1、程控交换系统实验指导书目 录实验系统结构介绍 1实验一 用户线接口模块实验 12实验二 信令信号的产生与观测 18实验三 双音多频（DTMF）接收与检测 23实验四 话路PCM编译码 30实验五 呼叫处理与线路信号的传输过程 33实验六 信号交换方式与状态显示 36实验七 空分交换的过程与分析 40实验八 时分交换网络基本原理 46 实验系统结构介绍一、 实验系统框图二、系统结构说明硬件主要分为以下几个部分：1、 用户接口：该设计中采用的四路模拟用户接口；2、 外线接口：作为用户交换机和局用交换机相连；3、 电源输入模块：产生整个实验箱所需要的各种电压的工作电源；4、 中央处理器：由MSC-5
2、1系列的单片机实现，主要实现人机界面的管理；5、 记发器：由MSC-51系列的单片机实现，实现信令的管理；6、 话路交换控制器：由MSC-51系列的单片机实现，完成对时分交换单元和空分交换单元的控制；7、 空分交换单元：实现模拟话路的交换；8、 时分交换单元：实现数字话路的交换；9、 来电显示单元：实现DTMF主叫识别的接收和发送；10、 信令信号产生单元：产生信令音和程控实验系统的工作时钟；11、 数字处理单元：完成数字中继协议处理、帧同步码的插入和提取、位时钟的提取。三、用户接口接口是交换机中唯一与外界发生物理连接的部分，为了保证交换机内部信号的传递与处理的一致性，任何外界系统原则上都必须
3、通过接口与交换机内部发生关系。下面讲述的是模拟用户接口，它完成了BORSCHT功能。模拟用户接口使用的接口芯片是AM79R70，以及运放电路和PCM编解码芯片TP3067。甲方一路和甲方二路合用一个DTMF解码芯片MT8870，乙方一路和乙方二路合用另外一个MT8870，作为拨号识别芯片。模拟用户接口的硬件框图如下：四、外线接口这部分框图如下：外线铃流经过桥电路后产生振铃信号，提供给记发器单元。记发器通过检测该信号获知是否有外线打入。外线话音信号经过桥电路后，由二四转换电路转换为模拟话音输入信号，经过放大以后接入到程控交换网络。这部分具体电路参见原理图，这里简要介绍一下功能的实现：电路模拟摘机
4、通过两个三极管实现，当PICKUP为高电平时，BG702导通，于是BG701导通，外线电路接入到内部电路。同时，由于内部电路的阻抗低，线路上电流增大，此时交换机会接通话路。外线电路就入到内部电路后，被分为话音输入和话音输出两个部分。话音输入部分是指送给用户的话音。话音输入信号通过一个运算放大器后接入到内部交换网络的RI部分。话音输出部分是指用户送往外线交换网的话音信号。话音输出信号来自内部交换网的TI信号，该信号通过两级放大接入到外线交换网，其中BG703，BG704构成了一个复合达林顿管。达林顿管特点是等效电流大，放大系数高，而且等效输入阻抗亦很高。由于外线话音为模拟信号， 只能进入空分交换
5、网络进行话路的交换。拨打外线时交换方式自动调变到空分交换状态。五、中央处理器这部分框图如下：中央处理器由MSC-51系列的单片机实现，主要实现的功能如下：1、 管理人机界面，主要是键盘和液晶，以及交换方式指示灯；2、 串口通信：实现后台管理软件的数据交换；3、 参数设置和系统管理：可以修改参数从而改变系统的运行，同时管理记发器和话路交换控制器的工作。中央处理器、记发器、话路交换控制器之间的数据交换通过CPLD实现。六、记发器这部分框图如上图所示记发器由MSC-51系列的单片机实现，实现以下功能：1、 信令管理：记发器从CPLD中读入监控信令，经过判断和处理后产生相应的记发信令，再由CPLD输出
6、到相应的用户单元；2、 收号：记发器通过读MT8870收取用户的拨号；3、 CID功能：记发器都过读写MT8888实现DTMF的收与发。MT8870和MT8888的片选都由CPLD产生；4、 DTMF拨号话路选择：由于是两路用户接口共用一个MT8870解码，所以记发器必须选择哪一路DTMF信号送入MT8870；5、 串口通信：实现空分中继通话的信令传输；6、 用户/外线接口指示。七、话路交换控制器这部分框图如下：话路交换控制器由MSC-51系列的单片机实现，完成以下功能：1、 完成对时分交换模块和空分交换模块的控制；2、 接收来自中央处理器的二次开发程序下载指令，并实现二次开发程序的片外运行。
7、八、空分交换单元空分交换由MT8816实现。MT8816是一款模拟开关矩阵芯片。各用户接口的话音输入信号（VR）和输出信号（VT）接入到MT8816的相应输入和输出端口。MT8816在话路交换控制器的控制下，选择将哪两个模拟话路连接，实现话路的的交换。拨打外线必须使用空分交换方式。九、 时分交换单元这部分框图如下：时分交换单元实际上就是一个T接线器，这部分核心器件是MT8980。TP3067是一款A-law的PCM编解码的芯片。编码时，将输入的话音信号VT转换位PCM信号输出（DX），解码时，将输入的PCM信号（DR）转换为话音信号输出VR。在进行PCM编解码需要的时钟同步信号，帧同步信号由C
8、PLD产生。所有的PCM信号都接入MT8980，MT8980执行话路交换控制器发出的指令，完成时隙的交换。MT8980所需的时钟信号，也由CPLD产生。十、来电显示单元这部分电路框图如下：这部分电路的功能是实现DTMF CID，包括CID的发送和接收。DTMF的编码和解码是用一块芯片MT8888来实现。接收的CID信号来自外线，通过桥电路整流以后的馈线信号，经过滤波，放大以后送到MT8888的解码单元。MT8888接收到正确的DTMF信号以后，给记发器发一个中断信号，记发器收到中断信号以后，通过读取MT8888的相关寄存器得到CID信息。当记发器需要发送CID时，它通过写MT8888相关寄存器
9、，命令MT8888发出对应的DTMF波形。该波形经过放大以后，通过多路模拟开关选择送到各用户接口。由于本系统采用单片MT8888设计，所以同时只能有一路送CID， DTMF波形的输出选择就通过记发器控制开关实现。关于DTMF的CID的通信协议这里不作描述，这部分内容可以参阅相关文档。十一、信令信号产生单元CPLD作为系统的一个控制和传输核心部件，承担着以下工作：1、 各处理器之间的数据交换；2、 地址译码和片选产生；3、 各种信令音(拨号音、忙音、应答音和铃流等等)的产生和输出控制；4、 时分交换所需各种同步信号的产生。CPLD和其他各部分的接口在上面各部分的框图中已经得到体现，这里就不再给出
10、电路部分的框图。下面给出的是CPLD的内部结构框图：各部分功能如下：1、 CPU接口：这部分实现与各个CPU的异步读写接口、地址译码以及相关控制端口的输出。这些控制端口包括记发信令的选择、运行状态指示等等；2、 Buffer模块：各个CPU之间的数据交换通过Buffer来实现；3、 信令音和同步信号的产生：该模块产生信令音和用于时分交换所需各种同步信号。十二、系统测试点说明1、人工交换单元：TP305、TP405、TP505、TP605：甲方一路、甲方二路、乙方一路、乙方二路模拟话音接收端；TP304、TP404、TP504、TP604：甲方一路、甲方二路、乙方一路、乙方二路四线接口发送端。2
11、、来电显示电路：TP901：外线DTMF来电显示信号输入端；TP902：当MT8888C检测到有效的DTMF信号输入时，MT8888C产生的中断信号；TP903：甲方一路DTMF来电显示信号发送端；TP904：甲方二路DTMF来电显示信号发送端；TP905：乙方一路DTMF来电显示信号发送端；TP906：乙方二路DTMF来电显示信号发送端；GND ：地线测试脚。3、外线电路：TP701、TP702：外线二线模拟话音测试点；TP703：模拟摘挂机电平指示，此测试点为高电平时处于模拟摘机状态、此测试点为低电平时处于模拟挂机状态；TP704：模拟话音发送端；TP705：模拟话音接收端。4、信令信号产
12、生单元：TP02：时分交换芯片帧同步时钟；TP03：TP3067帧同步时钟；TP04：回铃音信号；TP05：铃流控制信号；TP06：拨号音信号；TP07：忙音信号；TP08：PCM编译码位时钟；GND：接地信号。 5、模拟电话接口模块：TP301、TP302、TP401、TP402、TP501、TP502、TP601、TP602：四路电话模拟二线接口；TP303、TP403、TP503、TP603：四路电话的摘挂机状态测试点；TP306、TP406、TP506、TP606：四路电话四线接口接收端测试点；TP307、TP407、TP507、TP607：四路电话的PCM编码输出测试点；TP308、
13、TP408、TP508、TP608：四路电话的PCM译码输出测试点；TP309、TP509：DTMF译码有效状态测试点。话机号码设置分别为：甲方一路8700，甲方二路8701，乙方一路8600，乙方二路8601。6、数字中继接口：TP801：本地位时钟测试点；TP802：本地帧同步测试点；TP803：位时钟提取测试点；TP804：帧同步提取测试点；TP805：中继接收HDB3正极性信号；TP806：中继接收HDB3负极性信号；TP807：中继发送HDB3正极性信号；TP808：中继发送HDB3正极性信号；TP809：数字中继处理器ST总线发送端；TP810：数字中继处理器ST总线接收端；TP8
14、11：插入帧同步和信令的ST总线接收测试点；TP812：HDB3三极性码输出测试点；TP813：HDB3三极性码输入测试点。第一章 程控交换系统模块实验实验一 用户线接口模块实验一、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、 通过对用户线接口电路的学习与实验，进一步加深对BORST功能的理解。二、实验内容1、 了解用户模块AM79R70的主要性能与特点；2、 熟悉用AM79R70组成的用户线接口电路；3、 用示波器分别观测TP301、TP302、TP303在摘挂机时的工作电平。三、实验仪器1、 LT-CK-02E程控交换实验箱一台；2、 电话机两台；3、 数
15、字示波器一台；4、 数字万用表一台。四、实验原理1、 用户线接口电路工作原理用户线接口电路（Subscriber Line Interface CircuitSLIC）有时也可以简称为用户电路，在本实验指导书中两者为同一概念。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应能承受馈电、铃流和外界干扰等高压大电流的冲击，过去一般采用晶体管、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
16、编解码器（CODEC），其余功能由集成模拟SLIC完成。在布控交换机中，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20mA30mA，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B（馈电），R（振铃）、S（监视）、C（编译码）、H（混合）、T（测试）、O（过压保护）七项功能。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：a)
17、 馈电（B-Battery feeling）向用户话机送直流电。通常要求馈电电压为48伏或24伏，环路电流不小于18 mA；b) 过压保护（OOvervoltage protection）防止过压过流冲击和损坏电路、设备。c) 振铃控制（RRinging Control）向用户话机馈送铃流；d) 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；e) 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编码间的转换。通常采用PCM编码器（Coder）与解码器(Decoder)来完成,，统称为CODEC。相应
18、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；f) 混合（HHyhird）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，因此称为“混合电路”；g) 测试（TTest）对用户电路进行测试。2、用户线接口电路:在本实验系统中，用户线接口电路选用的是AM79R70集成芯片。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，话音信号的2/4线混合转换，外接振铃继电器驱动输出。AM79R70用户电路的双向传输
19、衰耗均为1dB，供电电源为+ 5 V和5 V，AM79R70还将输入的铃流信号放大以达到电话振铃工作的要求。其各项性能指标符合邮电部制定的有关标准。 图1-1 模拟用户线接口功能框图1、电路的基本特性A、 向用户馈送铃流；B、 向用户恒流馈电；C、 过压过流保护；D、 被叫用户摘机自截铃；E、 摘挂机检测；F、 音频或脉冲拨号检测；G、 振铃继电器驱动输出；H、 话音信号的2/4线转换；I、 无需耦合变压器。2、用户线接口电路主要功能1）、 向用户话机供电，AM79R70可对用户话机提供恒流馈电，馈电电流由VBAT以及VDD供给。具体如下：A、 供电电源VBAT采用-48V；B、 在静态情况下
20、（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）回路。2） 、AM79R70内部具有过压保护的功能，可以抵抗TIPRING端口间的瞬时高压，如结合外部的压敏电阻保护电路，则可抵抗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
21、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低电平，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高电平，以向CPU中央集中控制系统表示用户“忙”；C、 若用户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
22、双音多频拨号方式）；5）、 在TIPRING端口间传输的话音信号为对地平衡的双向话音信号，在四线VR端与VX端传输的信号为收发分开的不平衡话音信号。AM79R70可以进行TIPRING端口与四线VTX端和RSN端间话音信号的双向传输和2/4线混合转换。6）、 AM79R70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）、 AM79R70提供的双向话音信号的传输衰耗均为40dB。该传输衰耗可以通过AM79R70用户电路的内部调整，也可通过外部电路调整。8）、 AM79R70的四线端口可供话音信号编译码器或交换矩阵使用。五、实验
23、步骤1、 阅读AM79R70资料和这部分电路，理解这部分电路的工作原理；2、 通过电源线接通电源，打开实验箱电源开关，准备好电话机开始实验；3、 “甲方一路”接上话机，分别摘机和挂机，在摘机和挂机时用万用表测量TP301,TP302，TP303的电压值；4、 “甲方一路”分别摘机和挂机，利用示波器观察TP306的波形。注意，此时示波器设为直流耦合，探针衰减设为1；5、 通过键盘和液晶显示，选择时分交换方式，“甲方一路”呼叫“甲方二路”，利用示波器观察TP301的波形。示波器推荐设置：交流耦合，电压因子设为100mV，时基设为500uS。探头衰减设为1；6、 实验结束，关掉实验箱电源开关，整理实
24、验数据，制作实验报告。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、 填表写出TP301,TP302，TP303在摘挂机时的电平，并简述这三个测试点的意义；TP301TP302TP303摘机前摘机后摘机前摘机后摘机前摘机后电 平(V)摘机时的波 形3、 理解AM79R70通过C1、C2两根控制线完成有铃流信号的摘挂机检测和没有铃流信号的摘挂机检测原理。分别画出主、被叫摘挂机检测的程序流程框图。实验二 信令信号的产生与观测一、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。二、实验内容1、用万用表测量各测量点拨
25、号音、忙音、回铃音及铃流控制信号的电压；2、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；3、各测量点说明如下：TP04：回铃音信号TP05：铃流控制信号TP06：拨号音信号TP07：忙音信号三、实验仪器1、 LT-CK-02E程控交换实验箱一台；2、 电话机两台；3、 数字示波器一台。四、实验原理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，必须首先向交换机提供一个信号，能让交换机识别并准备好有关设备，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，也必须向交
26、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，还需要交换机向用户传送信号，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（或者450Hz）的交流信号（本实验箱采用500Hz交流信号）。例如： 拨号音：（Dial tone）连续发送的500Hz信号； 回铃音：（Echo tone）1秒送，4秒断
27、的5秒断续的500Hz信号； 忙音： （busy tone）0.35秒送，0.35秒断的0.7秒断续的500Hz信号； 催挂音：连续发送响度较大的信号与拨号音有明显区别。B、 振铃信号（铃流）一般采用频率为25Hz，以1秒送，4秒断的5秒断续方式发送。拨号音由U201（EPM3256）产生，频率为500Hz，幅度在2V左右。测量点为TP06；回铃音由U201（EPM3256）产生，为1秒通、4秒断的重复周期为5秒的信号。测量为TP04；忙音由U201（EPM3256）产生，为0.35秒通，0.35秒断的重复周期为0.7S 的500Hz的信号，测量点为TP07；铃流控制信号是由U201（EPM3
28、256）产生的25Hz方波经RC积分电路后形成。铃流信号送入AM79R70后，需要向用户振铃时通过AM79R70的功率提升，向用户送出铃流，完成振铃，它的测量点为TP05。图2-1为它们各测量点工作波形图，依次为：回铃控制信号、铃流信号、拨号音信号、忙音信号。图2-1 各测量点工作波形图五、实验步骤1、 通过电源线接通电源，打开实验箱电源开关，准备好电话机开始实验；2、 用示波器观察各种信令信号输出波形：TP04：回铃音信号。示波器推荐设置：直流耦合，电压因子设为500mV，时基设为0.5mS，探头衰减设为10；TP05：铃流控制信号。此时必须用甲方二路呼叫甲方一路。示波器推荐设置：交流耦合，
29、电压因子设为500mV，时基设为10mS，探头衰减设为10；TP06：拨号音信号。示波器推荐设置：直流耦合，电压因子设为500mV，时基设为0.5mS，探头衰减设为10；TP07：忙音信号。示波器推荐设置：直流耦合，电压因子设为500mV，时基设为0.5mS，探头衰减设为10。3、 将两部话机分别接在甲方一路和乙方一路上；4、 甲方一路呼叫乙方一路，用示波器观察TP301的波形。示波器推荐设置：交流耦合，电压因子设为100mV，时基设为500uS，探头衰减设为1；5、实验结束关掉电源，整理实验数据，完成实验报告。六、实验注意事项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
30、发生器输出的波形时，一定要注意万用表的量程和示波器的电压量程，防止损坏仪器。七、实验报告要求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、对在实验过程中遇到的其它情况作出记录，并进行分析；5、 画出主、被叫用户各种信号音顺序输出的程序流程框图。测 试 点波 形TP04回铃音信号TP05铃流控制信号TP06拨号音信号TP07忙音信号实验三 双音多频（DTMF）接收与检测一、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；3、 观测电话机发送的DTMF信号波形；4、 观测DTMF信号的接收工作波形和译码显示。二、实验内容1、用示波器观察并测量发送DTMF信号的波形，在用户线接口电路的输入端进行测量，即在甲方一路用户线接口电路的测量点TP301与TP302进行测量；2、用示波器观察并测量DTMF信号接收的波形，在MT8870电路输入端TP304 ，其中，TP309为DTMF译码有效状态测量点。三、实验仪器1、 LT-CK-02E程控交换实验箱一台；2、 电话机两台；3、 数字示波器一台。四、实验原理DTMF接收器包括DTMF分组滤波器和DTMF译码器，其基本原理如图31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
