09级电信本程控交换原理实验系统指导书.docx

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09级电信本程控交换原理实验系统指导书

实验四多种信号音及铃流信号发生器实验

一．实验目的

1．了解电话通信中常用的几种信号和铃流信号的电路组成与产生方法。

2．熟悉这些音信号在传送过程中的技术要求和实现方法。

二．预习要求

预习有关拨号音、忙音、回铃音、铃流等有关内容。

三．实验仪器

1．程控交换实验箱一台

2．电话单机二台

3．20MHz示波器一台

四．实验原理

1．用户信号系统

我们知道，在用户话机与电信局的交换机之间的线路上，要沿两个方向传递语言信息。

但是，为了接通一个电话，除了上述情况外，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（被叫）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，一个完整的电话通信系统，除了交换系统和传输系统外，还应有信号系统。

普通电话信号是目前各种终端信令中最为简单的一种，话机发出的信令以直流电流的通断表示，交换机产生的则主要是各种音频频率的正弦波。

2．信令定义

摘机：

话机发出的请求通信的命令。

挂机：

由话机发出，表示话机已结束或放弃通信。

拨号音：

由交换机发出，促请话机用户输入被叫话机的号码。

忙音：

由交换机发出，通知主叫用户通信网络或被叫话机目前正忙。

拨号：

话机发出的被叫话机的号码，供通信网接续话路时使用。

回铃音：

由交换机发出，提示主叫用户被叫话机正处于振铃状态。

振铃：

由交换机发出，供被叫话机发出铃声，促请用户应答。

3．信令编码

摘机：

环线直流电流由开路变为导通。

挂机：

环线直流电流由导通变为开路。

拨号音：

持续的450Hz的正弦波。

忙音：

450Hz的正弦波，每导通0.35秒后间断0.35秒。

拨号：

采用双音多频拨号方式，即DTMF=（DualToneMultifrequency）。

回铃音：

450Hz的正弦波，每导通1秒后间断4秒。

振铃：

25Hz的正弦波，每导通1秒后间断4秒。

在呼叫建立过程中，交换机应向主叫用户发送各种信号音，以使用户能了解连续进展情况和下一步应采取的操作。

下面是本实验系统的传送信号流程，见图4-1所示。

用户线

用户线

被叫用户

主叫用户

呼叫信号

摘机

拨号音信号

号码信号

振铃信号

回铃音信号

应答信号

话音信号

通信建立

摘机

挂机（先挂方）

忙音信号

挂机信号

挂机

（用户线信号）

图4-1本实验系统传送信号流程图

4．拨号音及产生电路

主叫用户摘机，CPU检测到该用户有摘机状态后，立即送出声音信号，表示可以拨号，当CPU中央处理单元收到第一个拨号脉冲后，立即切断该声音信号，该声音信号就叫拨号音。

拨号音用连续的信号音，在本实验系统中是采用频率为400Hz~450Hz，幅度在1.0V左右的正弦波，图4-2是该电路的原理图。

图4-2450Hz拨号音电路原理图

5．回铃音及控制电路

回铃音信号由CPU中央处理单元控制送出，通知主叫用户正在对被叫用户振铃，回铃音信号所用频率也同拨号音频率，断续周期为1秒通，4秒断，与振铃一致。

各国所用的断续周期不同，如日本为1秒断2秒续，重复周期为3秒。

美国和加拿大为2秒续，4秒断，重复周期为6秒。

我国采用4秒断，1秒续的5秒周期信号。

因此在本实验系统中采用大约4秒断，1秒续的重复周期为5秒信号，图4-3是该电路的原理图。

图4-3回铃音控制电路原理图

6．忙音及控制电路

忙音表示用户处于忙状态，此时用户应挂机，等一会再重新呼叫。

在本实验系统中采用大约0.35秒断，0.35秒续的400Hz~450Hz的信号，图4-4是该电路的原理图。

图4-4忙音控制电路原理图

7．铃流信号发生电路

铃流信号的作用是交换机向被叫用户发出，作为呼入信号，一般采用低频电流，如频率有16.6Hz、25Hz、33.3Hz等几种。

它的断续周期同回铃音信号相同，因此，在本实验系统中采用大约1秒通、4秒断的断续信号。

图4-5是该电路的原理图。

图4-525Hz铃流发生电原理图

上述四种信号在本实验系统中均有具体电路实现，然而在程控交换机中，信号音还不止上述几种，在此作一简单介绍，不作实验要求。

8．各测试点的波形

8.1拨号音测量点为TP60；

8.2回铃音测量点为TP61；

8.3忙音测量点为TP62；

8.4铃流原始信号测量点为TP63；

8.5铃流信号测量点为TP1A、TP2A、TP3A、TP4A（必须在电话振铃时）。

TP60

f=400~450Hz，VPP≈1.0V

TP61

4S

1S

TP62

0.35S

0.35S

TP63

f=22~28Hz，VPP≈2.5V

TP1A

f=22~28Hz，VPP≈48V

图4-6各测量点的波形图

9．数字信号音的产生

众所周知，在数字程控交换机中直接进行交换的是PCM数字信息，在这样的情况下如何使用户接收到信号音（如拨号音、回铃音、忙音等）是一个重要的问题。

因为模拟电路产生的信号音是不能通过PCM交换系统的，这就要求设计一个数字信号音发生器，使之能向交换网络输出这样一些PCM数字信息，这些数字信息经过非线性译码后能成为一个我们所需的模拟信号音。

9.1传统方式产生数字音信号

电路见图4-7，可知，这是一种常见的PCM编码方式，400Hz~450Hz的正弦信号由硬件电路实现，再经过PCM编码器电路后，就可输出音信号的PCM数字码流了，经过数字交换网络后，再进行D/A变换还原成正弦信号送往用户电路即可。

450HZ正弦

量化及非

线性编码

取

样

450HZ正弦

信号发生器

信号发生器

图4-7传统方式产生音信号电原理图

9.2数字电路产生数字音信号

图4-8是大约450Hz正弦波信号一个周期取样示意图，图4-9是数字电路产生音信号的原理框图。

图4-8450Hz正弦波信号取样示意图

图4-9数字信号音产生电路原理图

由此可见，我们只要对正弦信号在理论上以每隔125μs取样一次，并将取样所得的正弦信号幅度按照A律十三折线非线性编码的规律进行计算，变成二进制编码，然后把这些二进制码存贮在EEPROM中，只要每隔125μs对它读出一次即可得到PCM数字信息码流。

（注意：

TP3067编码输出时，偶数位取反，例如+2.5V的电压编码输入应为11111111，而TP3067输出为10101010。

）

五．实验内容

1．用示波器测量拨号音，忙音、回铃音及铃流信号的各测量点波形，即测量点TP60、TP61、TP62、TP63以及TP1A、TP2A、TP3A、TP4A。

六．实验步骤

1．接上交流电源线。

2．将K11~K14、K21~K24、K31~K34、K41~K44拨向下边；K70~K75拨向下边；K60~K63拨向下边。

3．先打开“交流开关”，指示发光二极管亮后，再分别按下直流输出开关J8、J9，此时实验箱上的五组电源已供电，各自发光二极管亮。

4．按“复位”键进行一次上电复位，此时，CPU已对系统进行初始化处理，显示电路循环显示“P”，即可进行实验。

5．用示波器测量TP60、TP61、TP62、TP63各点波形。

400H~450HZ

TP60

TP61

4秒

1秒

TP62

0.35秒

0.35秒

TP63

图4-10

22HZ~28HZ

6．用户1、用户3接上电话单机，用户1呼叫用户3，在呼叫过程中观察TP12的波形。

6.1用双踪示波器观察TP12的波形和TP60的波形，用户1摘机后听到拨号音。

即TP12与TP60的波形一样为连续的450Hz的正弦波信号。

6.2用户1拨完被叫电话号码“88”后听到回铃音时，用双踪示波器观察TP12的波形和TP61的波形。

可观察到TP12与TP61的波形一样为1秒通，4秒断的断续信号。

6.3用户3振铃时，用双踪示波器观察TP3A的波形和TP63的波形。

即当用户3振铃时，TP3A与TP63的波形一样，只是幅值比TP63大；不振铃时，TP3A无波形。

6.4用户3摘机通话后，用户3先挂机，此时用户1听到忙音，用双踪示波器观察TP12的波形和TP62的波形。

可观察到TP12与TP62的波形一样为0.35秒通，0.35秒断的断续信号。

七．注意事项

1．此项实验必须要由两人合作完成。

2．在测量25Hz的铃流信号发生器输出的波形时，一定要注意示波器的电压量程档。

八．实验报告

1．认真画出实验过程各测量点波形，并进行分析。

2．画出电路组成框图。

3．在实验过程中遇到的其它情况作出记录，并进行分析。

实验五双音多频DTMF接收实验

一．实验目的

1．了解电话号码双音多频信号在程控交换系统中的发送和接收方法。

2．熟悉该电路的组成及工作过程。

二．预习要求

1．认真预习有关双音多频等相关内容。

三．实验仪器

1．程控交换实验箱一台

2．电话单机两台

3．20MHz示波器一台

四．实验原理

1．双音多频拨号简单介绍

在电话单机中，有两种拨号方式，即脉冲拨号和双音多频拨号。

双音多频拨号方式中的双音多频是指用两个特定的单音频信号的组合来代表数字或功能，两个单音频的频率不同，所代表的数字和功能也不同，在双音多频电话机中有16个按键，其中有10个数字键0~9，6个功能键*、#、A、B、C、D，按照组合的原理，它必须有8种不同的单音频信号，由于采用的频率有8种，故又称之为多频，又因以8种频率中任意抽出2种进行组合，又称其为8中取2的编码方式。

根据CCITT的建议，国际上采用697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz，把这8种频率分成两个群，即高频群和低频群，从高频群和低频群中任意各抽出一种频率进行组合，共有16种不同组合，代表16种不同数字或功能，见表5-1。

表5-1

高

频

数

字

低

频

1209

1336

1447

1633

697

1

2

3

A

770

4

5

6

B

852

7

8

9

C

941

*

0

#

D

表中*、#键作特殊功能用（如闭音、重发）等，A、B、C、D留作它用。

例如拨数字号码“8”，则发双音多频信号频率为fH=1336Hz、fL=852Hz。

双音多频，简写DTMF（DTMF=DualToneMultifrequency）

DTMF发送器的原理与构成如图5-1所示，它主要包括：

1.1晶体振荡器––––外接晶体（通常采用3.579545MHz）与片内电路构成振荡器，经分频产生参考信号。

1.2键控可变时钟产生电路–––––它是一种可控分频比的分频器，通常由n级移位寄存器与键控反馈逻辑单元组成。

1.3正弦波产生电路–––––它由正弦波编码器与D/A变换器构成，通常，可变速时钟

列正弦波形成

可变速列时钟产生

fH

（C1~C4）

∑

时钟产生

3

2

1

A

B

5

4

6

C

9

8

7

DTMF

信号

（输入控制）

D

*

0

#

（R1~R4）

fL

行正弦波形成

可变速行时钟产生

图5-1一个典型的DTMF发送电路原理框图

信号先经5位移位寄存器，产生一组5位移位代码，再由可编程逻辑阵列（PLA）将其转换成二进制代码，加到D/A变换器形成台阶型正弦波。

显然台阶的宽度等于时钟频率的倒数，这样形成的正弦波信号频率必然对应时钟的速率和按键的号码。

1.4混合电路–––––将键盘所对应产生的行、列正弦波信号（即低、高群fL、fH）相加、混合成双音信号输出。

1.5附加功能单元，如有时含有单音抑制，输出控制（禁止）、双键同按无输出等控制电路。

DTMF发送器按输入控制方式可分为键盘行列控制和BCD接口控制两种。

它们的控制部分真值表分别示于表5-2、表5-3。

表5-2键盘控制接口功能真值表

输入

行

列

R1

R2

R3

R4

C1

C2

C3

C4

发送

fL（Hz）

697

770

852

941

频率

fH（Hz）

1209

1336

1477

1633

表5-3BCD码控制接口功能真值表

BCD码输入

发送频率

D1

D2

D3

D4

fL（Hz）

fH（Hz）

0

0

0

0

941

1336

0

0

0

1

697

1209

0

0

1

0

697

1336

0

0

1

1

697

1477

0

1

0

0

770

1209

0

1

0

1

770

1336

0

1

1

0

770

1477

0

1

1

1

852

1209

1

0

0

0

852

1336

1

0

0

1

852

1477

2．双音多频接收电路

高频组带

通滤波器

过零

检测器

码

变

换

锁

存

与

缓

冲

信号输入

输入

电路

低频组带

通滤波器

过零

检测器

图5-2典型DTMF接收器原理框图

DTMF接收器包括DTMF分组滤波器和DTMF译码器，其基本原理如图5-2所示。

DTMF接收器先经高、低频组带通滤器进行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信号音的4比特二进制码（D1~D4）。

图5-3MT8870芯片及管脚排列图

在本实验系统电路中，DTMF接收器采用的是MT8870芯片。

图5-3是该芯片的管脚排列图。

2.1该电路的基本特性

2.1.1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。

2.1.2可外接3.579545MHz晶体，与内含振荡器产生基准频率信号。

2.1.3具有抑制拨号音和模拟信号输入增益可调的能力。

2.1.4二进制码为三态输出。

2.1.5提供基准电压（VDD／2）输出。

2.1.6电源+5V

2.1.7功耗15mw

2.1.8工艺CMOS

2.1.9封装18引线双列直插

2.2管脚简要说明

引出端符号说明

1、2脚IN+、IN-：

运放同、反相输入端，模拟信号或DTMF信号从此端输入。

3脚FB：

运放输出端，外接反馈电阻可调节输入放大器的增益。

4脚VREF：

基准电压输出。

5、6脚IC：

内部连接端，应接地。

7、8脚OSC1、OSC0：

振荡器输入、输出端，两端外接3.579545MHz晶体。

9脚Vcc：

接正电源，通常接+5V。

10脚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。

11、14脚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。

15脚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。

16脚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。

17脚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。

18脚VSS：

接负电源，通常接地。

3．电路的工作原理

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。

（通常此两端相短接）积分波形，如图5-4所示，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。

图5-4是双音多频信号检测电路原理图。

图5-5是它的工作时序波形图。

图5-4DTMF信号检测电路原理图

其中，双音多频信号测试点为TPDTMF，数据输出允许端EN的测量点为TPSDT，它经反相器反向后得到。

数据输出则可以通过发光二极管D103~D100显示出来，它代表的数是8421码。

图5-5MT8870的时序图

五．实验内容

1．用示波器观察发送DTMF信号的波形。

2．用示波器观察DTMF信号接收的波形。

六．实验步骤

1．接上交流电源线。

2．将K11~K14、K21~K24、K31~K34、K41~K44拨向下边；K71~K75拨向下边；K61~K63拨向下边，K70、K60拨向上边。

3．先打开“交流开关”，指示发光二极管亮后，再分别按下直流输出开关J8、J9，此时实验箱上的五组电源已供电，各自发光二极管亮。

4．按“复位”键进行一次上电复位，此时，CPU已对系统进行初始化处理，显示电路循环显示“P”，即可进行实验。

5．用户1、用户3接上电话单机。

6．用户1摘机，开始拨打号码，即按电话单机上的任意键，用示波器的直流档对以下测量点进行观察并记录波形：

6.1TPDTMF：

当有键按下时有双音多频信号，无键按下时无信号。

6.2TPSDT：

当无键按下时该点为高电平，有键按下时该点是低电平（脉冲）。

6.3TP11：

当有键按下时有双音多频信号，无键按下时无信号。

7．按不同的键时，其双音多频信号的波形不一样，要仔细观察。

8．在按键过程中观察发光二极管D103~D100与所按键值的关系：

（显示二极管是在该按键抬起的瞬间发生改变的）

D103~D100对应的是8421码，如按下的键值为5时，对应的码字为0101，发光二极管D102，D100发光。

在按键的过程中观察所按键值与发光二极管是否满足上述对应关系。

七．注意事项

1．使程控交换实验箱加电处于正常工作状态，并严格遵循操作规程。

2．在测量观察上述各测量点波形时，两位同学一定要配合好，即一位同学按照正常拨打电话的顺序进行操作，另一位同学要找到相应的测量点和有关电路单元，仔细体会实验过程中的各种实验现象。

3．在测量TP1A时，示波器接头的另一接地线接到TP1B上。

八．实验报告

1．画出DTMF接收电路的电原理图，并能简要分析工作过程。

2．画出在接收DTMF过程中各有关测量点在有、无信号状态的波形，并能作简要的分析与说明。

实验六空分交换网络原理系统实验

一．实验目的

1．掌握程控交换的基本原理与实现方法。

2．通过对MT8816芯片的实验，熟悉空分交换网络的工作过程。

二．预习要求

认真预习《程控数字交换原理与应用》中的相关内容。

三．实验仪器

1．程控交换实验箱一台

2．电话单机二~四台

3．20MHz示波器一台

四．实验原理

1．原理说明

其实，我们在实验一中已经对实验系统中的交换网络有了一些了解，下面我们则比较详细分析它的工作过程。

它是由两大部分组成，即话路部分和控制部分，话路部分包括交换网络，用户电路出中继电路，入中继电路，收号器，音信号发生器以及信号设备等；控制部分则是一台电子计算机，它包括中央处理器，存储器和输入、输出设备。

在我们本实验系统中，交换网络的方框图见图6-1所示。

中继接口

自动

交换

网络

用户电路

用户电路

用户电路

用户电路

音信号电路

话路单元

供电系统

CPU中央控制集中处理单元

控制单元

图6-1空分交换网络结构方框图

2．电子接线器简介

早先的程控空分交换机的网络，采用的接线器是机械的，也就是说它由机械接点组成的。

然后由这些机械接线器组成交换网络。

这些机械接线器包括小型纵横接线器、螺簧接线器、剩簧接线器、笛簧接线器……五花八门，品种繁多。

由于目前已不采用，所以不在这里介绍。

当前的空分交换机采用的是电子接线器。

这是从MOS型超大规模接线器。

目前，生产电子接线器的电子化成为可能。

电子接线器就是MOS型的空分接线器。

目前，生产电子接线器的厂家很多，型号也各有不同，如Mitel公司的MT8804，MT8812，MT8816等，MOTOROLA公司的142100，145100等，SGS公司的M089，M099，M093等。

这些电子接线器在我国生产和引进的空分用户交换机中均能见到。

下面将重点分析MT8816芯片的工作过程。

2.1MT8816基本特性

由图6-2可见，该芯片是8×16模拟开关阵列，它内含7–––128线地址译码器，控制锁存器和8×16交叉点开关阵列，其电路的基本特性为：

2．1．1提供8×16模拟开关阵列功能

2．1．2导通电阻（VDD=12V）45Ω

2．1．3导通电阻偏差（VDD=12V）5Ω

2．1．4模拟信号最大幅度12VPP

2．1．5开关带宽45MHz

2．1．6非线性失真0.01%

2．1．7电源4.5~13.2V

2．1．8工艺CMOS

2．1．9封装双列直插式

RESET

1

1

AROW0

ROW0

7-128

线

地

址

译

码

器

8╳16交叉

点开关阵列

控

制

锁

存

器

AROW1

AROW2

AROW3

ACOL0

ACOL1

ACOL2

ROW15

128

128

VCCVEEVSSCOL0COL7

图6-2MT8816功能方框图

图6-3MT8816管脚排列图

2.2MT8816管脚说明

下面将对该管脚功能作一简要说明

35、37、39、1、21、19、17、15脚COL0~COL7：

列输入\输出，开关阵列8路列输入或输出。

33~28、8~13、27、26、6、7脚ROW0~ROW15：

行输入\输出，开关阵列16路行输入或输出。

24、25、2脚ACOL0~ACOL2：

列地址码输入，对开关阵列进行列寻址。

5、22、23、4脚AROW0~AROW3：

行地址码输入，对开关阵行进行行寻址。

18脚ST：

选通脉冲输入，高电平有效，使地址码与数据得以控制相应开关的通、断。

在ST上升沿前，地址必须进入稳定状态，在ST下降沿处，数据也应该是稳定的。

38脚DI：

通断控制输入，若DI为高电平，将所选择的开关导通；若DI为低电平，将