最新版现代交换技术毕业课程设计报告电子版2.docx
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最新版现代交换技术毕业课程设计报告电子版2
吉林建筑工程学院
电气与电子信息工程学院
《现代交换技术》课程设计报告
设计题目：
专业班级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
设计时间：
2012.12.17－2012.12.29
目录
摘要……………………………………………………………………………………1
一、设计的作用、目的………………………………………………………………3
二、设计任务及要求…………………………………………………………………3
三、设计原理…………………………………………………………………………3
四、核心模块——交换网络的介绍…………………………………………………5
五、基于MT8980的交换网络的具体设计和实现…………………………………10
六、心得体会…………………………………………………………………………17
七、参考文献…………………………………………………………………………17
附录一（电路原理图）………………………………………………………………18
附录二（源程序）……………………………………………………………………22
一、设计的作用、目的
课程设计是理论学习的延伸，是掌握所学知识的一种重要手段，对于贯彻理论联系实际、提高学习质量、塑造自身能力等于有特殊作用。
本次课程设计一方面通过对交换网络的设计，使我们加深对理论知识的理解，同时增强其逻辑思维能力，另一方面对课堂所学理论知识作一个总结和补充。
二、设计任务及要求
1.掌握时分交换网络的原理及具体实现方法；
2.掌握空分交换网络的原理及具体实现方法；
3.掌握基于单片机的时空交换网络系统的设计；
4.利用相关软件实现电路图的绘制。
三、设计原理
1.程控交换机工作状况简介
本系统是依据程控交换原理设计的微型空分交换系统。
其基本工作原理：
当用户1摘机呼叫用户2时,交换机向主叫方发送拨号音,同时由单片机将主叫号码送LCD显示器显示,主叫方拨打相应号码后,程序控制将话机的输出与DTMF模块相连接，进行双音多频信号的译码，每收到一个DTMF信号，DTMF模块即可译出相应的BCD码，同时给单片机送1个“己译出”的信号，作为中断信号使单片机中断,AT89S51读入数据同时显示被叫号码,此时交换机切断拨号音并检测被叫方状态,若被叫用户忙则交换机向主叫方发送忙音,否则,向被叫方送铃流、向主叫方送回铃音。
当被叫方摘机后,交换机切断铃流和回铃音,接续话路,双方开始通话并启动通话计时。
当一方挂机后,计时停止显示通话时间并向对方
图4.1程控交换机结构框图
程序设计思路是根据程控交换机工作过程而制定的,采用分时控制,充分利用CPU资源,实现程控交换机功能：
（1）内部分机间通话:
拨打内部分机需先按Flash键,听到内线拨号音后,再输入分机号码1～8。
如听到忙音,说明线路在“忙”或被叫分机未挂机。
当任何一根外线被占用为内部分机间通话时,为保证外线来电优先接通。
此时CPU将内部通话分机调度到其它空线上或向占线分机发送“嘟⋯嘟⋯”提示音。
（2）打出:
打外线电话时,摘机后听到外线拨号音,直接拨号即可,也可按重拨键重拨。
直拨外线时,先挂A线,后挂B线。
若外线忙时,则直接挂内线,CPU发送内线拨号音;若无空线,则送忙音。
（3）还有另外有以下几种情况:
主叫方不挂机,被叫方摘机主叫方和被叫方建立征询通话时,外线听回铃音。
当主叫方或被叫方中有一方挂机后,另一方将与外线继续通话;双方均不挂机,且有一方拨“#”号后,则三机共线构成三方通话。
三方通话时,只有当二只分机全部挂机后才结束本次服务。
主叫方不挂机,被叫方不摘机在被叫方响六声铃内仍不摘机时,被叫方停止振铃,主叫方重新接通外线。
主叫方挂机,被叫方摘机在主叫方拨打被叫方后挂机,被叫方摘机后接入外线通话，长途加锁设置程控交换机上电时,全部分机处于长途加锁状态也可设置密码,任一分机解锁使用。
2.程控交换机程序流程
根据程控交换机功能,整个程序分成初始化、摘机处理、按键处理、挂机处理、外线来电处理、振铃处理和定时器处理七个模块,初始化模块主要是定义常数变量、变量单元、位标志、中断设置、定时器设置/启动分机工作初始状态等。
摘机处理模块主要判别是外线来电摘机、内线来电摘机还是要拨打外线或内线电话。
挂机处理模块比较复杂,既有内外线通话结束挂机,又有内外线通话中止挂机,还有三方通话主叫机挂机或从叫机挂机,其它有中止拨打外线内线挂机、1号分机功能设置完毕挂机等。
外线来电处理模块查询外线有否来电,若来电,还要判别本外线是否被内线占用;占用的话,则要将该绳路调度到其它绳路去;无空绳路时,则要给占用本绳路的分机发送“嘟⋯嘟⋯”声,提示用户有外线来电。
振铃处理模块是在发生摘/挂机和拨号呼叫后,产生相应的分机振铃声、内线拨号音、回音铃、忙音和证实音及振铃时间到后处理等等。
四、核心模块——交换网络的介绍
4.1交换网络的一般结构和工作原理
交换网络是交换系统的核心。
时分交换是把时间划分为若干互不重叠的时隙，由不同的时隙建立不同的子信道，通过时隙交换网络完成话音的时隙搬移，从而实现入线和出线间话音交换的一种交换方式。
时分交换的关键在于时隙位置的交换，而此交换是由主叫拨号所控制的。
为了实现时隙交换，必须设置话音存储器。
在抽样周期内有n个时隙分别存入n个存储器单元中，输入按时隙顺序存入。
若输出端是按特定的次序读出的，这就可以改变时隙的次序，实现时隙交换。
时分交换属于电路交换的一种。
电路交换又分为时分交换和空分交换两种交换方式。
整个电路交换的过程包括建立线路、占用线路并进行数据传输和释放线路三个阶段。
电路交换与面向连接协议相比较。
请注意电路和连接之间的区别。
一条连接对应于一条电路，而一条电路不是一条连接的先决条件。
将若干个交换单元按照一定的拓扑结构和控制方式，可以构成交换网络。
交换网络的三要素就是交换单元、不同交换单元之间的拓扑连接和控制方式，其结构图1如下所示：
图1.交换网络的一般结构
在本设计中采用的是同步时分交换网络，由时间交单元、空间交换单元这两种基本交换单元组成。
4.1.1时间交换单元
时间交换单元又称为时间接线器，简称为T单元或T接线器，其功能是完成一条PCM复用线上各时隙之间的信息交换。
信息存储器用来暂时缓存存储要交换的信息，控制存储器用来寄存脉冲码信息的时隙地址。
（a）顺序写入，控制读出（b）控制写入顺序读出
图2.T接线器的组成和原理图
设输入话音信号在TS50，要求经过T接线器以后交换至TS240上去，然后输出至下一级。
下面分别介绍两种工作方式的原理。
“顺序写入，控制读出”的工作原理：
CPU根据这一要求，通过软件在控制存储器的240号单元写入“50”.这个写入是由CPU控制进行的，因此把它叫做“控制写入”。
控制存储器的读出由定时脉冲控制，按照时隙号读出相对应单元内容。
如0时隙读出0单元内容;1时隙读出1单元内容……这种工作方式叫做“顺序读出”。
话音存储器的工作方式正好和控制存储器的方式相反，即是“顺序写入，控制读出”。
即，由定时脉冲控制，按顺序将不同时隙的话音信号写入相应的单元中去。
写入的单元号和时隙号一一对应。
而读出时则要根据控制存储器的控制信息（读出数据）而进行。
由于向话音存储器输入话音信号不受CPU控制，而输出话音信号（读出时）受到由CPU控制的控制存储器的控制，因此把它总称为“顺序写入，控制读出”方式。
根据图中的例子，话音的输入时隙号为50，在定时脉冲控制下就可写入到50号单元中。
因为CPU在控制存储器中的240号单元己写入了内容“50”，在定时脉冲控制下，在TS24O这一时间，从控制存储器的地址240中读出内容为“50”，把它作为话音存储器读出地址，立即读出话音存储器的50号单元。
这就是原来在50号时隙写入的话音信号内容。
因此在话音信号50号单元读出时己经是TS24O了，即己把话音信号从TSSO交换到TS240，实现了时隙交换“控制写入，顺序读出”的工作原理。
4.1.2空间交换单元
空间交换单元又称为空间接线器，简称为S单元或S接线器，其作用是完成不同PCM复用线之间同一时隙的信码交换。
如下图所示，它由交叉接点矩阵和控制存储器组成
（a）输入控制方式（b）输出控制方式
图3.S接线器的组成和原理图
上图表示22的交叉接点矩阵，它有2条输入复用线和2条输出复用线。
S接线器的工作原理：
以输入控制方式为例。
设输入PCM0的TS1中的信码要交换到输出PCM1中去，当时隙1时刻到来时，在CM0的控制下，交叉点01闭合，使输入PCM0的TS1的信码直接转送至输出PCM1的TS1中去。
同理，在改图中把输入PCM1的TS14的信码，在时隙14时由CM1控制10交叉点闭合，送至PCM0的TS14中去。
因此，S接线器能完成不同的PCM复用线间的信码交换，但是在交换中其信码所在的时隙位置不变，即它只能完成同时隙内的信码交换。
故S接线器不能单独使用。
而输出控制方式的S接线器工作原理与输入控制方式的工作原理是相同的。
4.2双音多频拨号简介
在电话机中，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。
图4.DTMF原理框图
●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。
●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。
●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。
●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。
●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。
4.3双音多频接收电路
图4.典型的DTMF接收电路框图
DTMF接收器包括DTMF分组滤波器和DTMF译码器，其基本原理如图2所示。
DTMF接收器先经高、低频组带通滤波器进行fL/fH区分然后过零检测、比较，得到相应于DTMF的两路fL、fH信号输出。
该两路信号经译码、锁存、缓冲，恢复成对应于16种DTMF信号音的4比特二进制码（D1~D4）。
五.基于MT8980的交换网络的具体设计与实现
5.1.1MT8980的管脚说明
在本系统中TMF接收器采用MT89800芯片。
该芯片引脚排列如图3所示
图5.MT8980引脚排列图
STi0-STi7：
8路串行输入的PCM基群（32信道）码流,速率为2.048Mb/s。
ST00-STO7：
8路三态串行输出的PCM基群码流,速率为2.048Mb/s。
A0~A5:
微处理器接口时地址信号输入。
D0~D7:
微处理器接口时双向数据输入/输出（三态）。
C4i:
时钟输入,频率为4.096MHz,串行码流由此时钟的下降沿定位。
F0i:
帧同步脉冲输入,它作为2.048Mb/s码流的同步信号,低电平使内部计数器在下次负跳变时复位。
CS:
片选信号输入,低电平有效。
DS:
微处理器接口时数据输入选通信号,高电平有效。
R/W:
微处理器接口时读、写控制信号,若输入高电平,为读出;若输入低电平,则为写入。
DTA:
数据应答信号输出（开漏输出）,它为微处理器接口时数据证实信号,若此端下拉至低电平,电路处理完数据,通常DTA经909Ω接+5V。
ODE:
输出驱动允许。
若该输入保持高电平,则SDO0~SDO7输出驱动器正常工作;若为低电平,则SDO0~SDO7呈高阻。
CST:
控制总线输出。
每帧由256b组成,每码元为接续存储器高位256个存贮单元第1位的值。
第0码流相应的码元先输出。
5.1.2MT8980的功能说明
其功能框图如图所示，该芯片由串/并变换器、数据存储器、帧计数器、控制寄存器、控制接口单元、接续存储器、输出复用器与并/串变换器等部分构成。
图6.MT8980功能框图
串行PCM数据流以2.048Mb/s速率分八路由STI0～STI7输入，经串/并变换，根据码流号和信道号依次存入256×8比特数据存储器的相应单元内。
控制寄存器通过接口，接受来自微处理器的指令，并将此指令写入到接续存储器。
这样，数据存储器中各信道的数据按照接续存储器的内容，以某种顺序从中读出，再经复用、缓存、经并一串变换，变为时隙交换后的八路2.048Mb/s串行码流STO0～STO7，从而达到数字交换的目的。
如果不再对控制寄存器发出命令，则电路内部维持现有状态，刚才交换过的两时隙将一直处于交换过程，直到接受新命令为止。
接续存储器的容量为256×11位，分为高3位和低8位两部分，前者决定本输出时隙的状态；后者决定本输出时隙所对应的输入时隙。
另外，由于输出多路开关的作用，电路还可以工作于消息或报文模式，以使接续存储器低8位的内容作为数据直接输出到相应的时隙中去。
MT8980的全部动作均由微处理器通过控制接口控制。
外部CPU可以读取数据存储器、控制寄存器和接续存储器的内容，并可向控制寄存器和接续存储器写入指令。
此外，还可置电路于分离方式，即微处理器的所有读操作均读自于数据存储器，所有写操作均写至接续存储器的低8位。
微处理器对电路的控制主要体现在对内部存储器的读写操作，控制格式为：
表1地址线（A5～A0）：
若A5＝0，选择控制寄存器，所有操作均针对控制寄存器。
若A5＝1，则由A4～A0选择输出码流的信道号（时隙号），如下面寻址表所示。
寻址表
A5
A4
A3
A2
A1
A0
地址
（十六进制）
寻址位置
0
X
X
X
X
X
00—1F
控制寄存器
1
1
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
1
1
20
21
3F
信道0
信道1
信道31
表2控制寄存器格式：
b7：
分离方式选择位。
当b7＝1时，无论b3、b4是什么状态，所有读操作均读自数据存储器；所有写操作均写至接续存储器低8位。
b6：
输出方式选择位。
当b6＝1，ODE＝1时，为消息方式；当b6＝0，为交换方式。
b5：
不用。
b4、b3：
存储器选择位。
00：
测试芯片时用，通常不能设成此状态。
01：
选择数据存储器。
10：
选择接续存储器低8位。
11：
选择接续存储器高8位。
b2～b0：
码流地址位，决定所选下一操作的输出码流号。
表3接续存储器高3位格式：
其中：
b7～b3：
不用。
若读操作时，均置为0。
b2：
当b2＝1时，工作于消息方式，接续存储器低8位内容被作为数据送至输出码流中；当b2＝0时，工作于交换方式，即接续存储器低8位的内容作为数据存储器的地址，将输入信道数据读到交换所要求的输出码流的相应时隙中。
b1：
外部控制位。
其内容将在下帧从CBO端输出。
b0：
输出允许位。
当ODE＝1时，且控制寄存器b6＝0，若此位为1，则数据输出到相应码流和时隙中；若为0，则输出时隙呈高阻。
3.4接续存储器低8位格式：
其中：
b7～b5：
码流地址位。
这3位的二进制数确定输入码流号，如若b7b6b5＝100，则接续存储器选中STI4存入的数据存储地址。
b4～b0：
信道地址位。
这5位确定b7～b5所选中码流的信道（时隙）号。
但若接续存储器高3位的b2＝1时，便转入消息方式，b7～b0的内容会被直接送至相应输出码流中。
5.1.3时分交换芯片MT8980基本特性
该器件是8线×32信道数字交换电路。
它内部包含串-并变换器，数据存储器、帧计数器、控制接口电路、接续存储器、控制寄存器、输出复用电路及并-串变换器等功能单元。
输入和输出均连接8条PCM基群（30／32路）数据线，在控制信号作用下，可实现240／256路数字话音或数据的无阻塞数字交换。
它是目前集成度较高的新型数字交换电路，可用于中、小型程控用户数字交换机。
电路的基本特性为：
（1）输入信通容量为8线×32路。
输出信道容量为8线×32路。
（2）信道数据率64kb／s。
提供256路无阻塞数字交换。
具有微处理器控制接口。
（3）电源+5V
（4）功耗30mW
（5）工艺CMOS
（6）封装40引线双列直插
5.2控制单元——AT89S51
控制单元控制着各模块协调有序的完成呼叫的全过程，本设计中采用AT89S51单片机完成。
AT89S51单片机在AT89C51的基础上，增加了WDT功能和双数据指针,并且支持ISP/IAP功能，其中看门狗模块可以在单片机出现死机现象时自动使单片机复位。
5.2.1AT89S51的管脚说明
该单片机的引脚图如下：
图7.AT89S51单片机
VCC（Pin40）：
电源输入，接＋5V电源
GND（Pin20）：
接地线
XTAL1（Pin19）：
片内振荡电路的输入端
XTAL2（Pin20）：
片内振荡电路的输出
ALE/PROG（Pin30）：
地址锁存允许信号
PSEN（Pin29）：
外部存储器读选通信号
EA/VPP（Pin31）：
程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。
RST/VPP（Pin9）：
复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。
PO口（Pin39～Pin32）：
8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7
P1口（Pin1～Pin8）：
8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7
P2口（Pin21～Pin28）：
8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7
P3口（Pin10～Pin17）：
8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7
5.3MT8980与AT89S51的连接
MT8980与AT89S51之间的接口信号主要有：
地址线A0～A5、地址线D0～D7、片选信号CS、读写控制信号R/W，另外还有选通信号DS、回应信号等。
当片选信号CS为低电平时，AT89S51可对MT8980内部的寄存器进行读写，DS和DTA作为AT89S51和MT8980之间数据交换的同步信号。
在DS信号的上升沿时刻，如果MT8980的片选信号、数据线、地址线以及读写信号有效，则AT89S51开始对MT8980进行读或写操作。
当MT8980与AT89S51之间完成相应的数据发送或者接收之后，MT8980的DTA送出一个下降沿，表示这次数据交换完成，可以进行下一项操作。
89C51的P3.0、P3.1分别与MT8980的DS、DTA相连，可以比较容易地实现AT89S51和MT8980之间数据交换的同步。
89C51的读信号线RD经反相处理以后，直接与MT8980的读写控制线相连，可以实现对该芯片的读写控制。
其引脚连线图见附录。
5.4基于MT8980的交换网络实现原理
第一部分已经介绍了交换系统的整体构成。
在此，对整个交换系统基于核心交换芯片MT8980的实现原理进行阐述。
用户电路是程控交换系统连接模拟用户线的接口电路，主要完成馈电、过压保护、摘挂机检测、二四线转换等功能。
用户集中级完成话务集中的功能，在本系统中将32个话路集中在一起，各个语音信号经过PCM编码后通过复用形成2.048Mbit/s码流，送入MT8980进行交换。
从MT8980输出的2.048Mbit/s码流经相反的处理后送入用户电路。
各个话路的状态检测、拨号数据的接收以及向被叫用户发送振铃信号都通过用户接口电路实现。
中继电路和中继接口电路为本局用户和远端局用户提供数据通道，向远端局发送接续请求，拨号，并且检测远端局送来的振铃呼叫信号。
一次呼叫的建立过程大致如下：
AT89S51以100ms的周期循环检测各用户电路，当某用户摘机后，其状态就反映到用户电路中，AT89S51确认该用户摘机后，即在内存中为该用户分配相应资源，包括记发器、呼叫存储器等，然后向该用户发送拨号音，并开始接收用户的拨号，将号码存储于记发器内，同时内部程序不断地对用户的拨号进行分析，当用户正确地拨完号码以后，AT89S51根据该号码，寻找被叫话机，并向被叫话机发送振铃信号。
被叫用户摘机后，在MT8980内部即为这两个用户建立通路，这样通话开始。
同时AT89S51监视着这两个话路的状态，当其中的一方将电话挂机后，AT89S51即撤销该次接续，并收回相应资源。
六、体会与收获
通过这次课程设计，我不仅加深了对现代交换技术理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。
我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中，发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。
同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！
同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！
七、参考文献
[1]金惠文·现代交换原理·电子工业出版社·2006年.
[2]罗国庆·软交换的工程实现·人民邮电出版社·2000年.
[3]沈鑫剡·IP交换网原理·技术及实现·人民邮电出版社·2000年.
[4]冯径·多协议标记交换技术·人民邮电出版社·2000年.
[5]尤克·现代交换技术·机械工业出版社·2000年.
[6]罗国庆·软交换的工程实现·人民邮电出版社·2004年.
附录一（源程序）
;============================================
U202_RWEQUP1.1
;============================================
ORG0000H
AJMPMAIN
;============================================
ORG0030H
MAIN:
CLRU202_RW;写MT8980芯片
ACALLMT8980_RST
;1->2
MOVDPTR,#8000H;写MT8980控制寄存器
MOVA,#19H;ST0->CONNECTION_H
MOVX@DPTR,A
MOVA,#01H
MOVDPTR,#8020H;接续存储器高字节
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#8000H;写MT8980控制寄存器
MOVA,#11H;ST0->CONNECTION_
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