程控交换机实验指导书0613Word格式文档下载.docx
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希望能够通过对本实验系统的充分使用，帮助读者理解和掌握现代交换的基本原理及程控交换系统的关键技术，体会现代交换系统对通信原理、大规模专用集成电路、可编程器件、现代大型实时控制软件的设计与实现、以及现代计算机技术综合运用的精髓所在。
本实验系统及实验指导书中难免有不完善甚至不妥当之处，欢迎各位老师和同学提出宝贵意见。
联系方式：
湖北武汉华中科技大学电子与信息工程系汪小燕
邮政编码：
430074
Email:
xiaoyanw_hust@
目录
第一章数字程控交换实验系统概述
第二章实验基本内容
附录
数字程控交换教学实验系统由软件和硬件两部分组成：
1.系统控制软件：
数字程控交换教学实验系统控制软件采用VisualC++在Windows95/Windows98操作系统下开发。
因此本软件可应用于Windows95/Windows98，或Windows2000操作系统，X86及PENTIUM系列计算机平台上。
数字程控交换教学实验系统控制软件使用界面如下图所示。
图1-1数字程控交换教学实验系统控制软件使用界面
控制系统软件采用了基于消息和消息处理的消息驱动机制，针对程控交换过程中的各种事件（这些事件都由接口系统感知并向控制系统发送相应消息）进行处理。
这些处理在相应的消息处理函数中完成，然后在消息处理函数中根据状态机的不同状态调用相应的状态转移函数，在状态转移函数中再通过调用一系列处理函数完成具体的呼叫处理动作。
通常每一个动作由一个处理函数完成。
例如当一个模拟用户话机摘机后，接口硬件系统将向控制系统送出一个摘机消息。
当Windows操作系统收到这条消息后，将把此消息转发给程控交换实验系统控制软件进程。
由控制软件进程调用摘机消息处理函数。
摘机消息处理函数将根据摘机用户接口所对应的呼叫状态机的状态（如此路电话是处于主叫空闲状态还是被叫请求状态等）调用相应的状态转移函数，如主叫摘机处理函数或被叫应答处理函数。
在这个函数中需要完成如给主叫话机送拨号音，连接DTMF收号器，进行超时处理等动作。
而这些动作通常都要由具体的处理函数进行处理并驱动相应硬件予以完成。
通过控制软件与系统硬件的协调工作，才能实现全部的交换控制过程。
此外，本实验系统还利用Windows95/Windows98操作系统和VisualC++丰富的用户图形界面功能，开发出友好的用户界面，实现了诸如数据配置管理、信令跟踪、模拟话机、号码分析树显示与计费显示及用户计费月结等功能。
读者可通过对这些功能的使用，更深入、更细致、更直接地了解数字程控交换系统和电信网的工作方式和工作过程。
软件安装：
将随机器赠送的光盘的/forstu目录打开，复制此目录下的所有子目录到硬盘的工作目录下，并将spc子目录及spc/bill下的所有文件的只读属性去掉。
在确认本微机安装了WIN98操作系统并有网卡的情况下，运行工作目录下的spc.exe文件。
第一次运行本软件时会弹出如图1-2所示的对话框，需要输入用户名和密码。
用户名和密码在随机赠送的光盘上。
在初次软件安装时，如果安装软件所在的微机装有硬盘保护卡，须将硬盘保护卡的写保护打开，待安装完全成功后，再行加上。
图1-2数字程控交换教学实验系统软件安装界面
2.硬件部分：
图1-3程控交换实验系统硬件原理
系统硬件实验平台部分：
本实验系统的硬件平台包括并口通信及控制子系统、交换网络子系统、以及接口子系统共三大子系统。
由于本数字程控交换实验系统采用通用的X86和PENTIUM系列计算机作为本实验系统控制系统的主处理器，因此必须采用外接接口将X86和PENTIUM系列计算机的数据、地址等系统控制总线信号连接到数字程控交换实验系统上去。
本实验系统通过X86和PENTIUM主板上的并行口即打印机接口与本实验系统相连，由并口通信控制子系统产生系统所需的地址总线、数据总线和控制总线信号。
并由控制子系统具体实现对交换网络和接口子系统的控制功能，包括通过对具体的地址信号译码，产生各个芯片所需的片选信号；
产生各种时钟信号以及对各电路的控制驱动信号。
注意：
在BIOS设置中，应将并口的接口地址（端口）设置为378H（并口端口缺省设置），以便实验系统与主机通信。
接口子系统又可分为用户接口模块、信号音产生模块和双音多频收号模块等。
交换网络子系统是本系统的信息交汇的核心，它通过对话音存储器的顺序写入，控制读出，完成数字话音信号的时隙交换功能。
用户接口模块将用户电话的各种状态转换成计算机可识别的信号，并传送给计算机接口；
同时又将话音信号转换为PCM数字信号并插入到PCM总线中去；
实现CCITT所规定的用户接口的BORSCHT功能。
信号音产生模块产生通断比和频率不同的六种信号音信号，包括拨号音、忙音、回铃音、证实音、二次拨号音和催挂音。
双音多频收号模块将由用户接口模块输出的双音多频信号识别并翻译为相应的号码，送到接口的数据总线上。
本实验系统的硬件结构框图如图1-2。
本实验课程所设计的实验正是基于上述硬件和软件来完成的。
读者在进行实验时，可根据每次实验的实验目的，读懂实验原理，根据实验内容完成相应的实验。
在实验过程中应注意观察实验系统硬件和软件的相应动作变化过程，更深刻地理解相关实验的基本原理。
这样就可以通过对本实验课的学习和完成，对数字程控交换系统和电信网络的整个工作过程以及每个过程中的软件和硬件的具体操作有一个比较清晰的认识，从而加深对于程控交换原理和电信网络的理解。
本实验系统的实验板硬件平面布局如图1-4所示。
图1-3程控交换实验系统平面布局
实验平台测试管脚说明：
为了学生实验方便，在本实验系统中引出了多组测试管脚。
每组测试管脚的两边都有供连接示波器地线的地线测试脚（GND）
下面就实验系统的每组测试管脚详细说明。
左上角T_CLK1：
这组测试管脚主要用于测试程控交换实验系统所需的各种时钟同步信号，具体包括：
STBCLKSTBUS总线时钟信号
BITCLK位时钟信号
FRMCLK帧脉冲时钟信号
TS1时隙1选通定位信号
TS4时隙4选通定位信号
左下角T_CS1：
这组测试管脚主要用于测试程控交换实验系统所需的各种选通控制信号，具体包括：
DTMF3收号器收号状态读取选通控制信号
DTMF23、4路收号器收号数据读取选通控制信号
DTMF11、2路收号器收号数据读取选通控制信号
CS2-ODEMT8980-STBUS输出使能选通控制信号
CS-SWMT8980芯片选通控制信号
左下角T_8980：
这组测试管脚主要用于测试程控交换实验系统交换芯片MT8980上的各种信号，具体包括：
STBI1PCM输入总线STBUS1输入信号（PCM信号）
STBI0PCM输入总线STBUS0输入信号（PCM信号）
STBO1PCM输出总线STBUS1输出信号（PCM信号）
STBO0PCM输出总线STBUS0输出信号（PCM信号）
ODEMT8980STBUS输出允许信号，高电平允许STBUS输出
R/W读写信号，其中读信号为高电平，写信号为低电平
DS数据就绪信号
CS交换芯片MT8980的片选信号
左下角T_DTMF：
这组测试管脚主要用于测试程控交换实验系统收号芯片MT8870上的各种信号，（在本实验系统中连接至话路1相关收号器电路）。
具体包括：
TOE1MT8870三态输出使能
STD1MT8870延迟指示信号
ST/GT1MT8870指示电平输入/防护时间输出（双向）
VX1MT8870音频输入信号
EST1MT8870早期指示信号
右下角T_ALU1：
这组测试管脚主要用于测试程控交换实验系统用户接口电路上的各种信号，（在本实验系统中连接至话路1相关电路）。
RINGIN25Hz的振铃脉冲信号
SHK1话路1的摘挂机状态信号
TIP1话路1用户配线
RING1话路1用户配线
CS-ALU1话路1的振铃使能信号
CS-TELE读取话路1－4路摘挂机状态地址选通信号
右下角T_CS2：
这组测试管脚主要用于测试程控交换实验系统用户接口电路上的各种控制信号。
EN1话路1的振铃使能信号
EN2话路2的振铃使能信号
EN3话路3的振铃使能信号
EN4话路4的振铃使能信号
右下角T_TONE：
这组测试管脚主要用于程控交换实验系统信令电路上的各种控制信号。
BUSY0.35秒通0.35秒断的方波信号
SECDIAL1秒通10秒断的方波信号
WAIT1秒通4秒断的方波信号
注：
本实验指导书中带※的实验为创新的实验，实验者可以在掌握原理以后自己编写程序来指定系统完成相应的功能。
实验一数字程控交换系统基本组成
实验目的：
本次实验主要是让读者通过对本实验系统的初步使用，对数字程控交换系统的基本构成和工作过程有一个总体而直观的认识。
在实验过程中，要注意理解数字程控交换系统的核心——交换网络的工作原理和工作过程，观察从用户摘机到链路拆除整个局内呼叫过程中数字程控交换系统硬件和软件的基本动作。
实验原理：
一个数字程控交换系统通常由交换网络、接口子系统和控制子系统三个部分组成。
其中接口子系统的作用是将来自不同终端（如电话机，计算机等）或其他交换系统的各种传输信号转换成统一的数字程控交换系统内部的工作信号，并按信号的性质分别将信令传送给控制系统，将消息传送给交换网络。
交换网络的任务是实现输入输出线上的信号的传递或接续。
控制系统则负责处理信令，按信令的要求控制交换网络完成接续，通过接口发送必要的信令，协调整个数字程控交换系统的工作以及配合协调整个电信网的运行等等。
各个模块之间的关系如图2-1-1所示：
图2-1-1数字程控交换实验系统各模块关系
本实验系统通过X86和PENTIUM主板上的打印口与本实验系统相连，由并口通信控制部分产生系统所需的地址总线、数据总线和控制总线信号，从而实现对相应Ｉ／Ｏ口地址进行译码控制的功能。
控制模块通过对地址信号进行译码产生出控制具体电路动作所需要的片选信号。
上层控制程序还可通过对相应地址进行读写来输入或输出所选择I/O口地址所对应的硬件电路寄存器中的数据。
此外，控制系统还给每一部电话分配了一个时隙，以便用户电路接口在固定的时隙接入到PCM话音总线，或从PCM总线的固定时隙取出它所需要接收的话音信号编码。
当某一路话机摘机后，话机的两根用户环路由直流断开变成直流连通，用户接口电路将向控制程序送出一个摘机消息。
当控制软件接收到这个摘机消息后，将根据具体用户接口当前所处的“主叫用户空闲”状态，调用相应的呼叫状态转移函数，此函数将根据用户接口所处的状态和所接收到的主叫用户摘机消息调用主叫用户摘机处理函数。
在主叫用户摘机处理函数中将根据话机的端口号和话机号判断该话机的的各种服务特性数据和话机接口的物理特性数据，进行一系列处理。
如：
见图2-1-2如果该路话机为合法用户，则向此路话机送拨号音，并连接该路话机对应的收号器。
当用户拨号后，控制程序将根据收号器所收到的数据进行号码分析，得到被叫用户所对应的本局内用户端口或局间中继群号。
如果被叫用户是本局内合法用户，控制系统软件将向控制向被叫用户接口电路送振铃控制信号，控制向被叫用户振铃，同时控制交换网络，连接回铃音到主叫用户接口电路的单向交换链路，向主叫用户送回铃音。
当被叫摘机后，控制系统软件将停止主叫方回铃音并停止向被叫用户振铃，同时连接主叫用户到被叫用户的双向通信链路。
此时这两路话机可以进行通话直至任何一方挂机。
当其中一路挂机后，控制系统软件将向另一路送忙音。
如果另一方在忙音监视时间之后仍未挂机，则送出催挂音。
如果双方均正常释放挂机，则控制软件正常完成了对此次呼叫从呼叫建立到通话直至呼叫释放的完整的呼叫控制过程。
图2-1-2.
实验内容：
1.观察本程控交换系统的几个基本部分，包括用户接口、交换网络、DTMF收号器、时钟信号和控制信号产生电路。
各个电路在电路板上的大致位置分布如图2-1-3：
图2-1-3程控交换实验系统电路位置分布
本系统的馈电电源分布在电路板的右上角，各个电源管脚分布如图2-1-4所示：
VBAT
VEE
GND
VCC
图2-1-4程控交换实验系统电源位置分布
其中VEE和VCC是各个芯片所需的工作电压，VEE为-5V，VCC为+5V，VBAT是模拟用户接口所需的馈电电压为－50V～－30V，用示波器或万用表测量电源馈电电压，并确认各电源和地之间没有短路。
2．打通一次正常成功的局内电话，观察数字程控交换系统的硬件动作。
选择主窗口配置菜单下的分机设置项，在弹出的对话框中可以看到局内分机号码缺省设置为8701，8702，8703和8704共4个分机号码，如图2-1-5所示：
（其中分机号是对用户电话的逻辑编号，端口号是电话接入系统在交换网络的硬件接口的编号。
）
图2-1-5分机配置窗口
实验者可根据以上的系统配置数据，确定要拨叫的局内分机号码。
然后根据分机号码打电话，具体步骤如下：
（1）首先由实验者摘机，此时可以观察到接在用户线两端的发光二极管变亮，表示该话机已从挂机状态转为摘机状态，然后实验者可以听到拨号音，为连续的450Hz的单频声音。
（2）用户开始拨号，此时拨号音停止，用户所拨的号码在数码管上显示出来，如果所拨的号码为系统允许的合法号码，实验者将听到被叫电话发出振铃声，振铃信号为25Hz，通断比为1秒通、4秒断的低频振荡信号，同时系统将向主叫用户送回铃音，回铃音是频率为450Hz，通断比为1秒通、4秒断的单频信号音。
（3）被叫摘机，被叫的振铃声和主叫的回铃音都将停止，同时这两路电话可以开始进行正常通话。
（4）当某一方挂机后，通话完毕，此时系统将拆除这两路的连接，并向未挂机的一方送出忙音。
忙音是频率为450Hz，通断比为0.35s通、0.35s断的单频信号音。
（5）当另一方也挂机后，忙音将停止，系统完成一次完整的电话交换过程。
3．打通一次正常成功的局内电话，观察数字程控交换系统中的话音交换及系统控制的实现过程：
实验者拨打电话，可以在窗口中看到从摘机开始到打电话过程结束，系统收到和发出的所有消息。
图2-1-5显示了主叫用户8701拨叫被叫用户8702的一次完整通话过程在消息跟踪窗口中显示的消息。
图2-1-5一次成功的局内通话过程
说明：
为了保证系统能够为所有用户提供有效的服务，从主叫用户摘机到主叫拨第一个号码期间有一个定时限制，如果在该时间内主叫未拨号，则系统将向主叫方送忙音。
所以主叫用户摘机后系统要启动一个久不拨号定时器来计时。
在该定时未满期间，用户拨入第一个号码，该定时器即立刻被停止；
否则，当该定时到来而主叫用户仍未能及时拨入号码，则系统会启有关清除处理，不再为等待为该用户提供服务而无谓地浪费系统时间和系统资源。
同时，在主叫用户所拨号码之间的时间间隔也有定时限制。
当主叫用户在正确时间范围内拨入号码后，系统要停止久不拨号计时器，还要再启动位间隔定时器来保证下一个号码在规定的时间内拨出，否则系统将向主叫用户送忙音，同时启动呼叫清除处理。
所有号码拨完之后，在向被叫馈送铃流之前，系统将启动一个久叫不应定时器。
如果被叫用户在规定的时间内摘机，则这个定时器将被停止；
否则系统将向主叫用户送忙音，防止主叫用户和系统无谓地等待被叫用户应答而浪费主叫用户的时间以及系统的时间和资源。
实验仪器
1．数字程控交换实验系统。
2．万用表一只。
3．PC机一台。
实验报告要求：
1．画图并简述数字程控交换系统的基本结构，分析数字程控交换系统各部分之间的信号连接关系。
2．简述在一次正常的局内通话过程中，数字程控交换系统各部分硬件的动作过程。
3．简述在一次正常的局内通话过程中，数字程控交换系统控制软件的处理过程。
本次实验是为了让实验者了解数字程控交换系统的核心部分—交换网络的工作原理和工作过程。
实验者可以通过编写自己的交换连接控制程序加深对于交换过程的理解，学会使用交换芯片MT8980进行话音交换和信令传输。
本实验系统采用MT8980作为交换网络芯片，MT8980具有以下特性：
（1）有MITELST-BUS完全兼容的总线结构。
ST（SerialTelecom）-BUS是MITEL公司开发设计的一种总线结构，既可用于软件控制下的PCM数字化语音和数据交换，又可用于分布式多处理机系统的处理机通信。
本实验系统主要使用ST-BUS作为数字话音与信令传输的总线。
（2）8PCM总线×
32路输入和8PCM总线×
32路三态串行输出。
这意味该芯片可提供256路64kbit/s信道的无阻塞时分和空分交换。
（3）提供微处理器控制接口。
MT8980的硬件框图如图2-3-1所示：
图2-3-1
MT8980的话音存储器DM有8×
32个存储单元,各存储单元与相应ST-BUSI输入总线上的相应信道形成一一对应的关系。
其中单元0～31对应于ST-BUSI0的TS0～TS31，单元32～63对应于ST-BUSI1的TS0～TS31，单元64～9对应于ST-BUSI2的TS0～TS31，依次类推。
对应于每个话音存储单元，接续存储器CM也有256个存储单元,每个存储单元被分成高位字节（CMH）和低位字节（CML）两部分，与相应ST-BUSO输出总线上的相应信道形成一一对应关系。
其中单元0～31对应于ST-BUSO0的TS0~TS31,单元32～63对应ST-BUSO1的TS0~TS31，依此类推。
处理机可通过MT8980上的D7～D0，直接向接续存储器CM写入数据来控制时隙交换。
话音存储器DM和接续存储器CM这两种存储器的存储单元地址都由高、低两部分构成。
由前面的介绍可知话音储存器（或接续存储器）的某一单元可由某一输入（或输出）总线的某一时隙唯一确定。
存储单元地址的高字节部分来源于控制寄存器CR，CR内的bit2~bit0确定了23＝8条输入（输出）总线中的某一输入（或输出）的总线。
这部分在处理机进行寻址时，直接向控制接口CI写入数据得以确定。
存储单元地址的低字节部分直接来源于地址线A5～A0（它的内容确定了总线中25＝32个时隙的某一时隙。
）寻址影射关系如表2-3-1所示。
MT8980芯片有两种工作模式：
交换模式和消息模式。
在交换模式下，要求被交换传输的数据是来自8条ST-BUSI总线的任意信道。
此时，处理机可根据交换输出信道位置，在其相应的接续控制存储器单元的低位字节部分写入控制信号，用来指定某一ST-BUSI总线上的某一信道被交换到指定输出总线的输出信道上。
例如，要求ST-BUSI0的时隙5上的信号从ST-BUSO1的时隙1输出时，应在接续存储器CM的33号存储单元的低字节里写入05H。
在消息模式下，要求被交换传输的数据来自于处理机系统。
此时，处理机可根据交换输出信道的位置，在其相应的接续控制存储器的低位字节部分写入8比特的数据。
这8比特的数据被直接输出到相应输出信道，并且每帧周期传送一次。
表2-3-1
因为A5-A0地址线提供了处理机对接续控制存储单元进行访问的入口，因此处理机可以先向控制寄存器写入选择命令数据，以确定紧接下来的控制数据是写入到指定的接续控制存储器的高字节部分CMH还是写入到其低字节部分CML。
从表2-3-1可以看出，当A5为低电平时，不管其余四位是何值，处理机都寻址到控制寄存器（CR）。
而写入到控制寄存器CR的数据是处理机进行下一步控制操作的前提。
控制寄存器CR如图2-3-2所示。
C7
C6
C5
C4
C3
C2
C1
C0
图2-3-2MT8980控制寄存器
其中：
存储器选择位C4C3=00未用
01后续操作针对话音存储器DM操作
10后续操作针对接续存储器的低8位CML操作
11后续操作针对接续存储器的高3位CMH操作
ST总线选择位C2-C0=000后续操作针对话音总线ST0对应的单元
001后续操作针对话音总线ST1对应的单元
……
111后续操作针对话音总线ST7对应的单元
当C7=1时，电路工作于消息模式，所有的读命令自动地从话音存储器DM读数据，而所有的写命令则自动地将数据写到接续存储器的低8位CML。
如果ODE＝0，则所有MT8980STBUS输出呈高阻。
如果ODE＝1，当C6＝1，MT8980STBUS输出激活。
如果ODE＝1，当C6＝0，且接续存贮器的高位CMH的B0（即B8）＝1时，则针对CMH所对应的具体输出总线的输出时隙允许输出；
如果ODE＝1，当C6＝0，且接续存贮器的高位CMH的B0（即B8）＝0时，则针对CMH所对应的具体输出总线的输出时隙禁止输出。
当A5为高电平时，处理机可根据当前写入到控制寄存器CR的bit0-2来确定ST-BUSO总线号（如表2-3-2所示），然后根据A4-A0确定该ST-BUSO总线上的
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