程控交换实验指导.docx

1、程控交换实验指导实验一 程控交换原理实验系统及控制单元实验一、实验目的1熟悉程控交换原理实验系统的电路组成与主要部件的作用。2体会程控交换原理实验系统进行电话通信时的工作过程。二、预习要求预习程控数字交换原理与应用和单片微型计算机原理与接口技术中的有关内容。三、实验仪器1程控交换实验箱 一台2万用表 一块3电话单机 四个四、实验原理1电路组成交换网络用户电路用户电路 CPU中央处理单元 图1-1实验系统原理框图用户电路用户电路 交 换 网 络用户线接口电路用户1用户线接口电路用户3用户线接口电路用户2用户线接口电路用户4二次稳压电路液晶显示电路控制、检测电路时钟信号电路语音提示电路直流电源CP

2、U中央处理器多种信号音电路图1-2实验系统方框图图1-1是该实验系统的原理框图，图1-2是该实验系统的方框图。(1)用户模块电路 主要完成BORSCHT七种功能，它由下列电路组成： 用户线接口电路 二四线变换器 PCM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： 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： 450Hz数字拨号音电路 忙音发生电路 回铃音发生电路 25Hz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： 液晶显示电路：显示主叫方电话号

3、码及通话时间。 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。 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。 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。 振铃控制电路：它也是按照CPU发出的指令进行工作。 (5)系统工作电源 主要完成系统所需要的各种电源，本实验系统中有+5V，-5V，+12V，-12V，-48V，-24V等6组电源，由下列电路组成：内置工作电源：-48V,-12V,+5V,+12V 稳压电源：-24V,-5V 2工作过程：以下是CPU

4、中央集中控制处理系统的主要工作过程，要全面实现上述工作过程，则要有软件支持，该软件程序流程图见图1-3。NO图1-3 程序工作流程示意图五、实验内容1测量实验系统电路板上各测量点的电压值，并记录。2从总体上初步熟悉两部电话单机进行通话的过程。3初步建立程控交换原理系统及电话通信的概念。4观察并记录一个正常呼叫的全过程。5观察并记录一个不正常呼叫的状态。 号码：1234号码：3456交换网络系统号码：68 号码：4567号码：2345号码：69 图1-4呼叫识别电路框图六、实验步骤1接上交流电源线。2先打开“交流开关”，指示发光二极管D23亮后，再分别按下直流输出开关J1、J2。此时实验箱上的五

5、组电源已供电，各自发光二极管亮。（注意一定要按照正确顺序关闭电源，否则会烧坏器件）3按复位键“S1”进行一次上电复位，此时，CPU已对系统进行初始化处理，液晶显示“欢迎使用众友科技程控交换实验系统”，即可进行实验。4将万用表拔至直流电压档，然后测量电源模块-48V、-12V、-5V、+5V、+12V的电压是否正常。(-48V允许误差10%，其它为5%)5将四个用户接上电话单机。6正常呼叫全过程的观察与记录。(现以用户1为主叫，用户4为被叫进行实验)(1)主叫摘机，听到拨号音；(2)主叫拨首位被叫号码“4”，主叫拨号音停，主叫继续拨完被叫号码“5、6、7”；(3)被叫振铃，主叫听到回铃音，液晶显

6、示主叫电话号码“来电号码 0271234”；(4)被叫摘机，被叫振铃停，主叫回铃音停，双方通话。液晶显示通话计时“通话时间 xx分 xx秒”。(5)挂机，任意一方先挂机（如主叫先挂机），另一方（被叫）听到忙音，计时停止，液晶显示“欢迎使用众友科技程控交换实验系统”。7不正常呼叫的自动处理(1)主叫摘机后在规定的系统时间20s内不拨号，主叫听到忙音。(2)拨完第一位号码后在规定的系统时间5s内没有拨第二位号码时，主叫听到忙音。(3)号码拨错时（如主叫拨“1111”），主叫听到忙音。(4)主叫拨打自己的号码，如用户一打“1234”，听忙音。(5)被叫振铃后在规定的系统时间20s内不摘机，被叫振铃音

7、停，主叫听到忙音。七、注意事项对实验系统加电一定要严格遵循先打开系统工作电源的“交流开关”，然后再打开直流电源输出开关J1，J2。实验结束后，先关直流电源输出开关J1，J2。最后再关“交流开关”，以避免实验电路的器件损坏。八、实验报告1画出实验系统电路的方框图，并作简要叙述。 图1-1是该实验系统的原理框图，图1-2是该实验系统的方框图，实验原理中有对该实验系统详细的介绍。2对正常呼叫与不正常呼叫全过程进行记录。 见实验步骤6、7。实验二 用户线接口电路及二四线变换实验一、实验目的1全面了解用户线接口电路功能（BORST）的作用及其实现方法。2通过对AM79R70电路的学习与实验，进一步加深对

8、BORST功能的理解。3了解二四线变换电路的工作原理。二、预习要求认真预习程控数字交换原理与应用中有关用户线接口电路的章节。三、实验仪器1程控交换实验箱 一台2电话单机 二个320MHz示波器 一台4万用表 一块四、实验原理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（Subscriber Line Interface CircuitSLIC）。任何交换机都具有用户线接口电路。模拟用户线接口电路在实现上的最大压力是应能承受馈电、铃流和外界干扰等高

9、压大电流的冲击，过去都是采用晶体管、变压器（或混合线圈）、继电器等分立元件构成。随着微电子技术的发展，近十年来在国际上陆续开发多种模拟SLIC，它们或是采用半导体集成工艺或是采用薄膜、厚膜混合工艺，并已实用化。在实际中，基于实现和应用上的考虑，通常将BORSCHT功能中过压保护由外接元器件完成，编解码器部分另单成一体，集成为编解码器（CODEC），其余功能由所谓集成模拟SLIC完成。在布控交换机中，向用户馈电，向用户振铃等功能都是在绳路中实现的，馈电电压一般是-48V，用户的馈电电流一般是20mA30 mA，铃流是25Hz左右，而在程控交换机中，由于交换网络处理的是数字信息，无法向用户馈电、振

10、铃。所以向用户馈电、振铃等任务就由用户线接口电路来承担，再加上其它一些要求，程控交换机中的用户线接口电路一般要具有B（馈电）、O（过压保护）、R（振铃）、S（监视）、C（编译码）、H（混合）、T（测试）七项功能。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-Battery feeling）：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-Overvoltage protection）：防止过压过流冲击和损坏电路、设备。(3)振铃控制（R-Ringing Control）：向用户话机馈送铃流，通常为25Hz/7

11、5Vrms正弦波。(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300Hz3400Hz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

12、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见图2-1。馈电电源铃流发生器编码器混 合 电 路振 铃 控 制馈 电 电 路过 压 保 护 电 路低通发送码流模拟用户线 平衡网络解码器接收码流低通用户线状态信号振铃控制信号图2-1模拟用户线接口功能框2用户线接口电路在本实验系统中，用户线接口电路选用的是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

13、开路和环路检测等功能,而编解码由编解码芯片TP3067来完成。此外AM79R70 还具有片内铃流放大功能。(1)该电路的基本特性 向用户馈送铃流向用户恒流馈电过压过流保护被叫用户摘机自截铃摘挂机检测和LED显示语音信号的2/4线转换无需耦合变压器体积小及低功耗极少量外围器件封装形式为PLCC32封装 图2-2 AM79R70的管脚排列图(2)AM79R70引出端功能的说明1脚BGND：电源地;2脚VBAT2：馈电电源2;3脚VCC：。正电源;4脚RYOUT2：继电器开关驱动2;5脚RYE：RYOUT1和RYOUT2 的发射极输出;6脚RYOUT1：继电器开关驱动1;7脚B2EN：馈电电源选择管

14、脚;8脚VBAT1：馈电电源2;9脚D1：内部继电器1使能端，低电平有效;10脚E1：该脚输入低电平时，可使/DET输出摘机检测信号； 11脚C3、12脚C2、14脚C1：控制字输入端，通过此端可选择芯片的工作方式;13脚/DET：摘挂机检测输出，此端在摘机时输出低电平，挂机时输出高电平;15脚D2：内部继电器2使能端，低电平有效;16脚NC：无连接;17脚RSGH：使用VBAT1馈电时，该端应接下拉电阻以调整开路电压; 18脚RSGL：使用VBAT2馈电时，该端应接下拉电阻以调整开路电压;19脚RDC：直流馈电电阻;20脚AGND/DGND：模拟地/数字地;21脚RSN：模拟话音信号输入端;

15、22脚VNEG：内部负电压稳压器的返回值;23脚VTX：模拟话音信号输出端;24脚RDCR：振铃时的反馈连接点;25脚RINGIN：铃流输入端;26脚HPA：A (TIP)端高通滤波电容;27脚HPB：B(RING) 端高通滤波电容;28脚RTRIP2：振铃电压偏置端;29脚RTRIP1：振铃电压门限设置和滤波管脚;30脚RD：摘机检测的门限调整和滤波;31脚A (TIP)：接用户线的A (TIP)端;32脚B(RING)：接用户线的B(RING)端。(3) AM79R70的主要功能图2-3是AM79R70内部电路方框图，其主要功能说明如下：图2-3 AM79R70内部电路方框图图2-4 AM

16、79R70内部控制表3用户接口电路的电路原理图由图1-1可知，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2-5是用户1用户线接口电路的电路原理图。图2-5 用户线接口电路原理图4工作过程为了简单和经济起见，反映用户状态的信号一般都是直流信号，当用户摘机时，用户环路闭合，在用户线上有直流电流流过。主叫摘机表示呼叫信号，被叫摘机，则表示应答信号，当用户挂机时，用户环路断开，用户线上的直流电流也断开，因此交换机可以通过检测用户线上直流电流的有无来区分用户状态。当用户一摘机时，发光二极管D19亮表示用户已处于摘机状态，TP13由低电平变成高电平，此状态

17、送到CPU进行检测该路是否摘机，当检测到该路有摘机时，CPU命令数字拨号音及控制电路送出f=450Hz，V=1.4V的波形即拨号音。当用户听到450Hz拨号音信号时，用户可以拨电话号码，双音多频号码检测电路检测到号码时通知CPU进行处理，CPU命令450Hz数字拨号音发生器停止送拨号音，用户继续拨完号码，CPU检测主叫所呼叫的号码后，立即向被叫用户送振铃信号，提醒被叫用户接听电话，同时向主叫用户送回铃音信号，以表示线路能够接通；当被叫用户摘机时，CPU接通双方线路，通信过程建立。一旦接通链路，CPU即开始计时，当任意一方先挂机，CPU检测到后，立即向另一方送忙音，以示催促挂机。至此，主、被叫用

18、户一次通信过程结束。通过上述简单分析，不难得出各测量点的波形。TP11：通信时有发送话音波形；拨号时有瞬间DTMF波形；不通信时则此点无波形。TP12：通信时有接收话音波形：摘机后至拨号前有450Hz拨号音信号；不通信时则此点无波形。TP13：摘挂机状态检测测量点。挂机：TP13为低电平；摘机：TP13为高电平。TP14：振铃控制信号输入，高电平有效。即工作时为高电平，常态为低电平。由于4个用户线接口电路的测量点相同，故对其它三个用户线接口电路的测量点就不一一叙述，波形均相同，即：TP11=TP21=TP31=TP41TP12=TP22=TP32=TP42TP13=TP23=TP33=TP43

19、TP14=TP24=TP34=TP445二四线变换电路在该实验系统中，二四线变换由用户线接口电路中的语音单元电路实现，图2-6为电路的功能框图，该电路完成二线单端之间信号转换，在AM79R70内部电路中已经完成了该变换。TTR R图2-6 二/四线变换功能框图二四线变换的作用就是把用户线接口电路中的语音模拟信号（TR）通过该电路的转换分成去话（T）与来话（R）。对该电路的要求是：将二线电路转换成四线电路；信号由四线收端到四线发端要有尽可能大的衰减，衰减越大越好；信号由二线端到四线发端和由四线收端到二线端的衰减应尽可能小，越小越好；应保持各传输端的阻抗匹配，以便于PCM编译码电路形成发送与接收的

20、数字信号。五、实验内容1参考有关程控交换原理教材中的用户线接口电路等章节，对照该实验系统中的电路，了解其电路的组成与工作过程。2通过主叫、被叫的摘、挂机操作，了解B、R、S等功能的具体作用。六、实验步骤1接上交流电源线。2先打开“交流开关”，指示发光二极管D23亮后，再分别按下直流输出开关J1、J2，此时实验箱上的五组电源已供电，各自发光二极管亮。3按复位键“S1”进行一次上电复位，此时，CPU已对系统进行初始化处理，液晶显示电路显示“欢迎使用众友科技程控交换实验系统”，即可进行实验。4用户1，用户3接上电话单机。5用户电话单机的直流供电（B）的观测。（现以用户1为例） (1)用户1的电话处于

21、挂机状态，用万用表的直流档测量TP11A，TP11B对地的电压，TP11A为100 mV，TP11B为-24V左右，它们之间电压差约为24V。(此值只是作为参考，以实验为准)(2)用户1的电话处于摘机状态，用万用表的直流档测量TP11A，TP11B对地的电压，TP11A为-5.6V左右，TP11B为-17.5V左右。（测得的电压与电话的内阻抗有关，所以每部电话的测量值不一定相同, 此处只是作为参考。）(3)用户1处于挂机状态，用户3呼叫用户1，即用户3拨打“1234”，使用户1振铃。当用户1的电话振铃时，用示波器观察TP11A直流电平为100 m V, TP11B直流电平为-48V左右,且叠加

22、有振铃的波形。注意：AM79R70振铃时用-48V馈电，而平时用-24V馈电，以降低功耗。6观察二四线变换的作用。(1)用正常的呼叫方式，使用户1、用户3处于通话状态。(2)当用户1对着电话讲话时（或按电话上的任意键），用示波器观察TP11上的波形，为语音信号（或双音多频信号），不讲话时无信号。(3)当用户1听到用户3讲话时（或用户3按电话上任意键），用示波器观察TP12上的波形，为语音信号（或双音多频信号），对方不讲话时无信号。TP11等图2-7 语音参考波形 (4)用示波器观察TP11A。不管是用户1讲话还是用户3讲话（或按电话上的任意键）此测试点都有语音波形（或双音多频信号）。7摘、挂机

23、状态检测的观测。7.1当用户1的电话摘机时，用示波器测量TP13为高电平（4V左右）。7.2当用户1的电话挂机时，用示波器测量TP13为低电平（0V左右）。8被叫话机振铃（R）的观测。8.1用户1处于挂机状态，用户3呼叫用户1，即用户3拨打“1234”，使用户1振铃。8.2当用户1的电话振铃时，用示波器观察TP14，振铃时TP14为高电平（4V左右）不振铃时TP14为低电平（0V左右）。七、注意事项当实验过程中出现不正常现象时，请按一下复位键“S1”，以使系统重新启动。八、实验报告画出各测量点在各种情况下的波形图。实验三 多种信号音及铃流信号发生器实验一、实验目的1了解电话通信中常用的几种信号

24、音和铃流信号的电路组成与产生方法。2熟悉这些信号音在传送过程中的技术要求和实现方法。二、预习要求预习有关拨号音、忙音、回铃音、铃流等有关内容。三、实验仪器1程控交换实验箱 一台2电话单机 两个320MHz示波器 一台四、实验原理1用户信号系统我们知道，在用户话机与电信局的交换机之间的线路上，要沿两个方向传递语言信息。但是，为了接通一个电话，除了上述情况外，还必须沿两个方向传送所需的控制信号。比如，当用户想要通话时，必须首先向程控机提供一个信号，能让交换机识别并使之准备好有关设备，此外，还要把指明呼叫的目的地的信号（被叫）发往交换机。当用户想要结束通话时，也必须向电信局交换机提供一个信号，以释放

25、通话期间所使用的设备。除了用户要向交换机传送信号之外，还需要传送相反方向的信号，如交换机要向用户传送关于交换机设备状况，以及被叫用户状态的信号。由此可见，一个完整的电话通信系统，除了交换系统和传输系统外，还应有信号系统。普通电话信号是目前各种终端信令中最为简单的一种，话机发出的信令以直流电流的通断表示，交换机产生的则主要是各种音频频率的正弦波。2信令定义 摘机：话机发出的请求通信的命令。 挂机：由话机发出，表示话机已结束或放弃通信。 拨号音：由交换机发出，促请话机用户输入被叫话机的号码。 忙音：由交换机发出，通知主叫用户通信网络或被叫话机目前正忙。 拨号：话机发出的被叫话机的号码，供通信网接续

26、话路时使用。 回铃音：由交换机发出，提示主叫用户被叫话机正处于振铃状态。振铃：由交换机发出，供被叫话机发出铃声，促请用户应答。 3信令编码摘机：环线直流电流由开路变为导通。挂机：环线直流电流由导通变为开路。拨号音：持续的450Hz的正弦波。忙音：450Hz的正弦波，每导通0.35秒后间断0.35秒。拨号：采用双音多频拨号方式，即DTMF=（Dual Tone Multifrequency）。回铃音：450Hz的正弦波，每导通1秒后间断4秒。振铃：25Hz的低频周期信号，每导通1秒后间断4秒。在呼叫建立过程中，交换机应向主叫用户发送各种信号音，以使用户能了解连续进展情况和下一步应采取的操作。下面

27、是本实验系统的传送信号流程，见图4-1所示。用户线用户线被叫用户主叫用户呼叫信号摘机拨号音信号号码信号振铃信号回铃音信号应答信号话音信号通信建立摘机挂机（先挂方）忙音信号挂机信号挂机(用户线信号)图4-1 本实验系统传送信号流程图4数字信号音的产生众所周知，在数字程控交换机中直接进行交换的是PCM数字信息，在这样的情况下如何使用户接收到信号音（如拨号音、回铃音、忙音等）是一个重要的问题。因为模拟电路产生的信号音是不能通过PCM交换系统的，这就要求设计一个数字信号音发生器，使之能向交换网络输出这样一些PCM数字信息，这些数字信息经过非线性译码后能成为一个我们所需的模拟信号音。(1)传统方式产生数

28、字音信号由图4-2可知，这是一种常见的PCM编码方式，400Hz450Hz的正弦信号由硬件电路实现，再经过PCM编码器电路后，就可输出音信号的PCM数字码流了，经过数字交换网络后，再进行D/A变换还原成正弦信号送往用户电路即可。450HZ正弦量化及非线性编码取样450HZ正弦信号发生器信号发生器图4-2 传统方式产生音信号电原理图(2)数字电路产生数字音信号图4-3是大约450Hz正弦波信号一个周期取样示意图，图4-4是数字电路产生音信号的原理框图。图4-3 450Hz正弦波信号取样示意图图4-4 数字信号音产生电路原理图由此可见，我们只要对正弦信号在以每隔125s取样一次，并将取样所得的正弦

29、信号幅度按照A律十三折线非线性编码的规律进行计算，变成二进制编码，然后把这些二进制码存贮在EEPROM中，只要每隔125s对它读出一次即可得到PCM数字信息码流。（注意：TP3067编码输出时，偶数位取反。例如+2.5V的电压编码输入应为 1111 1111，而TP3067输出为 1010 1010。）5拨号音及控制电路主叫用户摘机，CPU检测到该用户有摘机状态后，立即向该用户送出声音信号，表示可以拨号，当CPU中央处理单元收到第一个拨号脉冲后，立即切断该声音信号，该声音信号就叫拨号音。拨号音由上述数字信号音产生，一旦有一用户摘机，交换网络把数字信号音送给该用户，经过TP3067的译码，提供给

30、用户450Hz的正弦波。6回铃音及控制电路回铃音信号由CPU中央处理单元控制送出，通知主叫用户正在对被叫用户振铃，回铃音信号所用频率也同拨号音频率，周期为1秒通，4秒断，与振铃一致。各国所用的断续周期不同，如日本为1秒断2秒续，重复周期为3秒。美国和加拿大为2秒续，4秒断，重复周期为6秒。我国采用4秒断，1秒续的5秒周期信号。因此在本实验系统中采用大约4秒断，1秒续的重复周期为5秒的方波信号，图4-5是断续电路的原理图。图4-5 回铃音控制电路原理图7忙音及控制电路忙音表示被叫用户处于忙状态，此时用户应挂机，等一会再重新呼叫。在本实验系统中采用大约0.35秒断，0.35秒续的400Hz450Hz的方波信号，图4-6是该电路的原理图。图4-6 忙音控制电路原理图8铃流信号发生电路铃流信号的作用是交换机向被叫用户发出，作为呼入信号，一般采用低频电流，如频率有16.6Hz、25Hz、33.3Hz等几种。它的断续周期同回铃音信号相同，也是1秒通、4秒断的断续信号。图4-