东南大学自动化学院 3+卓越工程师项目综合方案st202803.docx
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东南大学自动化学院3+卓越工程师项目综合方案st202803
目录1
第一篇实训开班动员2
一、企方领导实训动员2
二、校方领导实训动员2
三、实训制度3
四、实训的四阶段3
五、实训机房参观4
第二篇通信柜机总体介绍5
一、系统总体介绍5
二、电子与通信产品设计应具备的能力8
三、总结8
第三篇项目开发进程10
第七篇二次开发实验平台12
一、概述12
二、开发任务12
三、需求分析17
四、开发目标17
五、预计能实现的功能17
六、人员分工18
七、设计原理的介绍18
八、硬件设计23
九、软件设计26
十、调试42
十一、PCB电路图43
十二、对M202开发板的优化方案与总结45
第一篇实训开班动员
【案例】
以东南大学自动化学院09级自动化专业30名同学实训为例，进行为期两周的TLS-3HF现代通信网络综合设备及多功能环保控制器实训。
一、企方领导实训动员
1、盛泰公司企业实训动员
时间：
上午9点
主讲人：
盛泰公司综合办公室主管周俊
内容：
1）周俊通过对自上而下的管理、自下而上的研发过程，介绍了南京盛泰公司的培训计划，从管理和技术两方面入手：
2）在介绍自上而下的管理过程中，周俊通过以同学们现场展示的过程讲解了公司的管理过程;
3）介绍自下而上的研发过程时，周俊着重强调研发过程每个过程，产品功能拓展方式，如何与需求相吻合。
2、盛泰公司培训部经理实训动员
时间：
上午11点20分
主讲人：
盛泰公司总经理唐修连
内容：
主要强调了敏捷岛项目实训过程中对学生（准员工）的要求：
1）学生实训的目的：
做事应有目标性，认识自己实训后的收获是什么；
2）对于实训的态度，并以盛泰公司研发部研发产品项目为例，说明应以积极的学习态度认真完成研发设计任务。
二、校方领导实训动员
时间：
上午10点
主讲人：
东南大学自动化学院孙培勇老师：
内容：
孙老师动员30名自动化专业的同学，抓紧这次实训机会，为从学校到公司的过程缓冲，在两周的实训时间中，学会大学知识的融会贯通，体会公司的管理，
认真对待实训过程。
三、实训制度
下午，李院长对实训的规定作了介绍：
1、各项规章制度
1）做了考勤要求，并介绍在盛泰公司对员工考勤制度的规定，要求实训生每天按照规定考勤；
2）每天提交实训日志，反应出自己每天的进步以及公司生活与学校生活的异同，并且每天举行小组交流讨论会，由项目经理负责；
3）实训期间的值日制度以及实训期间的安全。
2、实训流程
李院长对实训规定做了补充：
1）李院长强调了公司招聘员工最看重员工的人品，其次才是技术。
在本次实训过程中，要求实训生学会一套管理流程，学会一套技术流程。
2）李院长强调，本次实训应以经验为重，技术相对次之，需要严格记录技术资料。
四、实训的四阶段
时间：
15分钟（9：
25——9：
40）；
内容：
本次实训共计两周，时间为2012年08月06日——2012年08月17日，中间休息两天，具体阶段安排，见表1-1。
表1-1
第一阶段（5天）：
硬件系统设计
第二阶段（5天）：
软件编程开发
1、企业实训动员（1天）
2、通信柜机总体介绍（1天）
3、网络通信平台（3天）
4、提前讲授二次开发内容（共三次课）
5、
交换、光纤、移动三大平台
1、题目布置（1天）
2、数字程控交换平台（3天）
3、光通信传输平台（2天）
4、移动通信开发平台（3天）
【小贴示】
①二次开发硬件设计三次课程提前在第一阶段讲授，每次授课60—80分钟。
②第三阶段第2项任务以有能力的项目小组选做。
五、实训机房参观
实训机房为盛泰公司机房——现代通信机房。
下午3点，盛泰公司侯波、霍海强工程师带领学生到实训场地对实训的4种通信柜台作简要介绍：
本次实训包括了的四个通信柜机的四种电信平台、一个网络平台、四种开发环境、一套系统测试平台。
该系统的实现采用了单片机技术、FPGA/CPLD技术、DSP、ARM技术及相应的开发平台，并在硬件设计上预留了二次开发接口，供给学生实训、研发。
【小贴示】学生自己写
要求学生提交当天参加实训动员并参观通信柜机后的体会与感想：
“从各位领导的讲话中我们看出，实训中重要的是对待实训的态度，无论是考勤制度还是其他的制度，只要有良好的态度，都是完全能做到的。
通过对实训过程管理的适应也为我们最后走向工作岗位打下一个坚实的基础，从本人以前的实训看出只有更好的适应公司的制度才能发挥每个人最好的能效，实现个人与公司的共赢。
适应是实训的主题，也是我们努力的方向，能不能做好这个环节关系到最后的成败。
适应公司的管理，适应公司的需要，适应社会的需要，才能实现自己对薪酬的需要。
把握一个良好的心态是成功的关键。
”
——湖南怀化学院物信系06级通信工程专业
李俊、任领两位同学
【小贴示】
开班典礼总结
——实训动员、制度及场地介绍
时间：
2012年8月6日
地点：
江苏省南京市玄武大道699-22号江苏软件园10栋3楼；
场地：
现代通信机房
任务：
3+1卓越工程师实训
实训人员：
1、江苏盛泰信通科技发展有限公司
总经理：
唐修连
培训中心：
李七一
综合办公室：
周俊、孙京京、唐鹏
技术工程师：
杨洋、侯波、吴佐辉、霍海强
生产部：
蔡炜芬、潘红星
2、东南大学自动化学院教师：
孙培勇；
3、东南大学自动化学院09级自动化专业30名同学；
主讲人：
江苏盛泰信通科技发展有限公司综合办公室主管周俊；
第二篇通信柜机总体介绍
一、系统总体介绍
授课时间：
8:
00——10:
00
技术工程师：
侯波、霍海强
使用课件：
参见附件001号001APPT——“001通信柜机总体介绍”
1、设备组成
图2-2现代通信网络综合实训系统功能拓扑图
系统总体上可归纳为：
四种电信平台、一个网络平台、四种开发环境、一套系统测试平台
系统中自主研发实现了电信交换（空分/时分）、移动通信（GSM/CDMA）、光纤通信（PDH/SDH）、软交换（含VOIP）等四种电信设备平台，可完成四大类、上百种实验实训项目。
系统的实现采用了单片机技术、FPGA/CPLD技术、DSP、ARM技术及相应的开发平台，并在硬件设计上预留了二次开发接口，方便学生采用这些主流的开发技术用于验证性实验和新功能的创新性研发。
2、设备结构
现代通信网络综合设备结构示意图，如图2-3所示。
图2-3现代通信网络综合设备结构示意图
系统总线布局
现代通信网络综合设备中的系统网络部分的结构实物图，如图2-4所示。
现代通信网络综合设备中的系统网络部分的设备连接逻辑拓扑图，如图2-5所示。
图2-4系统网络部分的结构实物图
图2-5设备连接逻辑拓扑图
3、系统模块电路介绍
举例说明：
现代通信网络综合设备中的程控交换二次开发实验平台中的单板模块M202的用户接口电路部分原理图，如图2-6所示。
图2-6单板模块M202的用户接口电路部分原理图
【小贴示】
标准电信设备的物理尺寸，用U表示，其中：
1U=4.44cm。
二、电子与通信产品设计应具备的能力
授课时间：
8:
00——10:
00
技术工程师：
霍海强
使用课件：
参见附件001号001BPPT——“002电子与通信产品设计应具备的能力”
1、我们需要的基本技能
好的心态，多看书、多动手，多和他人交流，多上网，保密意识。
2、如何将知识转化为能力
专业知识的融汇贯通，附属工具的使用，细节决定成败，善于快速学习。
3、做研发需要的基本技能
焊接文化，团队合作，英语，研发的基本流程
三、总结
扎实的理论基础，
熟悉的动手能力，
良好的合作能力，
很强的分析能力，
快速的学习能力，
解决问题的能力，
积累沉淀的能力。
【小贴示】
时间：
2012年8月6日上午9:
00——11：
30
地点：
江苏省南京市玄武大道699-22号江苏软件园国际研发区10栋3楼
场地：
现代通信机房、项目工程二区
任务：
对本次实习系统做一个初步的了解，熟悉实习的环境
参加人员：
1、江苏盛泰信通科技发展有限公司
总经理：
唐修连
培训中心：
李七一
综合办公室：
周俊、孙京京、唐鹏
技术工程师：
杨洋、侯波、吴佐辉、霍海强
生产部：
蔡炜芬、潘红星
2、东南大学自动化学院教师：
孙培勇；
3、东南大学自动化学院09级自动化专业30名同学；
主讲人：
江苏盛泰信通科技发展有限公司综合办公室主管周俊；
4、东南大学自动化学院09级自动化专业第一敏捷岛成员
项目负责人：
项目副经理：
张凯
硬件工程师：
姚忍
软件工程师：
胡放
维护工程师：
刘成华
主讲人：
技术工程师侯波、霍海强。
第二项目组张凯
2009-12-22
第三篇项目开发进程
【小贴示】
技术总结
——宽带网络工程平台系统实训
时间：
2012年8月6日上午9:
00——11：
30
地点：
江苏省南京市玄武大道699-22号江苏软件园国际研发区10栋3楼
场地：
现代通信机房、项目工程二区
任务：
对本次实习系统做一个初步的了解，熟悉实习的环境
1、江苏盛泰信通科技发展有限公司
总经理：
唐修连
培训中心：
李七一
综合办公室：
周俊、孙京京、唐鹏
技术工程师：
杨洋、侯波、吴佐辉、霍海强
生产部：
蔡炜芬、潘红星
2、东南大学自动化学院教师：
孙培勇；
3、东南大学自动化学院09级自动化专业30名同学；
主讲人：
江苏盛泰信通科技发展有限公司综合办公室主管周俊；
题目2：
基于TLS—3HF的3U数字程控交换机系统，通过E1口进行安装、调试并配置，实现两局间的用户通信。
【案例分析】
开通怀化市安江县电信局与芷江县电信局，两局间电话业务。
题目3：
基于TLS—3HF的3U数字程控交换机系统，利用江苏盛泰公司提供的一块4用户接口专用测试单板，进行安装、调试并配置，实现局内电话用户间的通信系统。
【案例分析】
在江苏盛泰公司生产中心检测部，进行开通并调试该设备，作为出厂前的电话业务可靠性与稳定性再检验与再检测，再次提供检测报告。
第七篇二次开发实验平台
一、概述
TLS-3HL-4U的现代通信网络工程综合设备是一种面向电子信息、通信工程、计算机网络等专业的大型实验实训平台。
M202DTMF双音多频检测是4U的数字程控二次开发平台系统，这次对我们的实训要求主要是先进行抄板花PROTEL图，通过网上查资料弄清楚电路原理，查去MT8870芯片的工作原理，来进行编程，达到摘机拨号都有对应的指示灯亮，从而实现DTMF检测模块的检测功能。
这次唐总共给学生上了3次课，每次课时间大约60分钟，给我们将讲解了DTMF双音多频检测模块M202的主要功能，抄板的技巧，程序编写的要求，还给我们看了下局部的内部电路图。
还简单的介绍了M407移动通信的输入控制二次开发模块，主要讲了他们之间的协议。
要求学生自己根据电路板画出PROTEL图，写出DTMF的检测程序，接好电话机后，按下号码对应的模块上的号码指示灯会亮。
二、开发任务
1、通信柜机总体介绍
本次是基于江苏盛泰教育科技有限公司提供的数字程控交换平台的DTMF单板模块M202双音多频检测的程序功能开发与调试。
DTMF单板模块M202——双音多频信号检测模板是在下图3号与4号从机上程控交换平台系统部分上接了块M202单板就是照片中的那块单板，双音多频信号DTMF就是用两个频率——行频和列频来表示电话机键盘上的一个数字。
DTMF电话的指令正在迅速的取代脉冲指令。
除了在电话呼叫信号使用外，DTMF还广泛的使用在交互式控制应用，例如电话银行、电子邮件甚至家电远程控制等，用户可从电话机发送DTMF信号来做菜单选择。
现代通信网络综合设备的通信柜机设备总体结构图如图7-1所示。
图7-1通信柜机设备总体结构图
本次二次开发主要是对3号从机上4U数字程控交换二次开发系统中DTMF单板M202的功能检测。
物理位置示意图如图7-2所示，实物图如图7-3所示，其中二次实验箱上的单板为本次开发板，程控交换平台系统部分图中单板M202如图7-3所示：
图7-2物理位置示意图
图7-3程控交换平台系统部分图中单板为M202
2、电路板模块功能介绍
数字程控二次开发示意图如图7-3所示。
图7-3数字程控二次开发示意图
1）M201单路用户接口模块。
完成的话用户的接口功能，即交换机中的BORCHT功能
2）M202DTMF检测模块。
完成DTMF双音多频检测功能
3）M203信号音产生模块。
主要实现系统信号音产生和输出
4）M204用户电路控制模块。
采用分布式控制CPU实现对单路用户接口模块、DTMF检测模块和信号音产生模块得控制
5）M205信令控制模块。
完成用户信令监测功能，如对R（振铃）、S（摘挂机状态）、C（编译码）等用户信号信令的检测
6）M206用户交换模块。
采用MT8816芯片实行交换核心功能
三、需求分析
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，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。
随着通讯事业的发展，数字传输的逐渐普及，DTMF信号已经不仅仅局限于终端信令的传输，同时也广泛应用于IP网关、远程控制、局端信令传输，成为传统业务和现代科技应用系统的桥梁。
四、开发目标
1、通过对DTMF双音多频检测模块的研发来了解整个研发流程；
2、具备独立的路级应用的设计的能力；
3、学习试验、测试、调试等开发必须掌握的方法，训练实战工作技能；
4、熟悉DTMF工作原理、应用范围；
5、学会团队工作配合技巧，培养团队合作意识。
实施好垂直管理系统和软件开发两大系统。
五、预计能实现的功能
1、完整的DTMF发送和接收功能。
2、按下键盘任意键能够正确接受DTMF双音多频信号，并能够从测试点正确测试出正确的按键信号。
3、信号音的检测判断功能。
4、能够正确识别各种按键的信号。
5、DTMF信号分离滤波和译码功能。
6、按下键盘任意键能够在测试点正确测试出高频和低频两路信号，并没有其他干扰信号影响工作，BCD显示模块正确显示出所按键数字，译码输出电路能够正确测试出二进制的按键信息。
7、其他辅助电路能够保证DTMF双音多频检测模块正常稳定的运行。
8、摘机上电M202板上指示灯与相应的数字BCD码跑一边，每一个按键都有对应的不同的声音，按键松，对应指示灯灭，连续按键对应指示灯连续闪，声音也连续响，按得越快闪的越快声音响得越快，信号检测越灵敏。
六、人员分工
经理钱：
威负责整过过程的开发与工作的分配及文档的最终整理
副经理：
曾轶负责整过过程的开发与工作的问题记录
硬件工程师：
杨振明负责硬件设计与PCB图的设计
软件工程师：
岳学斌、张永彬负责DTMF模块的软件功能的实现
技术支持工程师：
周运来负责整过过程的技术支持和整个过程的跟踪
七、设计原理的介绍
1、双音多频的介绍
（以下是项目经理钱威提供的资料）
所谓双音多频（DTMF），就是用两个频率——行频和列频来表示电话机键盘上的一个数字。
DTMF电话的指令正在迅速的取代脉冲指令。
除了在电话呼叫信号中使用外，DTMF还广泛的使用在交互式控制应用，例如电话银行、电子邮件甚至家电远程控制等，用户可以从电话机发送DTMF信号来做菜单选择。
本文讨论一种利用DSP对DTMF信号产生和解码的设计方法。
为了产生DTMF信号，DSP用软件产生两个正弦波叠加在一起后发送，解码时DSP则采用改进的Goertzel算法，从频域搜索两个正弦波的存在。
2、DTMF信号的产生
电话键盘上每一个键，都由其行频和列频唯一确定，频率如表7-1所示。
表7-1：
电话键盘频率
DTMF编解码器的音频信号产生部分是基于两个二阶的数字正弦波振荡器，一个产生行频，一个产生列频。
从而数字振荡器二阶系统函数的差分方程为：
y（n）=-a1*y（n-1）-a2*y（n-2），其中a1=-2cosω0，a2=1，ω0=2π*f0/fs，fs为采样频率，f0为输出正弦波的频率，A为输出正弦波的幅度。
该式初值为y（-1）=0，y（-2）=-Asinω0。
用差分方程由频率表计算出相应的系数和初始条件装入DSP，按叠代算法得到正弦序列输出，将2个输出叠加即可得到双音频的输出。
从而仅需要2个振荡器，就能够产生所需要的8个音频信号。
典型的DTMF频率范围是700～1700HZ，选取8kHZ作为采样频率，满足采样条件。
DTMF编解码器的工作就是将一串键盘的输入（数字）转换成为一串适当持续时间的音频信号对；由解码器检测该音频信号对，并确认相应的数字。
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）
3、DTMF发送器的位置如图：
图7-4
4、双音多频接收电路
双音多频接收电路如图7-5所示。
图7-5
5、典型的DTMF接收电路框图
从而数字与数字之间必须要有适当长度的静音信号以作区分。
因此程序的设计要产生两个信号：
双音频信号和静音信号，一个音频和静音信号对表示一个数字。
由定时器变量指定信号的持续时间，每个数字信号传送结束后，立即从数字缓存中调出一个新的数字并解包。
将该数字映射到行/列音频信号并装入指针，指向振荡器属性表的相应地址。
整个程序流与接收中断服务子程序同步，提供准确的时钟，用于实时处理和恒定的样本输出。
在中断服务子程序完成后，就按照发送顺序输出信号。
查询方式检查定时器变量决定发送时间是否终了：
控制继续发送或者发送完毕初始化下一个信号的传输。
DTMF编解码器流程图如图7-6所示，
图7-6DTMF编解码器流程图
6、DTMF信号的检测
主要任务是在输入信号中检测DTMF信号，并将其转换为实际的数字。
解码过程本质上是连续的过程，需要在输入的数据流中连续的搜索DTMF信号的存在。
为了保证检测的有效性，降低算法的复杂度，可以采用Goertzel算法。
计算数字信号的频谱可以采用DFT及其快速算法FFT，而在实现DTMF解码时，采用Goertzel算法要比FFT更快。
通过FFT可以计算得到信号所有谱线，了解信号整个频域信息，而对于DTMF信号只用关心其8个行频/列频及其二次谐波信息即可（二次谐波的信息用于将DTMF信号与声音信号区别开）。
此时Goertzel算法能更快速的在输入信号中提取频谱信息。
DTMF解码器的实现，采用与编码器类似的任务安排，与接收中断服务子程序同步完成。
输入数据缓存器接收数据，一旦装满就将输入数据状态字置1。
通过查询输入数据状态字调用初始化函数来初始化DTMF检测过程。
然后将输入数据缓存器复制到一个中间缓存器以便处理，所有的检测函数都对中间缓存器进行操作。
增益控制器对输入的强信号做衰减，然后执行Goertzel滤波。
Goertzel函数的输出是16个滤波器的延时状态，函数完成后做数字有效性检查。
检测过程中分音频信号和静音信号2种模式：
前者检测器搜索DTMF信号的出现，并作有效性检查；后者DTMF信号检测被禁止，等待静音信号。
数字有效性检查包括信号强度、反向、和标准扭曲、相关峰值、二次谐波以及数字稳定性。
当这些检查成功完成之后，有效的数字存入
数字输出缓存器等待系统输出调用。
DTMF信号检测流程如图7-7所示。
图7-7DTMF信号检测流程图
7、双音多频检测模块电原理图
图7-8电原理图
8、M202的整体功能框图
图7-8
八、硬件设计
1、抄板技巧
观察功能模块和重要芯片。
这是入手点，找到板图的核心，进而找好相关资料，借助一些基本芯片工作理论，引脚图，典型电路图把握局部电路。
结合PCB板上不同功能模块的联系初步建立模型。
注意过孔，利用一些穿孔工具如：
丝线，导线，小电阻，电容等做好标记，认清过孔顺藤摸瓜合理利用万能表。
.做好网络标记。
在一些连线复杂的地方善用网络标记，使电路图整洁明了。
注意网络标记符尽量简单易懂。
注意先画个与M202的电阻、芯片、电容、过孔都用具体的图形和不同颜色的笔做好记号.
2、画PROTEL电路图
画图时，要按功能划分，自己画好封装。
我们抄板用时3个小时，画protel用时2个半小时总体来说都还顺利。
主要还是小组团队合作不错。
图7-9
图7-10（硬件工程师：
杨振明提供）
PCB图如图7-11：
图7-11
九、软件设计
1、编程是二次开发实训考核重点，也是难点。
编程基础是建立在对电路原理熟悉的基础上。
能把握电路的主要功能及功能实现过程。
着重了解重要芯片的连接以及工作原理。
所以上网查找资料是重点工作。
编程过程中要注意必须遵循的协议。
并标记必要的注释，能提高程序可读性，有助于后期的检查和修改。
2、通过网络查找芯片资料，MT8870芯片资料如下：
MT8870功能介绍
MT8870音调译码器（ToneDecoder）是MITEL公司所开发生产为一颗常用复频译码IC，这个电路可以接收DTMF信号，是一个完整的DTMF接收器。
它接收了DTMF信号后，内部将信号分成高频带和低频带，并将此信号送至数字译码器，然后将讯号送至数字译码器以解出按键值，接着将解出的按键值以二进制的方式以四条线（Q1、Q2、Q3、Q4）输出到外部共享Bus上，其MT8870接脚说明如表1及内部结构如图2。
值得一提的是，当MT8870解出一个按键值且输出到外部时，其STD接脚会由低态升为高态，经一段时间后再降为低态，我们便可利用此特点侦测到此脚有讯号时便马上将Q1-Q4接脚所产生的值读入CPU，然后解出电话按键值如图7-12所示，MT8870应用电路图如图7-13所示。
图7-12
图7-13MT8870应用电路图
表7-2MT8870引脚功能：
PIN
脚位
说明
PIN
脚位
说明
1
IN+
OPA非反相输入端
18
VDD
电源正电压
2
IN-
OPA反相输入端
17
ST/GT
动作输入/监视时间
3
GS
增益选择
16
EST
提前动作输出
4
VREF
参考电压输出
15
STD
延迟动作输出
5
INH
禁制输入信号检出
14
Q4
三态译码数据输出
6
PWDN
电源下降输入
13
Q3
三态译码数据输出
7
OSC1
内部振荡电路输入端
12
Q2
三态译码数据输出
8
OSC2
内部振荡电路输出端
11
Q1
三态译码数据输出
9
VSS
电源地线
10
TOE
三态输出端
图7-14MT8870内部方框图
图7-15MT8870时序图
表7-3MT8870解码功能表
Digit
TOE
INH
ESt
Q4
Q3
Q2
Q1
ANY
L
X
H
Z
Z
Z
Z
1
H
X
H
0
0
0
1
2
H
X
H
0
0
1
0
3
H
X
H
0
0
1
1
4
H
X
H
0
1
0
0
5
H
X
H
0
1
0
1
6
H
X
H
0
1
1
0
7
H
X
H
0
1
1
1
8
H
X
H
1
0
0
0
9
H
X
H
1
0
0
1
0
H
X
H
1
0
1
0
*
H
X
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