程控交换原理实验指导书修改版.docx
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程控交换原理实验指导书修改版
《数字程控交换原理》
实验指导书
李芃芃濮振华编著
湖南科技大学信息与电气工程学院
实验设备由华中科技大学研制
前言
《数字程控交换原理实验》是为《现代交换原理》、《程控交换原理与应用》等课程所设置的实验课程。
为了配合以上课程的教学，华中科技大学电子与信息工程系汪小燕等老师在总结本校多年教授《程控交换原理》及《现代交换原理》的基础上，结合参加大容量局用交换系统设计、研制与应用的经验，综合目前通信网络、大规模集成电路、软件工程与大型控制软件设计的最新技术，先后推出SP2000程控交换教学实验系统、SP-2002程控交换教学实验系统和SP-3程控交换教学实验系统。
SP-3程控交换教学实验系统实际上就是一台小型的数字程控交换机。
它能够实现从识别用户摘挂机到完成接续的整个呼叫并发控制过程。
该系统集硬件原理实验、软件设计实验、软件模拟仿真实验和网络配置与维护实验于一体，采用计算机程序、数据配置、硬件波形观察测试、软件控制硬件系统动作等多种实验手段与方式，让实验者轻松、灵活、主动地丛多方面运用和理解现代交换系统地基本原理和关键技术。
目录
第一章数字程控交换实验系统概述
1.系统控制软件
2.硬件部分
第二章实验基本内容
实验一数字程控交换系统基本组成及数据配置
实验二用户接口电路
实验三模拟用户终端信令
实验四数字程控交换系统计费
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。
第一章数字程控交换实验系统概述
《数字程控交换原理实验》是为《现代交换原理》、《程控交换原理与应用》等课程所设置的实验课程。
SP-3程控交换教学实验系统实际上就是一台小型的数字程控交换机。
它能够实现从识别用户摘挂机到完成接续的整个呼叫并发控制过程。
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）。
具体包括：
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。
具体包括：
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。
具体包括：
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。
第二章实验基本内容
实验一数字程控交换系统基本组成及数据配置
实验目的：
1.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。
2.数字程控交换系统的软件部分包括控制系统程序和数据两大部分。
其中数据在数字程控交换系统的工作过程中具有重要的意义。
实验者通过修改系统的各种配置数据来观察修改后的实际效果，理解各个参数的具体含义，从而进一步了解数字程控交换系统软件中数据的分类、意义以及它们对数字程控交换系统工作的作用和影响，理解数字程控交换系统和电信网络的工作方式。
实验原理：
1.硬件部分
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.
2.软件部分
程控交换系统中不同交换局的地位和周边环境彼此不同，所提供的业务和功能也不一定相同。
其外部参数如交换局容量、中继线数等也千差万别。
因此不可能也没有必要为每个交换局单独制作控制程序软件，即数字程控交换系统的软件必须有通用性。
实现数字程控交换系统软件通用性的第一步就是把程序和数据分开，其次就是把数据区分为不同局拥有的共同数据（叫做系统数据）和各局不同的数据（叫做局数据）。
此外，交换局还应该有反映用户订购业务情况（如是否需要拨打国内长途电话的功能）的用户数据。
这样，数字程控交换系统的数据就包括系统数据、局数据和用户数据三部分。
系统数据是数字程控交换系统工作的一些基本数据，它对不同交换局（如市话局、长话局或国际局等）均能适用，基本上不随交换局的外部条件改变而改变，但仍然是可以配置的。
局数据指示交换局设备安装条件和在电信网中的地位和寻址方式等，包括硬件配置、编号方式、中继线信号方式等，这部分内容随不同交换局而不同，包括局数据的文件叫做局数据文件。
用户数据指示交换局中有关用户分配、业务类别、话机类型（DTMF话机还是脉冲拨号话机）和其他用户类别（如单机或同线电话等）。
包括了用户数据的文件叫做用户数据文件。
在本次实验中可以配置的系统数据包括各种时超数据（如久不拨号时间间隔等）；局数据包括局向号码和局向号码长度等；用户数据包括分机端口号、分机号码和用户信用特征（如合法、欠费等）。
实验者在对话框中修改各个参数时，控制软件并不马上修改系统参数，仅当实验者单击OK或Apply键后，控制软件才修改系统参数，使用户可以观察到参数修改后的实际效果。
在控制软件的设计和编码中，对各程序设计了对输入数据类型和数据大小的检查，如要求输入的数据为整型数据时，实验者如果输入字符，则将被认为是非法数据；同样数据的大小也不能超过限制，否则会被自动剪切。
当系统提示用户输入数据错误时，请注意根据数据的实际意义和取值范围进行输入。
实验步骤：
1．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2-1-3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2-1-3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。
2．通过配置数字程控交换系统系统数据（时超数据）观察实际效果：
在主窗口中选择配置菜单下的系统时间参数选项。
实验者在弹出的对话框中修改各个时间参数，然后单击OK或Apply键确认，观察修改后对实验系统的影响，如图2-1-4所示。
例如修改久不拨号时间监视参数后，可以观察到当用户摘机而不拨入号码时，系统由送拨号音到送忙音之间的时间间隔的变化；又如修改位间隔超时监视参数后，可以观察到用户拨入两位号码之间的时间间隔的变化。
实验者可以从人的反应速度和系统效率等方面来考虑为什么在实际系统中采用中国电信所规定的缺省值（参见本系统系统时间参数缺省值），然后填写表2-1-1：
表2-1-1
时超数据名称
缺省值
修改值
该数据的含义
为什么采用该
缺省值？
久不拨号时间监视
位间隔超时监视
本地久叫不应时间监视
忙音时间监视
催挂音时间监视
图2-1-4系统参数时间设置窗口
3.配置局向数据观察对号码分析的影响：
图2-1-5号码分析树显示窗口
在主窗口中选择配置菜单下的局用参数选项，修改局向号（如将87改为66），然后在主窗口中选择配置菜单下的分机选项，修改某两个分机号对应的分机号码（如将8701改为6601，将8703改为6603）单击OK或Apply键后，通过拨打这两路电话来观察修改局向号的实际效果。
然后选择主窗口中的号码分析树，点击号码分析树窗口中显示出来的数字并与初始的号码分析树（如图2-1-5所示）比较可以观察到系统号码树的变化。
在主窗口中选择配置菜单下的局用参数选项，修改本局分机号长度（如将4改为3），在不修改分机号码的条件下拨打电话，观察是否能打通，选择两路分机，将它们的分机号码改为3位（如将8701改为871，将8703改为873），再拨打电话，观察修改局向号码长度对于分机号码的实际影响。
然后选择号码分析树，点击号码分析树窗口显示出来的数字，可以观察系统号码树的变化。
最后实验者必须将局用参数和修改过的分机号码改为系统的初始值或者通过重新启动系统来恢复系统的初始值，以免影响下面的实验。
注意：
号码分析树数字上双击可以展开下一级，例如双击数字8可以展开下一级数字7，依次类推。
4.配置分机号码及端口：
在主窗口中选择配置菜单下的分机选项，修改某一个分机号对应的端口号。
注意：
当修改某一个分机号码对应的端口时，为了保证没有别的分机号码也对应这一个端口而产生冲突，必须要同时修改一对分机对应的端口。
例如，实现移机时，使分机号为8703的话机对应的端口号由2变为3后，还要把原端口3对应的话机对应的端口号3变为2。
实现用户择号时，设某用户拥有2号端口，对应的分机号码为8703，现在该用户要求把自己的分机号码改为8788，则实验者可以将端口2对应的分机号由8703改为8788。
然后通过拨打电话来观察修改后的效果并记录实验现象，最后实验者必须将分机号和对应的端口号改为初始值。
5.配置用户信用特征，观察对用户呼叫的影响：
在主窗口中选择配置菜单下的分机选项，修改某一个分机的信用特征，如将合法改为非法或欠费，然后再拨打电话，记录被修改信用特征后的话机是否可以使用。
如该话机作为主叫时是否可以听到拨号音，或作为被叫时是否可以听到振铃。
6．配置用户的呼叫权限：
在主窗口中选择配置菜单下的分机选项，修改某一个分机的呼叫权限，如将允许呼出局内电话改为不允许呼出局内电话，然后再拨打电话，观察修改话机的呼叫权限对用户打电话的影响并记录实验现象。
注意：
观察参数修改的实际效果可以通过硬件电话，也可以通过软件仿真电话，但是在修改系统的各种时超数据时，由于通过硬件电话直接听各种信号音效果更明显，所以建议实验者采用硬件电话。
此外，当每一个实验结束后，实验者必须将修改过的参数改为原来的初始值或者通过重新启动程序来恢复初始值，以保证程序能够正常运行。
实验仪器
1．数字程控交换实验系统。
2．PC机一台。
实验二用户接口电路
实验目的：
了解数字程控交换系统模拟用户接口电路BORSHCT功能的原理、特性，并了解模拟用户接口在数字程控交换系统中的实现与作用。
实验原理：
模拟用户接口电路模块是连接普通模拟用户的一个终端模块，是交换机和用户之间的接口。
模拟用户接口所连接的用户终端为普通模拟电话机。
对于用户接口电路，话机在挂机状态时，相当于电容，在摘机状态时相当于电阻。
CCITT为程控数字交换机的模拟用户接口规定了7项功能，要求在此接口上必须完成B（馈电）O（过压保护）R（振铃控制）S（监测）C（编解码）H（混合2/4线转换）T（测试）功能，其电路结构如图2-2-1所示：
图2-2-1模拟用户接口电路功能结构框图
本实验系统中每块实验板上提供四个用户接口，采用AM79R70和TP3057组成用户接口的SLIC和CODEC电路。
其中AM79R70（其内部模块见图2-2-2）提供馈电，过压保护，振铃，监视，二－四线混合和测试的用户环路基本功能。
TP3057提供用户模拟话音信号到数字话音信号的编码转换功能以及从数字交换网络的数字话音信号到用户模拟话音信号的解码转换功能。
线路接口芯片AM79R70提供连续可调的电流馈电功能。
控制系统可通过在AM79R70的控制端C1、C2和C3输入不同的逻辑电平来控制其工作方式。
AM79R70通过监测用户环路的状态，用DET管脚的输出来指示用户话机的摘挂机状态。
用户话机振铃时要求的铃流则由AM79R70通过对外部振荡产生的1.5Vrms的25Hz交流信号放大后得到。
在TIP和RING之间应该接入过压保护电路，可防止外界工业高压或雷电产生的高压损伤用户接口芯片以及程控交换系统内部电路。
AM79R70需要＋5V的工作电压和－48V的馈电电压。
传统上用－48V馈电电压是为了抵消电能在用户环路远距离传输上的损耗，为距离在5公里范围内，用户环路电阻小于1800Ω的用户提供适当的工作电压。
而在实验室里，用户接口回路很短，传输上的损耗可以忽略。
所以在本实验系统中设计采用－30V的馈电电压，也可以为实验用户话机提供有效的工作电源条件。
图2-2-2AM79R70内部结构图
引脚说明如下：
（1）BGND电源地。
（2）VBAT2馈电电源，幅度为－19V～VBAT1。
（3）VCC＋5V电源。
（4）RYOUT2继电开关驱动。
（5）RYERYOUT1和RYOUET2的发射极输出。
（6）RYOUT1继电开关驱动。
（7）B2EN馈电电源选择端，输入低电平时VBAT2馈电，输入高电平时使用VBAT
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