量线路有关测量点波形。
2.了解在交换过程中各种信号流程。
3.测量点说明:
1VT:
电话A发送的话音信号;
DETA:
电话A摘挂机检测信号;
EN:
DTMF接收器译码数据输出允许端EN的信号,高电平有效;
五、实验步骤
1.打开实验箱右侧的总电源开关,程控交换实验模块(包含四个子模块);
2.电话A摘机,此时主叫摘机信号(DETA)通知记发器单元做好呼叫通话的一切准备,用户接口电路给电话A送上
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- 程控交换技术 程控 交换 技术 实验 指导书