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程控交换机方案设计
程控交换机设计方案
学号：
2013914115：
邓志成班级:
13电信
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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,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，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
CPU中央
处理单元
交换网络
用户电路
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：
①用户线接口电路
②二\四线变换器
③PCM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：
①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：
①450Hz数字拨号音电路
②忙音发生电路
③回铃音发生电路
④25Hz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，信号检测，号码识别，输出显示信息等各种功能：
①液晶显示电路：
显示主叫方电话号码及通话时间。
②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。
③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。
④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。
⑤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（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（SubscriberLineInterfaceCircuit—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-Batteryfeeling）：
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-Overvoltageprotection）：
防止过压过流冲击和损坏电路、设备。
（3）振铃控制（R-RingingControl）：
向用户话机馈送铃流，通常为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300Hz~3400Hz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。
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
5．PCM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3-2TP3067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4KFLASHROM,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3．5795MHz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Ｒ328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256×8。
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：
①MITEL串行总线（ST-BUS）
②8×32时隙输入
③8×32时隙输出
④256个用户的无阻塞交换
⑤单电源（+5V）供电
⑥30mW的低功耗
⑦微处理器的接口
⑧三态串行输出
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。
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输出总线
PCM输入总线
话音
存储器
控制
存储器
接续地址控制
接续数据控制
时分交换单片机控制原理
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、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，PA3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、R／W）的控制已由相关的硬件电路完成，这里不在赘
开始
有用户呼叫吗？
去话接续
YES
NO
呼叫
向主叫送拨号音
第一位号码来了吗？
NO
YES
拨号开始
停送拨号音，收存号码
内部处理
被叫闲吗？
向主叫送忙音
YES
NO
来话接续
向被叫送铃音，向主叫送回铃音
被叫应答吗？
NO
YES
停送铃流，回铃音，接通电路
话端挂机吗？
主叫挂机吗？
NO
拆线（释放复原）
开始
应答
挂机
NO
程序工作流程示意图
3.2程序的部分代码
（1）初始化程序（主要完成对8255和MT8980的初始化）
#include
#include
#defineucharunsignedchar
//以下定义U10的地址
#defineCOM8255AXBYTE[0xfaf3]
#definePA8255AXBYTE[0xfaf0]
#definePB8255AXBYTE[0xfaf1]
#definePC8255AXBYTE[0xfaf2]
//定义U21的地址
#defineCOM8255BXBYTE[0xf6f3]
#definePA8255BXBYTE[0xf6f0]
#definePB8255BXBYTE[0xf6f1]
#definePC8255BXBYTE[0xf6f2]
main
{
uchari;
COM8255A=0x89;//初始化8255A
COM8255B=0x89;//初始化8255B
//初始化8980
for（i=0x20;i<0x40;i++）//初始化8980
{
PA8255A=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=0x0a;
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，就是要控制时分交换网络将第8时隙交换到第3时隙。
参考程序如下：
PA8255A=0x23;
PA8255B=0x08;//给用户三送忙音
（3）用户1和用户4通话
因为用户1占用第1发送时隙和第1接受时隙，而用户4占用第4发送时隙和第4接收时隙，为了让用户1能听到用户4的话音，就是要控制时分交换网络将第4时隙交换到第1时隙。
同理，为了让用户4能听到用户1的话音，就是要控制时分交换网络将第1时隙交换到第4时隙。
PA8255A=0x21;
PA8255B=0x04;//把被叫信息送给主叫
PA8255A=0x24;
PA8255B=0x01;//把主叫信息送给被叫
（4）双音多频收号器接收用户4的双音多频信号和CPU读取号码
因为双音多频接收器占用第6接收时隙，而用户4占用第4发送时隙，为了让用户4发出的双音多频信号送入双音多频收号器中，就要控制时分交换网络将第4时隙交换到第6时隙。
而双音多频收号器将收到的双音多频信号译成二进制代码送入U10（8255）的C口，此时需要CPU从该端口把所拨号码读入。
PA8255A=0x26;//用户四占用DTMF
PA8255B=0x04;
temp=PC8255A&0x0F;//读取号码
第四章方案设计总结
这次设计方案是培养我综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
方案设计，一方面是为了检查我一个学期来我学习的成果，另一方面也是为了让我进一步的掌握和运用它，同时也让我认清自己的不足之处和薄弱环节，加以弥补和加强。
通过方案设计，使我加强对程控交换机的理解，让我学会了查寻资料、数据配置等环节。
进一步提高了我分析解决实际问题的能力，为我创造了一个动脑动手，锻炼分析。
解决程控交换机技术问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化，加深对基本原理的了解增强了我的实际能力。
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