程控交换机方案设计

1、.程控交换机设计方案学号： 2013914115姓名：邓志成班级 :13 电信-目录-摘要第一章绪论1.1设计目的1.2程控交换系统的介绍1.3程控交换系统的整体设计方案第二章程控交换硬件系统2.1话路系统及其实现2.2控制系统及其实现2.3时分交换电路第三章程控交换软件系统.3.1软件系统实现流程3.2程序的部分代码第四章方案设计总结摘要自从 20世纪 60年代中期出现模拟程控交换机及 70年代初期推出数字程控交换机以来 , 程控交换技术迅速发展。 同时 , 由于人们对信息处理的需求迅速增长 , 除电话业务外 , 各种非电话业务如传真、 用户电报、电子邮件、 可视图文及数据通信等迅速兴起 ,

2、 因此除了电话网外 , 还存在其他的专用网络。 当用户需要使用不同的通信业务时 , 必须按照业务类型分别向电信部门申请 , 引入不同的专用用户线和中断 , 使用不同的规程和方式 , 这给用户和管理部门都带来了不便。 再者 , 建设专用网必然存在投资大、 线路利用率低、 重复建设等弊病。 解决这些问题的就是用一个单一的网络综合业务数字网 ISDN来提供各种不同类型的业务。 小型字程控交换机以其成本低、 易改造、线路利用率高等优势 , 使其在综合业务数字网中有很大的开发潜力。关键字：程控交换机通信时分复用第一章绪论.1.1 设计目的程控交换课程设计旨在提高我们在通信领域内的理论认识和实践动手能力，

3、培养我们综合运用理论知识解决实际问题的能力。巩固和加深对控制理论基本知识的理解和对仪表的认识， 培养创新能力，经过搜集资料， 初步方案设计， 系统组建，撰写设计报告的过程，得到一次科学研究工作的初步训练， 提高科研综合素质。 为后续课程的学习、毕业设计乃至毕业后的工作打下一个良好的基础1.2 程控交换系统的介绍自从 20世纪 60年代中期出现模拟程控交换机及 70年代初期推出数字程控交换机以来 , 程控交换技术迅速发展。 同时 , 由于人们对信息处理的需求迅速增长 , 除电话业务外 , 各种非电话业务如传真、 用户电报、电子邮件、 可视图文及数据通信等迅速兴起 , 因此除了电话网外 , 还存在

4、其他的专用网络。 当用户需要使用不同的通信业务时 , 必须按照业务类型分别向电信部门申请 , 引入不同的专用用户线和中断 , 使用不同的规程和方式 , 这给用户和管理部门都带来了不便。 再者 , 建设专用网必然存在投资大、 线路利用率低、 重复建设等弊病。 解决这些问题的就是用一个单一的网络综合业务数字网 ISDN来提供各种不同类型的业务。 小型字程控交换机以其成本低、 易改造、线路利用率高等优势 , 使其在综合业务数字网中有很大的开发潜力。数字程控交换机是数字电话网， 移动电话网及综合业务数字网的关键设备，在通信网中起着非常重要的作用。1.3 程控交换系统的整体设计方案本程控交换系统主要由用

5、户线接口电路，中心控制单元，交换网络以及相应的软件系统构成。其整体的设计如下：.用户电路用户电路交换网络CPU中央用户电路处理单元用户电路实验系统原理框图该系统的各模块功能如下 :(1) 用户模块电路主要完成 BORSCHT七种功能，它由下列电路组成： 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，信

6、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。.第二章程控交换的硬件系统2.1 话路系统及其实现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

7、（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（SubscriberLine InterfaceCircuit SLIC）。任何交换机都具有用户线接口电路。2. 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

8、 常为 25Hz/75Vrms 正弦波。模拟用户线接口功能见图2-1 。(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，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

9、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。铃流发生器馈电电源过馈混低通编发送码流振码压器模铃电合拟保用平衡户控护网络线电电制电解低通码接收码流路路路器振铃控用户线制信号状态信号模拟用户线接口功能框3. 为了实现以上的功能， 我们选用的是 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

10、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。4用户接口电路的电路原理图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相同，因此只对其中的一路进行分析。图是用户 1 用户线接口电路的电路原理图。.用户线接口电路原理图5PCM编译码器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、编码在本实验系统的PCM编译码电路中的器件为美国国家半导体公司的TP3067。图 3-2 是它的管脚排列图。图 3-2 TP3067管脚排列图2.2 控制系统及其实现1. 单片机控制系统针对交换机的功能要求，进行了可能性论证及系统的设计。控制

11、系统stc89c52 单片机作为核心。该单片机数 MCS-51的改进型，是一种内置 4K FLASH ROM,大大简化单片机系统的结构。译码器采用 TEL 公司的 MT8870DTMF接收器，用于接收电话的号码以及处理分机切换。.1.1电话摘机检测电路电话摘机检测电路所示，由三极管 BG1，电阻 R1，R2， R3，电容 C1 以光耦 IC1 组成，当电话处于挂机是其显高阻状态， R1 没有电流流过，BG1为 截至状态，电路输出为高电平。 但电话机摘机后， 其为低阻状态，电路输出为低电平 P1.0-P1.3, 使得单片机可以判断 4 个电话分机的摘，挂机状态。1.2 振铃检测电路振铃检测电路由

12、整流桥 D1，电阻 R4，电容 C1，稳压二极管 D2以及光耦 IC2 等组成。通过以下电路就可以将模拟的振铃信号装换为数字的脉冲信号， 送单片机以判断是否有振铃信号。.1.3 铃流电流铃流用于对分机电话呼叫，铃流 dialup 由 25hz 振荡器，秒振荡器以及控制使能等组成。1.4 内部通话馈电电路内部通话馈电电路实在分机间通话时，由于不能使用电话线的馈电而设置。.2. 双音多频检测电路本模块电路中，DTMF接收器采用 MT8870芯片。DTMF接收器包括 DTMF分组滤波器和DTMF译码器，双音多频电路图如图所示。电话单机拨号时产生 DTMF信号对 ( 按键声 ) ， DTMF信号对先经

13、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 2 路低频 fL 、高频 fH 信号输出。该 2 路信号经译码、锁存、缓冲，恢复成对应于 16 种DTMF信号音对的 4bit二进制码 ( D01 D04)。通过外接 3 579 5 MHz晶体，与内含振荡器产生基准频率信号。通过对ECO初始控制输出的检测来识别双音多频信号，若电路检测出一可识别的单音对，此端即变为高电平， 若无输入信号或连续失真， 则ECO返回至低电平。 与此同时 ECO通过外接 328 向C315充电，得到控制输入 CI / GT ，若此输入电压高于门限值VTSt，则电路将接收 DTMF单音对，并

14、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。 另外，CI 信号经形成和延时， 从延迟控制输出 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， 若CI 超过 VTSt，输出锁存器被更新， 则CID 为高电平，若积分电压降到门限 VTst 以下，CID 也回到低电平。2.3 时分交换电路时分交换的基本组成是一个话音存储器和一个控制存储器。话音存储器是暂时存储输入数字信号。如果是一条输入线只需要一个32X8的 RAM存储器。而现在专用的交换芯片（如 MT8980）一般有 8条 2.048Kb/s 输入线和 8条输出线。它们内部的.话音存储器的容量是

15、2568。控制存储器是用来寄存话音时隙的地址。话音存储器有两种工作方式， 一种是时钟写入， 控制读出。另一种是控制写入， 时钟读出。MT8980 的功能框图如图 5 所示，它是集成度较高的数字交换电路，可用于中、小型程控用户数字交换。MT8980是加拿大 MITEL公司的数字交换矩阵芯片。(1) 它的主要特点是： MITEL串行总线（ ST-BUS） 8 32时隙输入 8 32时隙输出 256 个用户的无阻塞交换单电源（ +5V）供电 30mW的低功耗微处理器的接口三态串行输出这个大规模集成电路是为 PCM的语音或者数据交换设计的。 可用在交换机中。 它共联接 256 个 64kbps 通道。

16、 8 个串行输入均由 32 个 64kbps 组成，即形成一个 2.048Mbps 串行总线码流。 另外，MT8980对串行总线的时隙可以进行读写， 因此可以用这种方式进行串行通信。(2) 管脚说明（管脚顶视图如图7-3 所示）：.MT8980 的管脚图MT8980 的功能框图第三章程控交换的软件系统3.1软件实现流程1时分交换单片机控制模块的控制原理, 如图。(1) 时分交换控制模块主要完成以下功能：控制接续、环路检测、振铃控制、双音多频收号。(2) 控制接续主要完成以下功能：送各种信号音（如拨号音、忙音、回铃音）、停信号音和实现两个电话的接续与断开。.(3) 环路检测主要是检测电话的环路状

17、态，然后通过软件来判断电话的摘挂机。(4) 振铃控制主要完成给被叫送振铃。(5) 双音多频收号主要是接收收号电路（双音多频收号器）送来的电话号码。PCM输入总线话音存储器接续地址控制控 制存储器时分交换单片机控制原理U108255CPU中央控制单元U218255PCM输出总线接 续数 据控 制A 口接 续地 址控 制B 口振 铃控 制C 口号 码接 收A 口接 续数 据控 制用 户C 口环 路检 测.2控制模块各端口地址控制模块主要是由单片机和两片8255 组成；U10（ 8255）的 A 口地址为 FAF0，B 口为 FAF1，C 口为 FAF2，控制字口为 FAF3。U21（ 8255）的

18、 A 口地址为 F6F0，B 口为 F6F1，C 口为 F6F2，控制字口为 F6F3。下面对各扩展端口的作用作详细的说明：(1) U10 的 B 口。其地址为 FAF1，它的作用是发出振铃控制命令， B 口有 8 个数据输出信号线， 依次是 PB7、PB6、PB5、PB4、PB3、PB2、PB1、PB0，其中低四位用来对四个用户发出振铃控制命令，并且是一一对应的， PB0控制用户 1， PB1控制用户 2， PB2控制用户 3，PB3控制用户 4，高四位未用，比如要使用户 1 振铃，只需向 FAF1 （U10的 B 口）送 01H即可。(2) U10 的 C 口。其地址为 FAF2，它的作用

19、是读取双音多频收号器送来的电话号码， C 口也有 8 个数据输入信号线，依次是 PC7、PC6、PC5、PC4、PC3、PC2、PC1、 PC0，其中低四位 PC3、PC2、PC1、PC0为 4bit 电话号码的输入口， PC4是 STD信号的输入口，用户是否有拨号就是通过 STD信号来判断。当用户拨号码时， STD为低电平；无拨号时， STD为高电平，以此来读取电话号码。(3) U21 的 C 口。其地址为 F6F2，它的作用是读取四部电话的环路状态，C口有 8 个数据输入信号线， 依次是 PC7、PC6、PC5、PC4、PC3、PC2、PC1、PC0，其中低四位 PC3、 PC2、PC1、

20、PC0为四个用户环路状态输入口，并且是一一对应的， PC3对应用户 4，PC2对应用户 3，PC1对应用户 2，PC0对应用户 1。“1”为环路断开 （即电话挂机） ；“0”为环路闭合（即电话摘机），然后通过程序处理来判断四用户的摘挂机状态。(4) U10 的 A 口。其地址为 FAF0，它的作用是控制MT8980的地址线。.A口有 8 个数据输出信号线， 依次为 PA7、PA6、PA5、PA4、PA3、PA2、PA1、PA0，其中 PA5、PA4、 PA3、PA2、PA1、PA0接 MT8980的地址线，并且一一对应， PA5对应 MT8980的 A5，PA4对应 MT8980的 A4，PA

21、3对应 MT8980的 A3，PA2对应 MT8980的 A2，PA1对应 MT8980的A1，PA0对应 MT8980的 A0。(5) U21 的 A 口。其地址为 F6F0，它的作用是控制 MT8980的数据线。A口有 8 个数据输出信号线， 依次为 PA7、PA6、PA5、PA4、PA3、PA2、PA1、PA0，它们都与 MT8980 的数据线相连，并且一一对应， PA7对应 MT8980的 A7，PA6对应 MT8980的 A6，PA5对应 MT8980的 A5，PA4对应 MT8980的 A4，PA3对应 MT8980的 A3，PA2对应 MT8980的A2，PA1对应 MT8980

22、的 A1，PA0对应 MT8980的 A0。中央控制器对U10的 A口和 U21的 A口的共同控制来实现对 MT8980的接续控制（详细的控制方法可查阅 MT8980的相关资料）。对 MT8980的其它控制线（如 DS、 CS、RW）的控制已由相关的硬件电路完成，这里不在赘.开始NO有用户呼叫吗？呼叫YES去话接续向主叫送拨号音NO第一位号码来了吗？拨号开始YES停送拨号音，收存号码内部处理被叫闲吗？YES来话接续NO向被叫送铃音，向主叫送回铃向主叫送忙音被叫应答吗？NONO应答YES停送铃流，回铃音，接通电路主叫挂机吗？NO话端挂机吗？挂机拆线（释放复原）开始程序工作流程示意图.3.2程序的

23、部分代码(1) 初始化程序（主要完成对 8255 和 MT8980的初始化）#include#include#define uchar unsigned char/ 以下定义 U10 的地址#define COM8255A XBYTE0xfaf3#define PA8255A XBYTE0xfaf0#define PB8255A XBYTE0xfaf1#define PC8255A XBYTE0xfaf2/ 定义 U21的地址#define COM8255B XBYTE0xf6f3#define PA8255B XBYTE0xf6f0#define PB8255B XBYTE0xf6f1#de

24、fine PC8255B XBYTE0xf6f2mainuchar i;COM8255A=0x89;/初始化 8255ACOM8255B=0x89;/初始化 8255B/ 初始化 8980for(i=0x20;i0x40;i+)/初始化 8980PA8255A=0x00;PA8255B=0x18;PA8255A=i;PA8255B=0x01;.PA8255A=0x00;PA8255B=0x10;PA8255A=0x21;PA8255B=0x0a;PA8255A=0x22;PA8255B=0x0a;PA8255A=0x23;PA8255B=0x0a;PA8255A=0x24;PA8255B=0x

25、0a;PA8255A=0x25;PA8255B=0x0a;PA8255A=0x26;PA8255B=0x0a;/ 完成初始化 8980本实验系统时隙分配：用户 1 的接收和发送都是第1 时隙。用户 2 的接收和发送都是第2 时隙。用户 3 的接收和发送都是第3 时隙。用户 4 的接收和发送都是第4 时隙。外线接口用户的接收和发送都是第5 时隙。外输入音频信号占用第6 发送时隙。双音多频收号器占用第6 接收时隙。拨号音占用第 7 发送时隙。忙音占用第 8 发送时隙。回铃音占用第 9 发送时隙。其它时隙都为空时隙。.(2) 用户 3 送忙音（拨号音、回铃音的实现方法同忙音）因为忙音占用第8 发送时隙（拨号音占用第7 发送时隙，回铃音占用第 9 发送时隙），而用户 3 占用第 3 接收时隙，为了让用户 3 能听到忙音，就是要控制时分交