程控交换技术实验指导书.doc

0 目目 录录 实验一 程控交换原理实验系统及控制单元实验 1 实验二 用户线接口电路及二 四线变换实验 13 实验三 程控交换 PCM 编译码器实验 24 实验五 双音多频 DTMF 接收实验 44 实验六 交换网络原理 含人工模拟话务台 系统实验 53 实验七 程控交换原理编程调试实验 63 实验八 中继接口通信实验 75 实验九 程控交换原理系统综合实验 综合设计性实验 77 1 实验一实验一 程控交换原理实验系统及控制单元实验程控交换原理实验系统及控制单元实验 一 实验目的 1 该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 3 了解 CPU 中央集中控制处理器电路组成及工作过程 二 预习要求 预习 程控交换原理 与 MCS 51 单片计算机原理与应用 中的有关内容 三 实验仪器仪表 1 实验箱一台 2 三用表一台 3 电话单机四台 四 实验系统电路组成 一 电路组成 图 1 1 实验系统的原理框图 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 其电路的组成及主要作用如下 1 用户模块电路 主要完成 BORSCHT 七种功能 它由下列电路组成 A 用户线接口电路 B 二 四线变换器 C PCM 编译码电路 2 图 1 2 实验系统方框图 2 交换网络系统 主要完成人工与自动交换两大功能 它由下列电路组成 A 自动交换网络系统 B 人工话务员交换电路 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 A 450Hz 拨号音电路 B 忙音发生电路 C 回铃音发生电路 D 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 信号检测 号码识别 键盘输入信息 输出显示信息等各种功能 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 等 5 组电源 由下列电路组成 A 内置工作电源 5V 12V 12V 48V B 稳压电源 8V 5V 关于系统中的各单元电路详细工作过程将在后续的单元实验中将做进一步分析 图 1 3 是该实验系统电原理方框图 图 1 4 是该实验系统电路元器件分布图 图 1 5 是实验系统开关位置及测量点的分布图 3 图 1 3 实验系统电原理框图 图 1 4 实验系统电路元器分布图 4 图 1 5 实验系统开关位置及测量点分布图 5 二 控制电路介绍 我们把一个程控交换系统网络分成话路部分和控制部分两大类 而控制部分则是 本次实验要介绍的 见图 1 6 所示 图 1 6 CPU 中央集中控制处理器系统方框图 控制部分就是由 CPU 中央处理系统 输入电路 键盘 输出电路 数码管 双 音多频 DTMF 检测电路 用户环路状态检测电路 自动交换网络驱动电路 人工台与 交换网络转换电路 扩展电路 信号音控制电路等电路组成 下面简要说明各部分电路的作用与要求 1 入电路 主要把实验过程中的一些功能通过键盘设置到系统中 2 路 显示主叫与被叫电路的电话号码 同时显示通话时间 3 出扩展电路 显示电路与键盘输入电路主要通过该电路进行工作 主要芯片是 D8155A SN74LS240 MC1413 4 频 DTMF 接收检测电路 把 MT8870DC 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 5 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 6 换网络驱动电路 主要实现电话交换通信时 CPU 发出命令信息 由此电路 实现驱动自动交换网络系统 其核心集成电路为 SN74LS374 D8255A GD74LS373 等芯片 7 与交换网络驱动电路 主要实现当前工作状态是自动交换方式或者是人工话 6 务台工作方式 要求在某一段时间内只能有一种方式工作 即自动交换工作时 则人 工话务台不工作 人工话务台工作时 则自动交换网络不工作 8 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 9 制电路 它也是按照 CPU 发出的指令进行工作 具体如下 A 铃时 要求振铃支路与供电系统分开 B 振铃时 铃流送向话机 并且供电系统通过振铃支路向用户馈电 用户 状态检测电路同时能检测用户的忙闲工作状态 C 当振铃时 用户一摘机就要求迅速断开振铃支路 D 振铃时要求有 1 秒钟振 4 秒钟停的通断比 以上是 CPU 中央集中控制处理系统的主要工作过程 要全面具体实现上述工作 过程 则要有软件支持 该软件程序流程图见图 1 12 图 1 6 是 CPU 中央集中控制处理器系统方框图 图 1 7 是键盘功能框图 图 1 11 是 CPU 中央集中控制处理器电原理图 图 1 12 是软件程序流程图 图 1 7 键盘功能框图 对图 1 7 所示的键盘功能作如下介绍 人工人工 该键是程控自动交换切向人工交换的按键 按下此键 再按 确认 键进行确认 则工作模式由程控自动交换切换为人工话务台交换 显示器循环显示 E 此时在人工话务台上的 甲方一路 甲方二路 乙方一路 乙方二路 四个振铃按键可以开始工作 当用户摘机时 用户就听不到回铃音了 在键盘中 除 复位 键外 其它 7 个键失去功能 若要改为自动交换模式 则按 复位 键 可 重启系统 进入自动交换模式 时间时间 该键可设置系统的延时时间 如久不拔号 久不摘机 位间不拔号的 延时 缺省值为 10 秒 可选择的时间值有 10 秒 30 秒 1 分钟 按一次该键则显示 下一个时间值 三个值循环显示 当按下 确认 键时 就选定当前显示值供系统使 用 按 复位 键则清除该次时间的设定 会议电话会议电话 该键为召开电话会议的按键 电话会议设置甲方一路为主叫方 其他三路为被叫方 只能由主叫方主持召开会议 向其他三路发出呼叫 电路完全接 通或者接通两路后 主叫方能和任一被叫方互相通话 而三个被叫方不能互相通话 除 复位 键外 其他键均推失去功能 会议结束后 可按 复位 键重启系统 7 PCM 该键为模拟交换切向数字交换的功能按键 按下该键 再按 确认 键确认 显示器循环显示 C 此时 只能甲方第一路与乙方第一路经 PCM 编译码进 行通讯 按 复位 键重启系统 进入模拟交换模式 中继中继 该键为局内交换切向中继交换的功能按键 按下此键 再按 确认 键进行确认 则工作模式由局内交换切换为中继交换 显示器循环显示 d 此时方 可通过中继拨打 长途 电话 按 复位 键重启系统 进入正常局内交换模式 主被控制主被控制 按下此键 再按 确认 键进行确认 显示器循环显示 F 则 程控系统增加主被叫控制功能 所谓 主被叫控制 即是 通话双方有且只有一方挂 机时 不切断通信链路 挂机方重新摘机时 还继续双方的通信 只有双方都挂机了 才切断通信链路 结束本次通信 按 复位 键重启系统 进入正常工作模式 确认确认 该键完成对其他功能键的确认 防止误按键 在键盘中除 复位 键 外 其他功能键都必须加 确认 键才能完成所定义的功能 复位复位 该键为重启系统按键 在任何时候或者系统出现不正常状态时都可按 下此键重启系统 有用户通话时 会中断通话 所有设置均为默认值 注意注意 各项功能都必须在用户闲时才能设置 如遇不正常时 请按一下 复位 键 使系统重新启动 图 1 8 是显示电路工作示意说明图 图 1 9 图 1 10 是稳压及状态指示框图及电原理图 图 1 8 显示电路工作示意图 图 1 9 稳压及状态指示框图 8 图 1 10 二 三次稳压及状态指示电原理图 三 实验电路中集成电路汇编说明 在该实验系统中 共使用 18 种集成电路 见图 1 13 所示 MT8816AEMT8870DCMH88612CTP3067N HD74LS04DM74LS10DM74LS74HD74LS138 HD74LS161SN74LS240GD74LS373SN74LS374 D8155AMC14066BHA17555D8255A AT89C51FAMC1413 其中前 4 种集成电路芯片将在各实验中作详细说明 因此不再列出 图 1 13 是实验系统集成电路图 9 图 1 11 CPU 中央集中控制处理器电原理图 10 图 1 12 程序工作流程示意图 11 图 1 13 实验系统集成电路图 五 实验内容 1 测量实验系统电路板中的 TP91 TP95 各测量点电压值 并记录 2 从总体上初步熟悉两部电话单机用自动交换方式进行通话 实验分为内呼与外 呼两种方式 分别进行 见图 1 14 所示 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 图 1 14 呼叫识别电路框图 六 实验步骤 1 用三相交流电源线连接交流输出至实验箱箱右侧插座 带保险管 上 连通交 流电源 12 2 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 此 时实验箱上的四组电源已供电 各自发光二极管亮 3 对 CPU 键盘电路中的 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 即可进行实验 4 正常呼叫全过程的观察与记录 A 主叫摘机 听到拨号音 B 主叫拨首位号 拨号音断 主叫继续拨完被叫号码 C 被叫振铃 主叫听到回铃音 D 被叫摘机 回铃音断 双方通话 E 挂机 任一方先挂机 另一方听到忙音后再挂机 5 不正常呼叫的自动处理 A 主叫摘机后超时不拨号 B 拨号位之间间隔超时 C 号码拨错或位数超长时 D 振铃后久不摘机 七 实验注意事项 1 在后续实验过程中 实验步骤的前在后续实验过程中 实验步骤的前 3 项 不再每次提出 请在每次实验时 应项 不再每次提出 请在每次实验时 应 注意这一点 注意这一点 2 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 分别打开 直流输出开关 实验结束后 先分别关 直流输出开关 最后再关 交 流开关 以避免实验电路的器件损坏 八 实验报告要求 1 画出实验系统电路的方框图 并作简要叙述 2 对正常呼叫全过程进行记录 3 对图 1 3 图 1 4 图 1 5 的各开关功能说明如下 K60 450HZ 拨号音输出开关 K61 回铃音控制信号输出开关 K62 忙音控制信号输出开关 K63 25HZ 铃流信号输出开关 K11 K21 K31 K41 二 四线交换后的发送语音信号的开关 同时也是双音多频 输入信号的开关 其中 K112 3是用于 PCM 编译码器的外加信号输入开关 K12 K22 K32 K42 二 四线变换后的接收语音信号的开关 同时也是信号音送 至用户线接口电路的开关 K13 K33 PCM 编译码器输出信号的选择开关 当它们的 1 与 2 脚相连 则是正 常发送输出至自动交换网络 当它们的 2 与 3 脚相连 则为 PCM 输出与输入相连 即 自环 13 实验二实验二 用户线接口电路及二用户线接口电路及二 四线变换实验四线变换实验 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 MH88612C 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 认真预习程控交换原理中有关用户线接口电路等章节 三 实验仪器仪表 1 主机实验箱一台 2 电话单机二台 3 20MHz 示波器一台 4 三用表一台 四 电路工作过程 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 Circuit 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 或用户环路接口电路可分 为模拟用户接口电路和数字用户接口电路两种 由于实验系统使用的电话单机为模拟电话单机 应而选用模拟用户线接口电路 而对数字用户线接口电路不作介绍 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 60V 用户的馈电电流一般是 20mA 30 mA 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 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 48 伏或 24 伏 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 90Vrms 正 弦波 14 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 6 混合 H Hyhird 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 7 测试 T Test 对用户电路进行测试 模拟用户线接口功能见图 2 1 图 2 1 模拟用户线接口功能框图 16 一 用户线接口电路 模拟用户线接口电路的产品品种不多 常用的典型型号有 MOTOROLA 公司的 MC3419 IL A TL C TL MC34F19 与 MITEL 公司的 MH88500 MH88610 MH88612 MH89615 与 INTEL 公司的 29C48 HG624 HG625 SJ0510 LM93510 及国产 SJ0612C 等 在本实验系统中 用户线接口电路选用的是 MITEL 公司的 MH88612C MH88612C 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 MH88612C 用户电路的双向传输衰耗均为 1dB 供电电源 5V 和 5V 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 无需偶合变压器 11 体积小及低功耗 12 极少量外围器件 13 厚膜混合型工艺 14 封装形式为 20 引线单列直插 图 2 2 是它的管脚排列图 17 图 2 2 MH88162C 管脚排列图 2 MH88612C 引出端功能的说明 0 脚 ICInternal Connection 空端 1 脚 TFTip Feed 连接外接二极管作为保护电路连到 48V 和地 2 脚 ICInternal Connection 空端 3 脚 VRVoice Receive input 四线语音信号的接收端 4 脚 VRefVoltage Reference 设置向用户电话线送恒流馈电的参考电 压 恒流通过 VRef 调节 也可接地 一般为 21mA 环流 5 脚 VEE负供电电源 通常为 5V DC 6 脚 GNDA供电电源和馈电电源的地端 模拟接地 7 脚 GSGain setting input 低电平时直接接收附加增益为 0 5 dB 此增益除编解码增益设置之外的 高电平时为 0dB 8 脚 VXVoice Transmit output 四线语音信号的发送端 9 脚 TIP连接用户电话的 TIP 线 10 脚 RING连接用户电话的 RING 线 11 脚 RFRing Feed 外部连接至振铃继电器 12 脚 VDD正供电电源 通常为 5V DC 13 脚 RCRelay Control input 振铃继电器控制输入端 高电平有效 14 脚 RD振铃继电器驱动输出端 外接振铃继电器线圈至地端 内 部 有一线圈感应箝位二极管 15 脚 RVRing Feed Voltage 用户线铃流源输入端 外部连接至振铃 继电器 16 脚 VRLY振铃继电器正供电电源 能常为 5V DC 18 17 脚 ICInternal Connection 空端 18 脚 VBat用户线馈电电压 通常为 48V DC 19 脚 CAP 连接外部电容作为振铃滤波控制连电阻到地 20 脚 SHK 摘挂机状态检测及脉冲号码输出端 摘机时输出高电平 3 交流电性能参数 3 交流电性能参数 表 2 1 MH88612C 交流电性能参数 19 4 直流电性能参数 表 2 2 MH88612C 直流电性能参数 5 极限参数 表 2 3 MH88612C 极限参数 注 超过这些参数会导致永久损坏 20 6 工作条件 表 2 4MH88612C 工作条件 7 用户线接口电路主要功能 图 2 3 是 MH88612C 内部电路方框图 其主要功能说明如下 图 2 3 MH88612C 内部电路方框图 1 向用户话机供电 MH88612C 可对用户话机提供恒流馈电 馈电电流由 VBAT 以及 VDD 供给 恒定的电流为 25 mA 当环路电阻为 2K 时 馈电电流为 18 mA 具体如下 A 供电电源 VBat采用 48V B 在静态情况下 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 MH88612C 内部具有过压保护的功能 可以抵抗保护 TIP RING 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 则可保护 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 此时铃流源通过与振铃继电器连接的 15 端 RV 端 经 TIP RING 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 21 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 忙 C 用户若拨电话号码为脉冲号方式时 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 5 在 TIP RING 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 MH88612C 可以进行 TIP RING 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 6 MH88612C 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 MH88612C 提供的双向语音信号的传输衰耗均为 dB 该传输衰耗可以通过 MH88612C 用户电路的内部调整 也可通过外部电路调整 8 MH88612C 的四线端口可供语音信号编译码器或交换矩阵使用 由图 1 1 可知 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 一样 因此只对其中的一路进行分析 图 2 4 是甲方一路用户线接口电路的原理图 22 图 2 4 用户线接口电路电原理图 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 有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 当用户摘机时 发光二极管 D10 亮表示用户已处于摘机状态 TP13 由低电平变成 高电平 TP14 则由高电平变成低电平 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 命令拨号音及控制电路送出 f 450HZ U 3V 的波形 此时 在 TP12 上能检测到如图 2 5 所示波形 图 2 5 450Hz 拨号音波形 当用户听到 450HZ 拨号音信号时 用户开始拨电话号码 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 拨号音发生器停止送拨号音 用 户继续拨完号码 CPU 检测主叫所要被叫用户的号码后 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 23 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 TP10 通信时有发送话音波形 拨号时有瞬间 DTMF 波形 不通信时则此点无波 形 TP11 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 TP12 通信时有接收话音波形 摘机后拨号前有 450HZ 拨号音信号 不通信时则 此点无波形 TP13 TP14 摘挂机状态检测测量点 挂机 TP13 低电平 TP14 高电平 摘机 TP13 高电平 TP14 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 TP10 TP20 TP30 TP40 TP11 TP21 TP31 TP41 TP12 TP22 TP32 TP42 TP13 TP23 TP33 TP43 TP14 TP24 TP34 TP44 二 二 四线变换电路 在该实验系统中 二 四线变换由用户线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 MH88612C 内部电路中 已经完成了该变换 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 对该电话的要求是 1 将二线电路转换成四线电路 2 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 3 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 4 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单节 对照该实验系统中的 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 24 六 实验步骤 操作 观察 记录 1 用户电话单机的直流供电 B 的观测 即甲方二路中的测量点为 TP1A TP1B A 挂机状态 B 摘机状态 2 摘 挂机状态检测的观测 3 被叫话机振铃 R 的观测 七 实验注意事项 当实验过程中出现不正常现象时 请按一下 复位 键 以使系统重新启动 八 实验报告要求 1 画出本次实验电路方框图 并能说出其工作过程 2 画出各测量点在各种情况下的波形图 25 实验三实验三 程控交换程控交换 PCM 编译码器实验编译码器实验 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 认真预习程控交换原理中有关这方面的内容 三 实验仪器仪表 1 主机实验箱一台 2 电话单机二台 3 20MHz 示波器一台 4 低频信号源一台 四 实验电路工作过程 1 PCM 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 3 1 a 所示 到底在什么时候被取样 在什么时序输出 PCM 码则由 A D 控制来决定 同样 PCM 码被接收到译码电路后经过译码低通 放大 最后输出模拟信号到话机 把 这两部分集成在一个芯片上就是一个单路编译码器 它只能为一个用户服务 即在同 一时刻只能为一个用户进行 A D 及 D A 变换 编码器把模拟信号变换成数字信号的规律一般有二种 一种是 律十五折线变换 法 它一般用在 PCM24 路系统中 另一种是 A 律十三折线非线性变换法 它一般应 用于 PCM30 32 路系统中 这是一种比较常用的变换法 模拟信号经取样后就进行 A 律十三折变换 最后变成 8 位 PCM 码头 在单路编译码器中 经变换后的 PCM 码是在 一个时隙中被发送出去 这个时序号是由 A D 控制电路来决定的 而在其它时隙时 编码器是没有输出的 即对一个单路编译码器来说 它在一个 PCM 帧里只在一个由它 自己的 A D 控制电路决定的时隙里输出 8 位 PCM 码 同样在一个 PCM 帧里 它的 译码电路也只能在一个由它自己的 D A 控制电路决定的时序里 从外部接收 8 位 PCM 码 其实电路编译码器的发送时序和接收时序还是可由外部电路来控制的 编译码器 的发送时序由 A D 控制电路来控制 而 A D 控制电路还是受外部控制电路的控制 同样在译码电路中 D A 控制电路也受外部控制电路的控制 这样 我们只要向 A D 控制电路或 D A 控制电路发某种命令即可控制单路编译码器的发送时序和接收 时序号 从而也可以达到总线交换的目的 但各种单路编译码器对其发送时序和接收 时序的控制方式都有所不同 象有些编译器就有二种方式 一种是编程法 即给它内 部的控制电路输进一个控制字 令其在某某时隙干什么工作 另一种是直接控制 这 时它有两个控制端 我们定义为 FSX和 FSr 要求 FSX和 FSr 是周期性的 并且它的周 期和 PCM 的周期要相同 都为 125 S 这样 每来一个 FSX 其中 codec 就输出一个 PCM 码 每来一个 FSr 其 codec 就从外部输入一个 PCM 码 图 3 1 b 是 PCM 的译码电路方框图 它的工作过程同图 3 1 a 的工作过程完 26 全相反 因此这里就不再讨论了 图 3 1 A D 及 D A 电路框图 2 本实验系统编译码器电路的设计 我们所使用的编译码器是把 codec 和 Filter 集成在一个芯片上 它的内部结构方框 图见图 3 2 所示 图 3 2 TP3067 逻辑方框图 它的外部接口可分两部分 一部分是与二 四线交换混合电路连接的模拟接口 它 与编译码器中的 Filter 发生联系 这一部分可控制模拟信号的放大倍数 另一部分是与 处理系统和交换网络的数字接口 它与编译码中的 Codec 发生联系 我们对 Codec 的 控制主要通过这些数字接口线来达到目的的 在本实验系统的 PCM 编译码电路中 甲方 1 路用户电路与乙方 1 路用户电路选用 PCM 编译码电路来实验 器件为美国国家半导体公司的 TP3067 图 3 3 是它的管脚排 列图 27 图 3 3 TP3067 管脚排列图 3 引脚符号 符号 功能 VP0 接收功率放大器的非倒相输出 GNDA模拟地 所有信号均以该引脚为参考点 VP0 接收功率放大器的倒相输出 VPI接收功率放大器的倒相输入 VFRO接收滤波器的模拟输出 VCC正电源引脚 VCC 5V 5 FSR接收帧同步脉冲 它启动 BCLKR 于是 PCM 数据移入 DR FSR为 8KHz 脉冲序列 有关定时细节见图 3 4 和图 3 5 DR 接收帧数据输入 PCM 数据随着 FSR前沿移入 DR BCLKR CLKSESL 在 FSR的前沿后把数据移入 DR的位时钟 其频率可从 64KHz 至 2 48MHz 另一方面它也可能是一个逻辑输入 以此为 在 同步模式中的主时钟选择频率 1 536MHz 1 544MHz 或 2 048MHz BCLKR 用在发送和接收两个方向 见表 3 1 MCLKR PDN 接收主时钟 其频率可以为 1 536MHz 1 544MHz 或 2 148MHz 它允许与 MCLKX 异步 但为了获得最佳性能 应当与 MCLKX 同步 当 MCLKR 连续联在低电位时 CLKX 被选用为所有内部定时 当 MCLKR 连续工作在高电位时 器件就处于掉电模式 MCLKX 发送主时钟 其频率可以是 1 536MHZ 1 544MHZ 或 2 048MHz 它允许与 MCLKR 异步 同步工作能实现最佳 性能 BCLKX 把 PCM 数据从 DX上移出的位时钟 其频率可从 64kHz 变 至 2 048MHz 但必须与 MCLKX同步 DX 由 FSX 启动的三态 PCM 数据输出 FSX 发送帧同步脉冲输入 它启动 BCLKX并使 DX上 PCM 数据 移出 DX上 有定时细节见图图 3 4 和图图 3 5 TSX开漏输出 28 在编码器时隙内为低脉冲 ANLB 模拟环回路控制输入 在正常工作时必须置为逻辑 0 当 拉到逻辑 1 时 发送滤波器和发送前置放大器输出的连 接线被断开 开而改为和接收功率放大器的 VP0 输出连接 GSX 发送输入放大器的模拟输出 用来在外部调节增益 VFXI 发送输入放大器的倒相输入 VFXI 发送输入放大器的非倒相输入 VBB 负电源引脚 VBB 5V 5 图 3 4 短帧同步定时 图 3 5 长帧同步定时 4 功能说明 1 上电 当开始上电瞬间 加压复位电路启动 COMBO 并使它处于掉电状态 所有非主要 电路都失效而 DX VFRO VP0 和 VP0 均处于高阻抗状态 为了使器件上电 一个 逻辑低电平或时钟脉冲必须作用在 CMLKR PDN 引脚上 并且 FSX和 或 FSR脉冲 必须存在 于是有两种掉电控制模式可以利用 在第一种中 MCLKR PDN 引脚电位被 拉高 在另一种模式中使 FSX和 FSR二者的输入均连续保持低电平 在最后一个 FSR 或 FSX脉冲之后相隔 2ms 左右 器件将进入掉电状态 一旦第一个 FSX或 FSR脉冲出 现 上电就会发生 三态数据输出将停留在高阻抗状态中 一直到第二个 FSX脉冲出 现为止 2 同步工作 在同步工作中 对于发送和接收两个方向应当应用相同主时钟和位时钟 在这一 29 模式中 MCLKX上必须有时钟信号在起作用 而 MCLKR PDN 引脚则起了掉电控制 作用 MCLKR PDN 上的低电平使器件上电 而高电平则使器件掉电 这两种情况中 不论发送或接收方向 MCLKX都用作为主时钟输入 位时钟也必须作用在 MCLKX上 对于频率为 1 536MHz 1 544MHz 或 2 048MHz 的主时钟 BCLKR CLKXEL 可用来选 择合适的内部分频器 在 1 544MHz 工作状态下 本器件可自动补偿每帧内的第 193 个时钟脉冲 当 BCLKR CLKSEL 引脚上的电平固定时 BCLKX将被选为发送和接收方向兼用 的位时钟 表 3 1 说明可选用的工作频率 其值视 BCLKR CLKSEL 的状态而定 在同 步模式中 位时钟 BCLKX可从 64kHz 变至 2 048MHz 但必须与 MCLKX同步 每个 FSX脉冲标志着编码周期的开始 而在 BCLKX的正沿上 从前一个编码周期 来的 PCM 数据从已启动的 DX输出中移出 在 8 个时钟周期后 三态 DX输出恢复到 高阻抗状态 随着 FSR脉冲来临 依赖 BCLKX 或在运行中的 BCLKR 负沿上的 DR 输入 PCM 数据被锁住 FSX和 FSR必须与 MCLKX R 同步 图 3 6 去耦电路 表 3 1 主时钟频率的选择 3 异步工作 在异步状态中 发送和接收时钟必须独立设置 MCLKx 和 MCLKR必须为 2 048MHZ 只要把静态逻辑电平加到 MCLKX PDN 引脚上 就能实现这一点 FSX启 动每个编码周期而且必须与 MCLKX和 BCLKX保持同步 FSR启动每一个译码周期而 且必须与 BCLKR同步 BCLKR必须为时钟信号 列于表 3 1 中的逻辑电平对于异步模 式是不成立的 BCLKX和 BCLKR的工作频率可从 64KHZ变到 2 048 MHZ 30 4 短帧同步工作 COMBO 既可用短帧 也可用长帧同步脉冲 在加电开始时 器件采用短帧模式 在这种模式中 FSX和 FSR这两个帧同步脉冲的长度均为一个位时钟周期 其定时关系 如图如图 3 6 所示 BCLKX的下降边沿当 FSX高时 BCLKX的下一个上升边沿可启动输出 符号位的三态输出 DX的缓冲器 紧随其后的 7 个上升边沿以时钟送出剩余的 7 个位 而下一个降边沿则阻止 DX输出 在 BCLKR的下降边沿当 FSR为高时 BCLKX在同步 模式 其下一个的下降边沿将锁住符号位 跟随的 7 个下降边沿锁住剩余的 7 个保留 位 5 长帧同步工作 为了应用长帧模式 FSK和 FSR这两个帧同步脉冲的长度等于或大于位时钟周期 的三倍 其定时关系如图 3 7 所示 图 3 7 PCM 编译码工作时钟电路方框图 在 64KHZ工作状态中 帧同步脉冲至少要在 160ns 内保持低 D 电位 随着 FSX或 BCLKX的上升边沿 无论哪一个后到 DX三态输出缓冲器就被启动 于是被时钟移 出的第一个比特为符号位 以后来到的 BCLKX的 7 个上升边沿以时钟移出剩余的 7 位 码 随着第 8 个上升边沿或 FSX变低 无论哪一个后发生 DX输出由 BCLKX的下降 沿来阻塞 在以后 8 个 BCLKR的下降边沿 BCLKR在同步模式 接收帧同步脉冲 FSR的上升边沿将锁住 DR的 PCM 数据 6 发送部件 发送部件的输入端为一个运算放大器 并配有两个调整增益的外接电阻 在低噪 声和宽频带条件下 整个音频通带内的增益可达 20dB 以上 该运算放大器驱动一个增 益为 1 的滤波器 由 RC 有源前置滤波器组成 后面跟随一个时钟频率为 256KHZ的 8 阶开关电容带通滤波器 该滤波器的输出直接驱动编码器的抽样保持电路 在制造中 配入一个精密电压基准 以便提供额定峰值为 2 5V 的输入过载 tmax FSX帧同步脉 冲控制滤波器输出的抽样 然后逐次逼近的编码周期就开始 8 位码装入缓冲器内 并 在下一个 FSX脉冲下通过 DX移出 整个编码时延近似地等于 165us 加上 125us 由于 编码时延 其和为 290us 7 接收部件 接收部件包括一个扩展 DAC 数模转换器 而它又驱动一个时钟频率为 256KHZ 的 5 阶开关电容低通滤波器 译码器是依照 A 律 TP3067 设计的 而 5 阶低通滤波 器校正 8KHZ抽样 保持电路所引起的 sinx x 衰减 在滤波器后跟随一个其输出在 VFRO 上的 2 阶 RC 低通后置滤波器 接收部件的增益为 1 但利用功率放大器可加大 增益 当 FSR 出现时在后续的 8 个 BCLKR BCLKX 的下降边沿 DR输入端上的数 31 据将被时钟控制 在译码器时隙的终端 译码循环就开始 而在 10us 左右 译码器更 新时间 加上 110us 滤波器时延 与 62 5us 半帧 其和近似地等于 180us 8 接收功率放大器 两相倒相模式功率放大器用来直接驱动一个匹配的线路接口电路 编译码器的功能比较强 它既可以进行 A Law 变换 也可以进行 Law 变换 它的数据既可心固定速率传送 也可以可变速率传送 它既可以传输信令帧也可以选 择它传送无信令帧 并且还可以控制它处于低功耗备用状态等 到底使用它的什么功 能可由用户通过一些控制来选择 在本实验中我们选择它进行 A Law 变换 以 2 048 Mbit 来传送信息 信息帧为 无信令帧 它的发送时序与接收时序直接受 FSX和 FSR的控制 还有一点 编译码器一般都有一个 PDN 降功耗控制端 PDN 1 时 编译码能正 常工作 PDN 0 时 编译码器处于低功耗状态 这时编译码器其它功能都不起作用 我们在设计时 可以实现对偏译码器的降功耗控制 这时 用户摘机 编译码器工作 用户挂机 编译码器低功耗 另外有一点希望特别引起注意的是 输入编译码器的电源和信号的要求问题 编 译码器是本实验中最易受损器件 稍有不慎就有烧环的可能 所以我们在实验中要求 特别细致 我们要求做到以下几点 1 在使用中要注意编译码器芯片说明中的要求 2 在实验中要细心 接线正确 在通电前对各电源都要求采取去耦措施 去耦 可以用一大电容 10uF 的一个 0 1 uF 的电容一起并联到电源上 如图 3 6 所示 以便滤去电源的高低频频率和由于开关所接收到的大电流尖峰信号 3 芯片应该远离继电器 因为继电器的动作及振铃电压的出现 中继和环路电 流浪涌都会产生巨大的暂态现象 连接的导线之间以因芯片与这些电路在同一电路板 上相隔较近 将可能产生感应耦合而影响芯片的工作 4 使用时 在关电源之前应该做好如下几项工作 1 将所有外来的输入信号 如时钟 同步脉冲等 去除 即先关掉其他几部 分的电源 最后关编译码器的电源 以免在关电后仍有信号输入 2 将示波器去掉 以免关电后因示波器引起的静电对芯片产生影响 5 测试设备必须接地 6 芯片应存放在有屏蔽的地方 以防止静电积累 5 PCM 编译码电路的工作时钟 由上述电路分析可知 PCM 编译码电路所需的工作时钟为 2 048MHZ FSR FSX 帧同步信号为 8KHZ窄脉冲 图 3 7 是时钟电路框图 图 3 8 是该电路各测量点波形图 图 3 9 是它的电原理图 图 3 10 是二 四线及 PCM 编译码电路的电原理图 32 图 3 8 PCM 编译码工作钟各测量点波形图 五 实验内容 PCM 编译码 C 的功能实验 六 实验步骤 PCM 编译码电路 C 1 测量并分析 PCM 时钟电路各测量点的波形 2 将开关 K11 的 2 和 3 脚用跳线器相连 将一外加音频信号正弦波接入至 M10 输入端上 再将开关 K13 和 2 和 3 脚相连 即对 PCM 编译码电路进行自环实验 逐点观察 TP15 TP16 TP17 等各测量点波形 3 该项实验做完后 再将开关 K11 与 K13 的跳线器分别置到 1 和 2 脚之间 以保证电话通信的畅通 图 3 11 是 PCM 编译码输入输出波形图 有一点需注意 PCM 编译码电路中 在没有外加信号输入时 PCM 编码电路还是有输出的 此时该芯 片对输入随机噪声进行编译码 一旦有信号输入 它会立即对输入信号进行编码 33 图 3 9 PCM 编译码工作时钟电原理图 图 3 10 二 四线变换及 PCM 编译码电原理图 七 实验注意事项 1 在进行 PCM 实验时 对 TP3067 芯片要特别小心谨慎操作 5V 5V 电源必 须同时加入 以保证该芯片有接地回路 否则 该芯片特别容易损坏 2 观测各测量点波形时 示波器探头不能乱碰到其它测量点 34 图 3 11 PCM 编译码电路输入 输出波形图 八 实验报告要求 1 画出各测量点的波形 注明在何种状态下测试到的波形 2 写出对实验电路的改进措施 有何体会 35 实验四实验四 多种信号音及铃流信号发生器实验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 实验仪器仪表 1 主机实验箱一台 2 电话机二台 3 20MHz 示波器一台 4 三用表一台 四 电路工作过程 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 下面是本实验系统的传送信号流程 见图 4 1 所示 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 它们的详细说明分别见实验二和实验五 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 两种方式 a 各种可闻信号 一般采用频率为 450Hz 的交流信号 例如 拨号音 Dial tone 连续发送的信号 回铃音 Ringing tone 1 秒送 4 秒断的 5 秒断续信号 与振铃一致 忙音 busy tone 0 35 秒送 0 35 秒断的 0 7 秒断续信号 通知音 0 2 秒送 0 2 秒断 0 2 秒送 0 6 秒断的 1 2 秒不等间隔断续信号 催挂音 连续音 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 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 有一点需要说明的是 由于本实验系统属于实验型的 为了让学生实验方便 因 而有些电路要求能用硬件电路实现的就不用软件来完成 而用硬件电路来完成 这样 便于实验教学 比如 在实际通信过程中 多种音信号在程控交换机中 都是