09级电信本程控交换原理实验系统指导书.docx
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09级电信本程控交换原理实验系统指导书
实验四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
1．程控交换实验箱一台
2．电话单机二台
3．20MHz示波器一台
四．实验原理
1．用户信号系统
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。
普通电话信号是目前各种终端信令中最为简单的一种，话机发出的信令以直流电流的通断表示，交换机产生的则主要是各种音频频率的正弦波。
2．信令定义
摘机：
话机发出的请求通信的命令。
挂机：
由话机发出，表示话机已结束或放弃通信。
拨号音：
由交换机发出，促请话机用户输入被叫话机的号码。
忙音：
由交换机发出，通知主叫用户通信网络或被叫话机目前正忙。
拨号：
话机发出的被叫话机的号码，供通信网接续话路时使用。
回铃音：
由交换机发出，提示主叫用户被叫话机正处于振铃状态。
振铃：
由交换机发出，供被叫话机发出铃声，促请用户应答。
3．信令编码
摘机：
环线直流电流由开路变为导通。
挂机：
环线直流电流由导通变为开路。
拨号音：
持续的450Hz的正弦波。
忙音：
450Hz的正弦波，每导通0.35秒后间断0.35秒。
拨号：
采用双音多频拨号方式，即DTMF=（DualToneMultifrequency）。
回铃音：
450Hz的正弦波，每导通1秒后间断4秒。
振铃：
25Hz的正弦波，每导通1秒后间断4秒。
在呼叫建立过程中，交换机应向主叫用户发送各种信号音，以使用户能了解连续进展情况和下一步应采取的操作。
下面是本实验系统的传送信号流程，见图4-1所示。
图4-1本实验系统传送信号流程图
4．拨号音及产生电路
主叫用户摘机，CPU检测到该用户有摘机状态后，立即送出声音信号，表示可以拨号，当CPU中央处理单元收到第一个拨号脉冲后，立即切断该声音信号，该声音信号就叫拨号音。
拨号音用连续的信号音，在本实验系统中是采用频率为400Hz~450Hz，幅度在1.0V左右的正弦波，图4-2是该电路的原理图。
图4-2450Hz拨号音电路原理图
5．回铃音及控制电路
回铃音信号由CPU中央处理单元控制送出，通知主叫用户正在对被叫用户振铃，回铃音信号所用频率也同拨号音频率，断续周期为1秒通，4秒断，与振铃一致。
各国所用的断续周期不同，如日本为1秒断2秒续，重复周期为3秒。
美国和加拿大为2秒续，4秒断，重复周期为6秒。
我国采用4秒断，1秒续的5秒周期信号。
因此在本实验系统中采用大约4秒断，1秒续的重复周期为5秒信号，图4-3是该电路的原理图。
图4-3回铃音控制电路原理图
6．忙音及控制电路
忙音表示用户处于忙状态，此时用户应挂机，等一会再重新呼叫。
在本实验系统中采用大约0.35秒断，0.35秒续的400Hz~450Hz的信号，图4-4是该电路的原理图。
图4-4忙音控制电路原理图
7．铃流信号发生电路
铃流信号的作用是交换机向被叫用户发出，作为呼入信号，一般采用低频电流，如频率有16.6Hz、25Hz、33.3Hz等几种。
它的断续周期同回铃音信号相同，因此，在本实验系统中采用大约1秒通、4秒断的断续信号。
图4-5是该电路的原理图。
图4-525Hz铃流发生电原理图
上述四种信号在本实验系统中均有具体电路实现，然而在程控交换机中，信号音还不止上述几种，在此作一简单介绍，不作实验要求。
8．各测试点的波形
8.1拨号音测量点为TP60；
8.2回铃音测量点为TP61；
8.3忙音测量点为TP62；
8.4铃流原始信号测量点为TP63；
8.5铃流信号测量点为TP1A、TP2A、TP3A、TP4A（必须在电话振铃时）。
f=400~450Hz，VPP≈1.0V
f=22~28Hz，VPP≈2.5V
f=22~28Hz，VPP≈48V
图4-6各测量点的波形图
9．数字信号音的产生
众所周知，在数字程控交换机中直接进行交换的是PCM数字信息，在这样的情况下如何使用户接收到信号音（如拨号音、回铃音、忙音等）是一个重要的问题。
因为模拟电路产生的信号音是不能通过PCM交换系统的，这就要求设计一个数字信号音发生器，使之能向交换网络输出这样一些PCM数字信息，这些数字信息经过非线性译码后能成为一个我们所需的模拟信号音。
9.1传统方式产生数字音信号
电路见图4-7，可知，这是一种常见的PCM编码方式，400Hz~450Hz的正弦信号由硬件电路实现，再经过PCM编码器电路后，就可输出音信号的PCM数字码流了，经过数字交换网络后，再进行D/A变换还原成正弦信号送往用户电路即可。
图4-7传统方式产生音信号电原理图
9.2数字电路产生数字音信号
图4-8是大约450Hz正弦波信号一个周期取样示意图，图4-9是数字电路产生音信号的原理框图。
图4-8450Hz正弦波信号取样示意图
图4-9数字信号音产生电路原理图
由此可见，我们只要对正弦信号在理论上以每隔125μs取样一次，并将取样所得的正弦信号幅度按照A律十三折线非线性编码的规律进行计算，变成二进制编码，然后把这些二进制码存贮在EEPROM中，只要每隔125μs对它读出一次即可得到PCM数字信息码流。
（注意：
TP3067编码输出时，偶数位取反，例如+2.5V的电压编码输入应为11111111，而TP3067输出为10101010。
）
五．实验内容
1．用示波器测量拨号音，忙音、回铃音及铃流信号的各测量点波形，即测量点TP60、TP61、TP62、TP63以及TP1A、TP2A、TP3A、TP4A。
六．实验步骤
1．接上交流电源线。
2．将K11~K14、K21~K24、K31~K34、K41~K44拨向下边；K70~K75拨向下边；K60~K63拨向下边。
3．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J8、J9，此时实验箱上的五组电源已供电，各自发光二极管亮。
4．按“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，显示电路循环显示“P”，即可进行实验。
5．用示波器测量TP60、TP61、TP62、TP63各点波形。
6．用户1、用户3接上电话单机，用户1呼叫用户3，在呼叫过程中观察TP12的波形。
6.1用双踪示波器观察TP12的波形和TP60的波形，用户1摘机后听到拨号音。
即TP12与TP60的波形一样为连续的450Hz的正弦波信号。
6.2用户1拨完被叫电话号码“88”后听到回铃音时，用双踪示波器观察TP12的波形和TP61的波形。
可观察到TP12与TP61的波形一样为1秒通，4秒断的断续信号。
6.3用户3振铃时，用双踪示波器观察TP3A的波形和TP63的波形。
即当用户3振铃时，TP3A与TP63的波形一样，只是幅值比TP63大；不振铃时，TP3A无波形。
6.4用户3摘机通话后，用户3先挂机，此时用户1听到忙音，用双踪示波器观察TP12的波形和TP62的波形。
可观察到TP12与TP62的波形一样为0.35秒通，0.35秒断的断续信号。
七．注意事项
1．此项实验必须要由两人合作完成。
2．在测量25Hz的铃流信号发生器输出的波形时，一定要注意示波器的电压量程档。
八．实验报告
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．在实验过程中遇到的其它情况作出记录，并进行分析。
实验五双音多频DTMF接收实验
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。
二．预习要求
1．认真预习有关双音多频等相关内容。
三．实验仪器
1．程控交换实验箱一台
2．电话单机两台
3．20MHz示波器一台
四．实验原理
1．双音多频拨号简单介绍
在电话单机中，有两种拨号方式，即脉冲拨号和双音多频拨号。
双音多频拨号方式中的双音多频是指用两个特定的单音频信号的组合来代表数字或功能，两个单音频的频率不同，所代表的数字和功能也不同，在双音多频电话机中有16个按键，其中有10个数字键0~9，6个功能键*、#、A、B、C、D，按照组合的原理，它必须有8种不同的单音频信号，由于采用的频率有8种，故又称之为多频，又因以8种频率中任意抽出2种进行组合，又称其为8中取2的编码方式。
根据CCITT的建议，国际上采用697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz，把这8种频率分成两个群，即高频群和低频群，从高频群和低频群中任意各抽出一种频率进行组合，共有16种不同组合，代表16种不同数字或功能，见表5-1。
表5-1
1209
1336
1447
1633
697
1
2
3
A
770
4
5
6
B
852
7
8
9
C
941
*
0
#
D
表中*、#键作特殊功能用（如闭音、重发）等，A、B、C、D留作它用。
例如拨数字号码“8”，则发双音多频信号频率为fH=1336Hz、fL=852Hz。
双音多频，简写DTMF（DTMF=DualToneMultifrequency）
DTMF发送器的原理与构成如图5-1所示，它主要包括：
1.1晶体振荡器––––外接晶体（通常采用3.579545MHz）与片内电路构成振荡器，经分频产生参考信号。
1.2键控可变时钟产生电路–––––它是一种可控分频比的分频器，通常由n级移位寄存器与键控反馈逻辑单元组成。
1.3正弦波产生电路–––––它由正弦波编码器与D/A变换器构成，通常，可变速时钟
图5-1一个典型的DTMF发送电路原理框图
信号先经5位移位寄存器，产生一组5位移位代码，再由可编程逻辑阵列（PLA）将其转换成二进制代码，加到D/A变换器形成台阶型正弦波。
显然台阶的宽度等于时钟频率的倒数，这样形成的正弦波信号频率必然对应时钟的速率和按键的号码。
1.4混合电路–––––将键盘所对应产生的行、列正弦波信号（即低、高群fL、fH）相加、混合成双音信号输出。
1.5附加功能单元，如有时含有单音抑制，输出控制（禁止）、双键同按无输出等控制电路。
DTMF发送器按输入控制方式可分为键盘行列控制和BCD接口控制两种。
它们的控制部分真值表分别示于表5-2、表5-3。
表5-2键盘控制接口功能真值表
输入
行
列
R1
R2
R3
R4
C1
C2
C3
C4
发送
fL（Hz）
697
770
852
941
频率
fH（Hz）
1209
1336
1477
1633
表5-3BC
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