T-S-T数字交换网络设计兰州理工大学

1、 现代交换原理课程设计 课设题目：T-S-T数字交换网络设计 专业班级：通信工程（1）班 学生姓名： 学生学号：09250113 指导老师：蔺莹目录摘要3第一章 T-S-T交换网络工作原理41.1时间交换单元41.2空间交换单元5第二章 元器件介绍72.1交换芯片MT898072.2空分交换MT881692.3控制单元AT89C5112第三章 硬件设计及实现133.1原理框图133.2 TST交换网络设计思路133.3容量与速率143.4所需控制程序143.5 控制过程分析17第四章 设计缺点及改进方式184.1设计特点及不足184.2改进意见18设计总结及心得体会19参考文献20 摘要 一个

2、完整的通信系统由终端、交换、传输三部分构成，交换是通信系统的核心，因此，“现代交换原理”是通信专业的重要专业基础课程。其中，时分接线器( T 型) 和空分接线器( S型)是程控交换技术中最基本的交换单元电路。单独的T接线器和S接线器，只适用于容量比较小的交换机，而对于大容量的交换机通常选用空分交换芯片和时分交换芯片构成T-S-T交换网络，完成多语音用户间的交换。本设计要求学生在学习现代交换原理的基础上，掌握T接线器和S接线器的功能，以及构成T-S-T交换网络的方法，正确理解接线器的组成、工作方式和工作原理，这对学习和分析电话通信网、程控交换机是非常有益的。本设计主要采用时间交换芯片MT8980

3、、空间交换芯片MT8816、单片机AT89C51。其中，输入级T型接线器为顺序写入、控制读出，中间级S型接线器为输入控制方式也可以是输出控制工作方式，输出级T型接线器工作方式为控制写入、顺序读出。关键词：数字交换网络 T接线器 S接线器 时隙交换 第一章 T-S-T交换网络工作原理1.1时间交换单元时间交换单元又称为时间接线器，简称为T单元或T接线器，其功能是完成一条PCM复用线上各时隙之间的信息交换。如下图所示，时间交换单元主要由信息存储器和控制存储器构成。信息存储器用来暂时缓存存储要交换的信息，控制存储器用来寄存脉冲码信息的时隙地址。顺序写入信息存储 器控制 存储 器控 制 读 出0信息5

4、02550控制写入24025550控 制 写入240255信息信息存储器0顺序读出顺序读出控制写入50255240控制 存储 器0顺序写入 (a)顺序写入，控制读出 （b）控制写入顺序读出T接线器的组成和原理图设输入话音信号在TS50，要求经过T接线器以后交换至TS240上去，然后输出至下一级。下面分别介绍两种工作方式的原理。“顺序写入，控制读出”的工作原理：CPU根据这一要求，通过软件在控制存储器的240号单元写入“50”.这个写入是由CPU控制进行的，因此把它叫做“控制写入”。控制存储器的读出由定时脉冲控制，按照时隙号读出相对应单元内容。如0时隙读出0单元内容;1时隙读出1单元内容这种工作

5、方式叫做“顺序读出”。话音存储器的工作方式正好和控制存储器的方式相反，即是“顺序写入，控制读出”。即，由定时脉冲控制，按顺序将不同时隙的话音信号写入相应的单元中去。写入的单元号和时隙号一一对应。而读出时则要根据控制存储器的控制信息(读出数据)而进行。由于向话音存储器输入话音信号不受CPU控制，而输出话音信号(读出时)受到由CPU控制的控制存储器的控制，因此把它总称为“顺序写入，控制读出”方式。根据图中的例子，话音的输入时隙号为50，在定时脉冲控制下就可写入到50号单元中。因为CPU在控制存储器中的240号单元己写入了内容“50”，在定时脉冲控制下，在TS24O这一时间，从控制存储器的地址240

6、中读出内容为“50”，把它作为话音存储器读出地址，立即读出话音存储器的50号单元。这就是原来在50号时隙写入的话音信号内容。因此在话音信号50号单元读出时己经是TS24O了，即己把话音信号从TSSO交换到TS240，实现了时隙交换。“控制写入，顺序读出”的工作原理：话音存储器的写入要受控制存储器的控制，而其读出则受定时脉冲控制按顺序读出，所以称为“输入控制”。控制存储器仍然是由CPU控制写入，在定时脉冲控制下按顺序读出。但是CPU写入到控制存储器的内容却不同了。如图(b)所示，CPU要在控制存储器的50号单元写入内容“240”。然后控制存储器按顺序读出，在TS50时读出内容“240”，作为话音

7、存储器写入地址，将输入端Ts50中的话音内容写入到240号单元中去。话音存储器按顺序读出，在TS240读出240号单元内容，这也就是TS50的输入内容，这样就完成了时隙交换。1.2空间交换单元空间交换单元又称为空间接线器，简称为S单元或S接线器，其作用是完成不同PCM复用线之间同一时隙的信码交换。如下图所示，它由交叉接点矩阵和控制存储器组成。1 122cmcmcmcm0c11001143101143101011010PCM0PCM0PCM1PCM1PCM1PCM1PCM0PCM0TS1TS1TS14TS14 （a）输入控制方式 （b）输出控制方式S接线器的组成和原理图上图表示22的交叉接点矩阵

8、，它有2条输入复用线和2条输出复用线。控制存储器的作用是对交叉接点矩阵进行控制，控制方式有以下两种。输入控制方式：它按输入复用线来配置CM，即每一条输入复用线有一个CM，由这个CM来决定该输入PCM线上各时隙的信码，要交换到哪一条输出复用线上去。输出控制方式：它按输出PCM复用线来配置CM，即每一条输出复用线有一个CM，由这个CM来决定哪条输入PCM线上哪个时隙的信码，要交换到这条输出PCM复用线上来。S接线器的工作原理：以输入控制方式为例。设输入PCM0的TS1中的信码要交换到输出PCM1中去，当时隙1时刻到来时，在CM0的控制下，交叉点01闭合，使输入PCM0的TS1的信码直接转送至输出P

9、CM1的TS1中去。同理，在改图中把输入PCM1的TS14的信码，在时隙14时由CM1控制10交叉点闭合，送至PCM0的TS14中去。因此，S接线器能完成不同的PCM复用线间的信码交换，但是在交换中其信码所在的时隙位置不变，即它只能完成同时隙内的信码交换。故S接线器不能单独使用。而输出控制方式S接线器工作原理与输入控制方式的工作原理是相同的。 第二章 元器件介绍2.1交换芯片MT8980 本设计中实现话音交换功能的芯片是MT8980。2.1.1 MT8980的管脚说明其芯片引脚图如下所示：STi0-STi7：8路串行输入的PCM基群(32信道)码流,速率为2.048 Mb/s。ST00-STO

10、7：8路三态串行输出的PCM基群码流,速率为2.048 Mb/s。A0A5:微处理器接口时地址信号输入。D0D7:微处理器接口时双向数据输入/输出(三态)。C4i:时钟输入,频率为4.096 MHz,串行码流由此时钟的下降沿定位。F0i:帧同步脉冲输入,它作为2.048 Mb/s码流的同步信号,低电平使内部计数器在下次负跳变时复位。CS:片选信号输入,低电平有效。DS:微处理器接口时数据输入选通信号,高电平有效。R/W:微处理器接口时读、写控制信号,若输入高电平,为读出;若输入低电平,则为写入。DTA:数据应答信号输出(开漏输出),它为微处理器接口时数据证实信号,若此端下拉至低电平,电路处理完

11、数据,通常DTA经909接+5 V。ODE:输出驱动允许。若该输入保持高电平,则SDO0SDO7输出驱动器正常工作;若为低电平,则SDO0SDO7呈高阻。CST:控制总线输出。每帧由256 b组成,每码元为接续存储器高位256个存贮单元第1位的值。第0码流相应的码元先输出。2.1.2 MT8980的功能说明其功能框图如图所示，该芯片由串/并变换器、数据存储器、帧计数器、控制寄存器、控制接口单元、接续存储器、输出复用器与并/串变换器等部分构成。MT8980功能框图串行PCM数据流以2.048Mb/s速率分八路由STI0STI7输入，经串/并变换，根据码流号和信道号依次存入2568比特数据存储器的

12、相应单元内。控制寄存器通过接口，接受来自微处理器的指令，并将此指令写入到接续存储器。这样，数据存储器中各信道的数据按照接续存储器的内容，以某种顺序从中读出，再经复用、缓存、经并一串变换，变为时隙交换后的八路2.048Mb/s串行码流STO0STO7，从而达到数字交换的目的。如果不再对控制寄存器发出命令，则电路内部维持现有状态，刚才交换过的两时隙将一直处于交换过程，直到接受新命令为止。接续存储器的容量为25611位，分为高3位和低8位两部分，前者决定本输出时隙的状态；后者决定本输出时隙所对应的输入时隙。另外，由于输出多路开关的作用，电路还可以工作于消息或报文模式，以使接续存储器低8位的内容作为数

13、据直接输出到相应的时隙中去。MT8980的全部动作均由微处理器通过控制接口控制。外部CPU可以读取数据存储器、控制寄存器和接续存储器的内容，并可向控制寄存器和接续存储器写入指令。此外，还可置电路于分离方式，即微处理器的所有读操作均读自于数据存储器，所有写操作均写至接续存储器的低8位。 表1寻址表A5A4A3A2A1A0地址寻址位置0XXXXX00-1F控制寄存器10000020时隙010000121时隙11111113F时隙31串行PCM数据流以2.048Mbit/s速率分八路由STI0STI7输入，经串/并变换，根据码流号和信道号依次存入2568比特数据存储器的相应单元内。控制寄存器通过接口

14、，接受来自微处理器的指令，并将此指令写入到接续存储器。这样，数据存储器中各信道的数据按照接续存储器的内容，以某种顺序从中读出，再经复用、缓存、经并/串变换，变为时隙交换后的八路2.048Mbit/s串行码流STO0STO7，从而达到数字交换的目的。如果不再对控制寄存器发出命令，则电路内部维持现有状态，刚才交换过的两时隙将一直处于交换过程，直到接受新命令为止。接续存储器的容量为25611位，分为高3位和低8位两部分，前者决定本输出时隙的状态；后者决定本输出时隙所对应的输入时隙。另外，由于输出多路开关的作用，电路还可以工作于消息或报文模式，以使接续存储器低8位的内容作为数据直接输出到相应的时隙中去

15、。 MT8980的全部动作均由微处理器通过控制接口控制。外部CPU可以读取数据存储器、控制寄存器和接续存储器的内容，并可向控制寄存器和接续存储器写入指令。此外，还可置电路于分离方式，即微处理器的所有读操作均读自于数据存储器，所有写操作均写至接续存储器的低8位。2.2空分交换MT8816空分交换MT8816芯片为CMOS大规模集成电路芯片，是一片816模拟交换矩阵，有8条COL线（L0L7）和16条ROW线（ROW0ROW15），形成一个模拟交换矩阵，它们可以通过任意一个交叉点接通。 图3.1空分交换网络芯片MT8816功能图。 图3.2MT8816交换矩阵示意图图中有8条COL线（COL0-C

16、OL7）和16条ROW线（ROW0ROW15），形成一个模拟交换矩阵。它们可以通过任意一个交叉点接通。芯片有保持功能，因此可以保持任一交叉点处于接通状态，直至有断开控制信号或复位信号为止。CPU可以通过地址线ACOL2ACOL0和数据线AROW3AROW0控制和选择需要接通的交叉点号。ACOL2ACOL0管COL7COL0中的一条线。ACOL7ACOL0编成二进制码，经过译码以后就可以接通交叉点相应的COLi；数据线AROW3AROW0管ROW15ROW0中的一条。AROW3AROW0也是编码的，经过译码以后就可以接通交叉点相应的ROWi；控制相应ROWi的以接通有关的交叉点。例如要接通COL

17、1和ROW8之间的交叉点。这时一方面向ACOL2ACOL0。送“001”，另一方面向AROW3 AROW3送 “1000”。并使DI为高电平，当送出地址启动门ST时，就可以将相应交叉点接通了，图中还有一个端子叫“RESET”复位端。当RESET为“1”时，全部交叉点就断开了。 表3.1 MT8816地址译码真值表 MT8816工作原理MT8816是一片816模拟交换矩阵CMOS大规模集成电路芯片，如图3.2所示，图中有8条COL线（COL0COL7）和16条ROW线（ROW0ROW15），形成一个模拟交换矩阵。它们可以通过任意一个交叉点接通。芯片有保持电路，因此可以保持任一交叉接点处于接通状态

18、，直至来复位信号为止。CPU可以通过地址线ACOL2ACOL0和数据线AROW3AROW0进行控制和选择需要接通的交叉点号。ACOL2ACOL0管COL7COL0中的一条线。ACOL2ACOL0编成二进制码，经过译码以后就可以接通交叉点相应的COLi；AROW3AROW0管ROW15ROW0中的一条。AROW3AROW0编成二进制码，经过译码以后就可以接通交叉点相应的ROWi。例如要接通L1和J0之间的交叉点。这时一方面向ACOL0ACOL2送001，另一方向面向AROW3AROW0送0000，当送出地址启动门ST时，就可以将相应交叉点接通了。图中还有一个端子叫”CS”，它是片选端，当CS为”

19、1”时，全部交叉点就打开了。综上所述，该电路是由7128线地址译码器、128位控制数据锁存器与816开关阵列组成，在电路处于正常开、关工作状态下，CS应为高电平，RESET为低电平，地址码输入选择锁存单元及开关阵列对应的交叉点处于开的状态，这样数据DI在ST下降沿时刻被异步写入锁存单元，并控制所选交叉点开关的通、断，若DI为低电平，则开关截止，其地址译码真值表如表3.1所示。2.3控制单元AT89C51 控制单元控制着各模块协调有序的完成呼叫的全过程，本设计中采用AT89C51单片机完成。3.3.1 AT89S51的管脚说明 该单片机的引脚图如下： VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源G

20、ND(Pin20)：接地线XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。PO口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位准

21、双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.7 第三章 硬件设计及实现3.1原理框图 单片机3.2 TST交换网络设计思路 本设计实现第1个接线器的时隙1与第2个接线器的时隙30的交换过程，其硬件连接图如附图所示。该交换网络用了两片MT8980，一片MT8816，一片AT89C51,还有一片74HC573和时钟发生器8284A。信号在初级T和S接线器中进行时隙和空间交换后，进入次级T接线器中进行二次时隙交换。 在硬件连接图中时钟发生器8284A发出频率f=4.096MHZ的信号，分别接到T接线器MT8980的14引脚的C4I

22、和单片机AT89C51的18号引脚上；单片机AT89C51采用外部振荡器，所以AT89C51的18号引脚接外部振荡信号的输入。AT89C51的RST引脚用于复位信号的输入，在高电位下工作，它的DS接到MT8980的DS上进行分时片选，以保证它们来实现双线的信息交换，保证TST数字交换网络的正常运行，避免拥塞。 当4路PCM信号进入初级T接线器MT8980时，串行PCM数据流以2.048MB/S的速率有STI0STI3输入，经由串并转换后，根据码流信号和信道（时隙）号依次存入256*8比特的数据存储器的相应单元内。控制存储器通过控制接口，接受AT89C51的指令，并将此指令写到连接存储器中。AT

23、89C51通过P00P07将地址分别送入T接线器MT8980和锁存器74HC573进行锁存。当信息在T接线器MT8980进行完时隙交换后进入S接线器MT8816中来实现看见的交换，此时74HC573将锁存的地址送入S接线器MT8816中。同时锁存器74HC57将片选信号送入MT8816的CS中，将S接线器选通，使得MT8816开始工作。AT89C51可以通过地址线ACOL0ACOL2和AROW0AROW3进行控制和选择需要接通的交叉点号。ACOL0ACOL2管COL0COL7中的一条线。ACOL0ACOL2编成二进制码，经过译码以后就可以接通交叉点相应的COLi（i=0，1，2，3，4，5，6

24、，7）；AROW3AROW0管ROW15ROW0中的一条。AROW0AROW3编成二进制码，经过译码以后就可以接通交叉点相应的ROWj。 AT89C51通过DS将次级T选通，通过地址线送入次级T，再次完成时隙的交换，通过以上过程可以实现完整的TST交换。3.3容量与速率 串行PCM数据流以2.048Mbit/s速率分八路由STI0STI7输入，经串/并变换，根据码流号和信道号依次存入2568比特数据存储器的相应单元内。控制寄存器通过接口，接受来自微处理器的指令，并将此指令写入到接续存储器。这样，数据存储器中各信道的数据按照接续存储器的内容，以某种顺序从中读出，再经复用、缓存、经并/串变换，变为

25、时隙交换后的八路2.048Mbit/s串行码流STO0STO7，从而达到数字交换的目的。如果不再对控制寄存器发出命令，则电路内部维持现有状态，刚才交换过的两时隙将一直处于交换过程，直到接受新命令为止。接续存储器的容量为25611位，分为高3位和低8位两部分，前者决定本输出时隙的状态；后者决定本输出时隙所对应的输入时隙。另外，由于输出多路开关的作用，电路还可以工作于消息或报文模式，以使接续存储器低8位的内容作为数据直接输出到相应的时隙中去。3.4所需控制程序 前T级与后T级都采用顺序写入，控制读出，S级采用输出端控制，对入线进行选择。具体程序如下：DATA SEGMENT ；定义数据段 R1 D

26、B ？ R2 DB ？DATA ENDSCODE SEGMENT ；定义代码段 ASSUME CS:CODE,DS:DATAMAIN PROC FAR ；主程序START: MOV AX,DATA ；初始化DS MOV DS,AX MOV A,R2 ORL A,#60H ；P2.6=1R，P2.6=0W MOV P2,A ；P2.5=1时隙，P=0控制 SETB P1.4 ；置DS为高 LOOP3:MOV C,P1.5 JC LOOP3 ；DTA不为0时等待 MOV A,P0 CLR P1.4 SETB P2.7 ；CS=1 R1 EQU 00011001B CALL W-CONTROL ；调

27、用写MT8980控制寄存器子程序 R1 EQU 00000001B R2 EQU 00000001B CALL W-CONNECTION ；调用写MT8980连接存储器子程序 R1 EQU 00010001B CALL W-CONTROL ；调用写MT8980控制寄存器子程序 R1 EQU 00100001B R2 EQU 00000001B CALL W-CONNECTION ；调用写MT8980连接存储器子程序 CALL W-S ；调用对MT8816的控制子程序R1 EQU 00011010B CALL W-CONTROL ；调用写MT8980控制寄存器子程序 R1 EQU 0000000

28、1B R2 EQU 00000010B CALL W-CONNECTION ；调用写MT8980连接存储器子程序 R1 EQU 00010010B CALL W-CONTROL ；调用写MT8980控制寄存器子程序 R1 EQU 00100111B R2 EQU 00000010B CALL W-CONNECTION ；调用写MT8980连接存储器子程序 RET MAIN ENDP W-CONNECTION PROC NEAR ；完成写MT8980连接存储器子程序MOV A,R2 ORL A,#20H ；P2.6=1R，P2.6=0W MOV P2,A ；P2.5=1时隙，P=0控制 MOV

29、P0,R1 SETB P1.4 ；置DS为高 LOOP3:MOV C,P1.5 JC LOOP1 ；DTA不为0时等待 CLR P1.4 SETB P2.7 ；CS=1 RET W-CONNECTION ENDPW-CONTROL PROC NEAR ；完成写MT8980控制寄存器子程序 MOV P2,#00H ；P2.5=0控制 MOV P0,R1 SETB P1.4 ；置DS为高 LOOP2:MOV C,P1.5 JC LOOP2 ；DTA不为0时等待 MOV A,P0 CLR P1.4 SETB P2.7 ；CS=1 RET W-CONTROL ENDPM-S PROC NEAR ；完成

30、对MT8816的控制子程序 MOV AL,10000000B ；锁存器74HC573入口地址 MOV DX,0010010B ；写交叉点控制字 OUT DX,ALM-S ENDPCODE ENDSEND START3.5 控制过程分析 以上程序中首先完成对第一个T接线器的控制，具体步骤为：（1）调用W-Conlrol子程序，写控制寄存器=R1=00011001，完成选ST01Ch01的连接存储器高位。（2）调用W-Connection子程序，Rl=000000001，R2=00000001，写连接存储器高位CMHb2=0为交换模式。（3）调用W-Control子程序，写控制寄存器=R1=000

31、10001，选ST01Ch01的连接存储器低位。（4）调用W-Connection子程序，RI=00100001，R2=00000001，写连接存储器的低8位。然后再对S接线器控制：调用W-S子程序，完成对MT8816的控制。最后对第二个T 接线器进行控制，具体步骤为：(1)调用W-Conlrol子程序，写控制寄存器=R1=00011010，选ST02Ch030的连接存储器高位。(2)调用W-Connection子程序，Rl=00000001，R2=00000010，写连接存储器高位CMHb2=0为交换模式。(3)调用W-Control子程序，写控制寄存器=R1=00010010，选ST02C

32、h030的连接存储器低位。(4)调用W-Connection子程序，RI=00100111，R2=00000010，写连接存储器的低8位。 这样，就完成了输入群路0的信道2到输出群路2的信道3的交换。第四章 设计缺点及改进方式4.1设计特点及不足MT8816是一片816模拟交换矩阵CMOS大规模集成电路芯片有8条COL线（COL0COL7）和16条ROW线（ROW0ROW15），形成一个模拟交换矩阵。它们可以通过任意一个交叉点接通。芯片有保持电路，因此可以保持任一交叉接点处于接通状态，直至来复位信号为止。因为此次课设用于实现的是4*32=128路的交换网络，所以对芯片有一些浪费，仅仅使用了一半的容量。MT8980在此次课设中仅仅用于时间交换，其实它不但可以进行时间交换还可以进行空间交换。在此次课设中没有将它的作用最大化。4.2改进意见大型的数字交换网络普遍采用TST（时分-空分-时分）三级结构，它由两个T级和一个S级组成，如下图所示；因为采用两个T级，可充分利用时分接线器成本低和无阻塞的特点，并利用S级扩大容量，使他具