1、数字程控交换原理实验指导书数字程控交换原理实验指导书主编：模块引领 项目设计激发兴趣 培养技能目 录实验说明 1实验一 程控交换原理实验系统及控制单元实验 7实验二 用户线接口电路及二四线变换实验 12实验三 程控交换PCM编译码实验 20实验四 多种信号音及铃流信号发生器实验 25实验五 双音多频DTMF接收实验 31实验六 模拟中继接口通信实验 38实验七 时分复用与时分交换原理实验 40实验八 实验系统与电信网通信实验 46实验九 数字程控交换系统数据配置 48实验十 号码分析 53实验十一 数字程控交换系统计费 57实验十二 仿真电话与状态监控 59附录 61实验说明一、关于软件的安装
2、：1将光盘放入光驱。2打开“程控交换演示软件”文件夹，直接双击“SETUP.EXE”，系统会默认将程序安装在计算机的“C:Program Files众友科技程控交换演示软件”中。提示安装成功后,在桌面和开始菜单中会建立程控交换演示软件的快捷方式，双击该快捷方式就可以运行程序了。二、关于软件的使用：运行“程控交换演示软件”进入主界面，如下图所示。主界面包括菜单栏、记录栏、按钮栏、状态栏及电话各用户的各种状态显示窗口，其中菜单栏包含了软件的所有功能，按钮栏的功能都可以在主菜单中找到。（注意：开始运行软件后，菜单栏和按钮栏中有些项是灰色的，必须点击菜单栏中的“文件打开串口COM1或COM2”，这些项
3、才可以使用）下面对软件的各功能作详细的说明： 1 系统参数设置：在主菜单中选择“设置系统参数”，或者直接单击按钮栏的“系统参数”，即可弹出系统参数的对话框，如下图所示。在这个对话框中，可以配置的系统数据包括各种超时数据，久不拨号时间（用户摘机后如果不拨号，超过这个时间送忙音，本实验系统默认值为20s）、久不应答时间（用户振铃如果不摘机，超过这个时间就停振铃，本实验系统默认值为20s）、位间隔时间（用户按了一个号码后如果不拨号，超过这个时间送忙音，本实验系统默认值为5s）。另外还包括系统轮询时间，收号检测轮询时间（本实验系统默认值为50ms检测一次收号电路），摘挂机检测轮询时间（本实验系统默认值
4、为100ms检测一次用户的摘挂机状态）。2用户参数设置：在主菜单中选择“设置修改用户”，或者直接单击按钮栏的“修改用户”，即可弹出修改用户的对话框，如下图所示。在这个对话框中，可以对软件所定义的用户进行重新设置，修改各个用户的用户名、用户地址、电话号码、余额、计费方式。3用户话费查询：在主菜单中选择“设置记录查询”，或者直接单击按钮栏的“记录查询”，即可弹出记录查询的对话框，如下图所示。在这个对话框中，可以保存用户通话的记录，包括用户名、电话号码、开始时间、结束时间、通话时间、单价、费用。4号码树分析：在主菜单中选择“设置号码树分析”，或者直接单击按钮栏的“号码树分析”，即可弹出号码树分析的对
5、话框，如下图所示。在这个对话框中，以号码树的形式显示各个用户的号码，如果通过软件对用户的号码进行了修改，号码树也会有相应的改变。5仿真电话功能：在主菜单中选择“工具仿真电话”，即可弹出仿真电话的对话框，如下图所示。在这个对话框中，可以通过软件对实验箱进行操作。6软件复位：在主菜单中选择“文件软件复位”，或者直接单击按钮栏的“软件复位”，即可弹出软件复位的对话框，如下图所示。按“确定”键，可以恢复软件的初始设置。三、关于系统时间： 本实验箱的数字交换系统中的各种系统时间可以在“程控交换演示软件”的系统参数中任意设置，如久不拨号时间、久不应答时间、位间隔时间，默认值分别为20s、20s、5s。在做
6、实验前建议把系统时间设置为默认值，以免影响实验效果。四、关于电话号码： 本实验箱的数字交换系统中，四部电话默认的电话号码分别为：用户1为1234，用户2为2345，用户3为3456，用户4为4567。当实验箱通过串口线与PC机相连时，四个用户的电话号码可以自己设置，电话号码为四位，值在1000到9999之间。五、关于PC与中继： 当拨位开关拨向“PC”这边，可以与程控交换演示机进行通讯。当要打中继时，要将开关拨到“中继”端。六、关于指示灯： D24、D25、D26、D27、D28是直流电源指示灯。在接通交流电源后，D23亮。按下直流电源开关J1、J2时，D24、D25、D26、D27、D28应
7、全亮，否则应立即关闭交流电源，检查并排除故障，然后重新通电。 D32、D33、D34、D35是电话号码显示指示灯（详情见双音多频接收实验），刚接通直流电源或复位时，为随机状态。 D19、D20、D21、D22是电话摘挂机指示灯，在实验过程中摘机时对应的指示灯亮，否则熄灭。系统复位以后，在四部电话处在挂机状态时，四个指示灯应全灭。 D18是外线有无呼叫的指示灯，有电话呼叫时就会随着振铃信号闪烁，无呼叫就熄灭。七、关于时分交换中的时隙分配： 本实验箱中用户1的接收发送都占用第1时隙，用户2的接收发送都占用第2时隙，用户3的接收发送都占用第3时隙，用户4的接收发送都占用第4时隙，外线的接收发送都占用
8、第5时隙，双音多频收号器占用第6接收时隙，拨号音、忙音、回铃音分别占用第7，8，9发送时隙。实验一 程控交换原理实验系统及控制单元实验一、实验目的1熟悉程控交换原理实验系统的电路组成与主要部件的作用。2体会程控交换原理实验系统进行电话通信时的工作过程。二、预习要求预习程控数字交换原理与应用和单片微型计算机原理与接口技术中的有关内容。三、实验仪器1程控交换实验箱 一台2万用表 一块3电话单机 四个四、实验原理1电路组成交换网络用户电路用户电路 CPU中央处理单元 图1-1实验系统原理框图用户电路用户电路 交 换 网 络用户线接口电路用户1用户线接口电路用户3用户线接口电路用户2用户线接口电路用户
9、4二次稳压电路液晶显示电路控制、检测电路时钟信号电路语音提示电路直流电源CPU中央处理器多种信号音电路图1-2实验系统方框图图1-1是该实验系统的原理框图，图1-2是该实验系统的方框图。(1)用户模块电路 主要完成BORSCHT七种功能，它由下列电路组成： 用户线接口电路 二四线变换器 PCM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： 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： 450Hz数字拨号音电路 忙音发生电路 回铃音发生电路 25Hz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，
10、信号检测，号码识别，输出显示信息等各种功能： 液晶显示电路：显示主叫方电话号码及通话时间。 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。 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。 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。 振铃控制电路：它也是按照CPU发出的指令进行工作。 (5)系统工作电源 主要完成系统所需要的各种电源，本实验系统中有+5V，-5V，+12V，-12V，-48V，-24V等6组电源，由下列电路组成：内置工作电源：-48V,-1
11、2V,+5V,+12V 稳压电源：-24V,-5V 2工作过程：以下是CPU中央集中控制处理系统的主要工作过程，要全面实现上述工作过程，则要有软件支持，该软件程序流程图见图1-3。NO图1-3 程序工作流程示意图五、实验内容1测量实验系统电路板上各测量点的电压值，并记录。2从总体上初步熟悉两部电话单机进行通话的过程。3初步建立程控交换原理系统及电话通信的概念。4观察并记录一个正常呼叫的全过程。5观察并记录一个不正常呼叫的状态。 号码：1234号码：3456交换网络系统号码：68 号码：4567号码：2345号码：69 图1-4呼叫识别电路框图六、实验步骤1接上交流电源线。2先打开“交流开关”，
12、指示发光二极管D23亮后，再分别按下直流输出开关J1、J2。此时实验箱上的五组电源已供电，各自发光二极管亮。3按复位键“S1”进行一次上电复位，此时，CPU已对系统进行初始化处理，液晶显示“欢迎使用众友科技程控交换实验系统”，即可进行实验。4将万用表拔至直流电压档，然后测量电源模块-48V、-12V、-5V、+5V、+12V的电压是否正常。(-48V允许误差10%，其它为5%)5将四个用户接上电话单机。6正常呼叫全过程的观察与记录。(现以用户1为主叫，用户4为被叫进行实验)(1)主叫摘机，听到拨号音； (2)主叫拨首位被叫号码“4”，主叫拨号音停，主叫继续拨完被叫号码“5、6、7”；(3)被叫
13、振铃，主叫听到回铃音，液晶显示主叫电话号码“来电号码 0271234”； (4)被叫摘机，被叫振铃停，主叫回铃音停，双方通话。液晶显示通话计时“通话时 间 xx分 xx秒”。(5)挂机，任意一方先挂机（如主叫先挂机），另一方（被叫）听到忙音，计时停止，液晶显示“欢迎使用众友科技程控交换实验系统”。7不正常呼叫的自动处理(1)主叫摘机后在规定的系统时间20s内不拨号，主叫听到忙音。(2)拨完第一位号码后在规定的系统时间5s内没有拨第二位号码时，主叫听到忙音。(3)号码拨错时（如主叫拨“1111” ），主叫听到忙音。(4)主叫拨打自己的号码，如用户一打“1234”，听忙音。(5)被叫振铃后在规定的
14、系统时间20s内不摘机，被叫振铃音停，主叫听到忙音。七、注意事项对实验系统加电一定要严格遵循先打开系统工作电源的“交流开关”，然后再打开直流电源输出开关J1，J2。实验结束后，先关直流电源输出开关J1，J2。最后再关“交流开关”，以避免实验电路的器件损坏。八、实验报告1画出实验系统电路的方框图，并作简要叙述。2对正常呼叫与不正常呼叫全过程进行记录。实验二 用户线接口电路及二四线变换实验一、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AM79R70电路的学习与实验，进一步加深对BORST功能的理解。3了解二四线变换电路的工作原理。二、预习要求认真预习程控数字交换
15、原理与应用中有关用户线接口电路的章节。三、实验仪器1程控交换实验箱 一台2电话单机 二个320MHz示波器 一台4万用表 一块四、实验原理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（Subscriber Line Interface CircuitSLIC）。任何交换机都具有用户线接口电路。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。随着微
16、电子技术的发展，近十年来在国际上陆续开发多种模拟SLIC，它们或是采用半导体集成工艺或是采用薄膜、厚膜混合工艺，并已实用化。在实际中，基于实现和应用上的考虑，通常将BORSCHT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），其余功能由所谓集成模拟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-48V，用户的馈电电流一般是20mA30 mA，铃流是25Hz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。所以向用户馈电、振铃等任务就由用户线接口电路来承担，再加上其它一些要求，程控交换机
17、中的用户线接口电路一般要具有B（馈电）、O（过压保护）、R（振铃）、S（监视）、C（编译码）、H（混合）、T（测试）七项功能。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-Battery feeling）：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-Overvoltage protection）：防止过压过流冲击和损坏电路、设备。(3)振铃控制（R-Ringing Control）：向用户话机馈送铃流，通常为25Hz/75Vrms正弦波。(4)监视（S-Supervision）：监视用户线的状态，检测话机
18、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300Hz3400Hz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见
19、图2-1。馈电电源铃流发生器编码器混 合 电 路振 铃 控 制馈 电 电 路过 压 保 护 电 路低通发送码流模拟用户线 平衡网络解码器接收码流低通用户线状态信号振铃控制信号图2-1模拟用户线接口功能框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。此外AM79R70 还具
20、有片内铃流放大功能。(1)该电路的基本特性 向用户馈送铃流向用户恒流馈电过压过流保护被叫用户摘机自截铃摘挂机检测和LED显示语音信号的2/4线转换无需耦合变压器体积小及低功耗极少量外围器件封装形式为PLCC32封装 图2-2 AM79R70的管脚排列图(2)AM79R70引出端功能的说明1脚BGND：电源地;2脚VBAT2：馈电电源2;3脚VCC：正电源;4脚RYOUT2：继电器开关驱动2;5脚RYE：RYOUT1和RYOUT2 的发射极输出;6脚RYOUT1：继电器开关驱动1;7脚B2EN：馈电电源选择管脚;8脚VBAT1：馈电电源2;9脚D1：内部继电器1使能端，低电平有效;10脚E1：该
21、脚输入低电平时，可使/DET输出摘机检测信号； 11脚C3、12脚C2、14脚C1：控制字输入端，通过此端可选择芯片的工作方式;13脚/DET：摘挂机检测输出，此端在摘机时输出低电平，挂机时输出高电平;15脚D2：内部继电器2使能端，低电平有效;16脚NC：无连接;17脚RSGH：使用VBAT1馈电时，该端应接下拉电阻以调整开路电压; 18脚RSGL：使用VBAT2馈电时，该端应接下拉电阻以调整开路电压;19脚RDC：直流馈电电阻;20脚AGND/DGND：模拟地/数字地;21脚RSN：模拟话音信号输入端;22脚VNEG：内部负电压稳压器的返回值;23脚VTX：模拟话音信号输出端;24脚RDC
22、R：振铃时的反馈连接点;25脚RINGIN：铃流输入端;26脚HPA：A (TIP)端高通滤波电容;27脚HPB：B(RING) 端高通滤波电容;28脚RTRIP2：振铃电压偏置端;29脚RTRIP1：振铃电压门限设置和滤波管脚;30脚RD：摘机检测的门限调整和滤波;31脚A (TIP)：接用户线的A (TIP)端;32脚B(RING)：接用户线的B(RING)端。(3) AM79R70的主要功能图2-3是AM79R70内部电路方框图，其主要功能说明如下：图2-3 AM79R70内部电路方框图图2-4 AM79R70内部控制表3用户接口电路的电路原理图由图1-1可知，本实验系统共有四个用户线接
23、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2-5是用户1用户线接口电路的电路原理图。图2-5 用户线接口电路原理图4工作过程为了简单和经济起见，反映用户状态的信号一般都是直流信号，当用户摘机时，用户环路闭合，在用户线上有直流电流流过。主叫摘机表示呼叫信号，被叫摘机，则表示应答信号，当用户挂机时，用户环路断开，用户线上的直流电流也断开，因此交换机可以通过检测用户线上直流电流的有无来区分用户状态。当用户一摘机时，发光二极管D19亮表示用户已处于摘机状态，TP13由低电平变成高电平，此状态送到CPU进行检测该路是否摘机，当检测到该路有摘机时，CPU命令数字拨号音及控制电路送出
24、f=450Hz，V=1.4V的波形即拨号音。当用户听到450Hz拨号音信号时，用户可以拨电话号码，双音多频号码检测电路检测到号码时通知CPU进行处理，CPU命令450Hz数字拨号音发生器停止送拨号音，用户继续拨完号码，CPU检测主叫所呼叫的号码后，立即向被叫用户送振铃信号，提醒被叫用户接听电话，同时向主叫用户送回铃音信号，以表示线路能够接通；当被叫用户摘机时，CPU接通双方线路，通信过程建立。一旦接通链路，CPU即开始计时，当任意一方先挂机，CPU检测到后，立即向另一方送忙音，以示催促挂机。至此，主、被叫用户一次通信过程结束。通过上述简单分析，不难得出各测量点的波形。TP11：通信时有发送话音
25、波形；拨号时有瞬间DTMF波形；不通信时则此点无波形。TP12：通信时有接收话音波形：摘机后至拨号前有450Hz拨号音信号；不通信时则此点无波形。TP13：摘挂机状态检测测量点。挂机：TP13为低电平；摘机：TP13为高电平。TP14：振铃控制信号输入，高电平有效。即工作时为高电平，常态为低电平。由于4个用户线接口电路的测量点相同，故对其它三个用户线接口电路的测量点就不一一叙述，波形均相同，即：TP11=TP21=TP31=TP41TP12=TP22=TP32=TP42TP13=TP23=TP33=TP43TP14=TP24=TP34=TP445二四线变换电路在该实验系统中，二四线变换由用户线
26、接口电路中的语音单元电路实现，图2-6为电路的功能框图，该电路完成二线单端之间信号转换，在AM79R70内部电路中已经完成了该变换。TTR R图2-6 二/四线变换功能框图二四线变换的作用就是把用户线接口电路中的语音模拟信号（TR）通过该电路的转换分成去话（T）与来话（R）。对该电路的要求是：将二线电路转换成四线电路；信号由四线收端到四线发端要有尽可能大的衰减，衰减越大越好；信号由二线端到四线发端和由四线收端到二线端的衰减应尽可能小，越小越好；应保持各传输端的阻抗匹配，以便于PCM编译码电路形成发送与接收的数字信号。五、实验内容1参考有关程控交换原理教材中的用户线接口电路等章节，对照该实验系统
27、中的电路，了解其电路的组成与工作过程。2通过主叫、被叫的摘、挂机操作，了解B、R、S等功能的具体作用。六、实验步骤1接上交流电源线。2先打开“交流开关”，指示发光二极管D23亮后，再分别按下直流输出开关J1、J2，此时实验箱上的五组电源已供电，各自发光二极管亮。3按复位键“S1”进行一次上电复位，此时，CPU已对系统进行初始化处理，液晶显示电路显示“欢迎使用众友科技程控交换实验系统”，即可进行实验。4用户1，用户3接上电话单机。5用户电话单机的直流供电（B）的观测。（现以用户1为例） (1)用户1的电话处于挂机状态，用万用表的直流档测量TP11A，TP11B对地的电压，TP11A为100 mV
28、，TP11B为-24V左右，它们之间电压差约为24V。(此值只是作为参考，以实验为准)(2)用户1的电话处于摘机状态，用万用表的直流档测量TP11A，TP11B对地的电压，TP11A为-5.6V左右，TP11B为-17.5V左右。（测得的电压与电话的内阻抗有关，所以每部电话的测量值不一定相同, 此处只是作为参考。）(3)用户1处于挂机状态，用户3呼叫用户1，即用户3拨打“1234”，使用户1振铃。当用户1的电话振铃时，用示波器观察TP11A直流电平为100 m V, TP11B直流电平为-48V左右,且叠加有振铃的波形。注意：AM79R70振铃时用-48V馈电，而平时用-24V馈电，以降低功耗
29、。6观察二四线变换的作用。(1)用正常的呼叫方式，使用户1、用户3处于通话状态。(2)当用户1对着电话讲话时（或按电话上的任意键），用示波器观察TP11上的波形，为语音信号（或双音多频信号），不讲话时无信号。(3)当用户1听到用户3讲话时（或用户3按电话上任意键），用示波器观察TP12上的波形，为语音信号（或双音多频信号），对方不讲话时无信号。TP11等图2-7 语音参考波形 (4)用示波器观察TP11A。不管是用户1讲话还是用户3讲话（或按电话上的任意键）此测试点都有语音波形（或双音多频信号）。7摘、挂机状态检测的观测。7.1当用户1的电话摘机时，用示波器测量TP13为高电平（4V左右）。7
30、.2当用户1的电话挂机时，用示波器测量TP13为低电平（0V左右）。8被叫话机振铃（R）的观测。8.1用户1处于挂机状态，用户3呼叫用户1，即用户3拨打“1234”，使用户1振铃。8.2当用户1的电话振铃时，用示波器观察TP14，振铃时TP14为高电平（4V左右）；不振铃时TP14为低电平（0V左右）。七、注意事项当实验过程中出现不正常现象时，请按一下复位键“S1”，以使系统重新启动。八、实验报告画出各测量点在各种情况下的波形图。实验三 程控交换PCM编译码实验一、实验目的1掌握PCM编译码器在程控交换机中的作用。2熟悉单片PCM编译码集成电路TP3067的使用方法。二、预习要求1查阅有关TP3067的使用说明及其应用电路。2认真预习程控数字交换原理与应用中有关这方面的内容。三、实验仪器1程控交换实验箱 一台2电话单机 二个320MHz示波器 一台四、实验原理1PCM编译码器的简单介绍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，如图31（a）所示。到底在什么时候被取样，在什么
