小型程控交換課程設(shè)計

1、山東建筑大學(xué)課 程 設(shè) 計 說 明 書題 目： 小型程控交換課程設(shè)計 課 程： 現(xiàn)代交換原理課程設(shè)計 院 部： 信息與電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級： 通信102班 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 完成時間： 2013年12月6號 目 錄摘要2一 、小型程控交換機(jī)的整體設(shè)計31.1 程控交換機(jī)的簡介31.2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計31.3 各模塊的功能分析4用戶接口電路4語音處理單元4交換網(wǎng)絡(luò)和中心控制單元4二 、核心模塊交換網(wǎng)絡(luò)的介紹62.1交換網(wǎng)絡(luò)的一般結(jié)構(gòu)和工作原理6時間交換單元6空間交換單元8三 、基于MT8980的交換網(wǎng)絡(luò)的具體設(shè)計與實現(xiàn)103.1交換芯片MT8980103.1.1 MT8980的管腳說

2、明103.1.2 MT8980的功能說明113.2控制單元AT89S51123.2.1 AT89S51的管腳說明123.3 MT8980與AT89S51的連接143.4 基于MT8089的交換網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)原理14總結(jié)15參考文獻(xiàn)16致謝18附錄 MT8980與AT89S51的連線圖19 摘 要程控交換機(jī)采用了數(shù)字通信、微電子、計算機(jī)等技術(shù)，能提供多種電信業(yè)務(wù)，適應(yīng)通信網(wǎng)向數(shù)字化、綜合化、智能化和個人化方向發(fā)展的要求，是當(dāng)前通信網(wǎng)特別是電話網(wǎng)中應(yīng)用的交換系統(tǒng)的主體。而專用交換機(jī)很多時候造價太高或功能太強(qiáng)大造成浪費(fèi)，解決這問題的途徑就是小型程控交換機(jī)。其成本低、易改造、線路利用率高，在綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)中

3、有很大的開發(fā)潛力。本文首先介紹了小型程控交換機(jī)的整體結(jié)構(gòu)和簡單的工作過程，然后重點對交換網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和實現(xiàn)進(jìn)行了闡述，即MT8980交換芯片的工作原理和AT89S51單片機(jī)對該交換芯片的控制過程，并給出了相應(yīng)的芯片引腳連線圖。關(guān)鍵詞：程控交換；交換網(wǎng)絡(luò)；MT8980；AT89S51一 、小型程控交換機(jī)的整體設(shè)計1.1 程控交換機(jī)的簡介通信網(wǎng)是由用戶終端設(shè)備、傳輸設(shè)備和交換設(shè)備組成。它由交換設(shè)備完成接續(xù)，使網(wǎng)內(nèi)任一用戶可與其他用戶通信。程控交換機(jī)是數(shù)字電話網(wǎng)、移動電話網(wǎng)及綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)中的關(guān)鍵設(shè)備，在通信網(wǎng)中起著非常重要的作用。而交換機(jī)的基本功能是實現(xiàn)任意入線與任意出線之間的互連，即實現(xiàn)任意兩個用

4、戶之間的信息交換。為此，交換機(jī)的基本組成應(yīng)包括接口、交換網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)玩?zhèn)€部分。接口的作用是將來自不同終端或其他交換機(jī)的各種傳輸信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的交換機(jī)內(nèi)部工作信號，并按信號的性質(zhì)分別將信令傳送給控制系統(tǒng)，將消息傳送給交換網(wǎng)絡(luò)。交換網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)是實現(xiàn)各入、出線上信號的傳遞或接續(xù)?？刂葡到y(tǒng)負(fù)責(zé)處理信令，按信令的要求控制交換網(wǎng)絡(luò)完成接續(xù)，通過接口發(fā)送必要的信令，并協(xié)調(diào)整個交換機(jī)的工作。程控就是存儲程序控制，程控交換是利用計算機(jī)軟件進(jìn)行控制的一種交換方式，故程控交換機(jī)是電子計算機(jī)控制的交換機(jī)。1.2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計小型程控交換機(jī)模擬了程控交換網(wǎng)中的電路交換的全過程，其基本結(jié)構(gòu)可分為話路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)

5、兩部分。整個系統(tǒng)主要由用戶接口電路、語音處理單元和交換網(wǎng)絡(luò)與中心控制單元組成。其原理框圖如下所示。小型程控交換機(jī)原理框圖1.3 各模塊的功能分析1.3.1用戶接口電路用戶接口電路是用戶線與交換機(jī)的接口電路。由于某些信號（如振鈴、直流饋電等）不能通過電子交換網(wǎng)絡(luò)，因此把某些過去由公用設(shè)備實現(xiàn)的功能移到電子交換網(wǎng)絡(luò)以外的用戶電路來實現(xiàn)。歸納起來，目前數(shù)字程控交換機(jī)中用戶電路的功能有下列7項：B（Battery Feed）饋電；O（Over-voltage Protection）過壓保護(hù)；R（Ringing Control）振鈴監(jiān)控；S（Supervision）監(jiān)視；C（Codec & Fi

6、lters）編譯碼和濾波；H（Hybrid Circuit）混合電路；T（Test）測試。1.3.2語音處理單元該模塊的主要功能有與SLIC接口，語音的濾波機(jī)編解碼。與SLIC的接口主要實現(xiàn)兩方面的作用：一是通過與SLIC的接口控制用戶線的狀態(tài)，二是分配給用戶的話路時隙，完成與后面的交換模塊的接口。編解碼是將模擬語音信號轉(zhuǎn)換成PCM碼流，把PCM碼還原為模擬信號。數(shù)字濾波器對語音信號進(jìn)行帶限。為了實現(xiàn)時分交換，采用A率編碼，每一話路量化編碼后的速率為64kb/s，32路組成一幀，64kb/s32=2.048Mb/s。所以對每一路語音分別進(jìn)行量化編碼時就需要2.048MHz的位時鐘和8KHz的幀

7、首脈沖，作為時隙定位信號。用戶的話音可以通過軟件被分配到031中的任意時隙。1.3.3交換網(wǎng)絡(luò)和中心控制單元該模塊主要包括：用戶電路的掃描和驅(qū)動、信號音的產(chǎn)生、定時單元、控制微處理器單元。定時單元：提供用戶電路的編解碼、交換網(wǎng)絡(luò)的時鐘和幀首信號。用戶電路的掃描和驅(qū)動：用戶掃描就是監(jiān)測用戶線環(huán)路狀態(tài)，即通段狀態(tài)。并以此來決定用戶話機(jī)的摘掛和檢測脈沖撥號。用戶驅(qū)動就是控制用戶線的狀態(tài)，比如向用戶振鈴，送忙音，通話等。信號音的產(chǎn)生：信號音指的是交換機(jī)送往用戶的信號，如撥號音、忙音、回鈴音等。當(dāng)主叫摘機(jī)時，聽到撥號音才能撥號；主叫撥完號碼，如果被叫閑則會聽到交換機(jī)送來的回鈴音，否則聽到忙音。信號音可有

8、模擬信號音和數(shù)字信號音兩種，對于不同時間斷續(xù)的撥號音、忙音、和回鈴音，是使用同一450Hz的單頻信號，由硬件或軟件控制其通斷。收號器：話機(jī)有多音多頻撥號和脈沖撥號兩種，相應(yīng)地局端應(yīng)能識別這兩種撥號，脈沖撥號可以通過掃描用戶通斷狀態(tài)識別，雙音多頻則使用專用芯片MT8870來接收?？偟膩碚f，交換網(wǎng)絡(luò)的功能是實現(xiàn)話音的無阻塞交換，即完成時隙交換，也就是完成任意PCM復(fù)用線上任意時隙之間的信息交換。在具體實現(xiàn)時應(yīng)具備以下兩種基本功能：在一條復(fù)用線上進(jìn)行時隙交換功能，在復(fù)用線之間進(jìn)行同一時隙的交換功能。這兩種基本功能分別由時間接線器和空間接線器實現(xiàn)。中心控制單元由一片單片機(jī)芯片控制著各模塊協(xié)調(diào)有序的完成

9、呼叫的全過程。二、 核心模塊交換網(wǎng)絡(luò)的介紹2.1交換網(wǎng)絡(luò)的一般結(jié)構(gòu)和工作原理交換網(wǎng)絡(luò)是交換系統(tǒng)的核心。將若干個交換單元按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式，可以構(gòu)成交換網(wǎng)絡(luò)。交換網(wǎng)絡(luò)的三要素就是交換單元、不同交換單元之間的拓?fù)溥B接和控制方式，其結(jié)構(gòu)圖如下所示：交 換單 元交 換單 元交 換單 元交 換單 元入線出線控制單元交換網(wǎng)絡(luò)的一般結(jié)構(gòu)在本設(shè)計中采用的是同步時分交換網(wǎng)絡(luò)，由時間交單元、空間交換單元這兩種基本交換單元組成。2.1.1時間交換單元時間交換單元又稱為時間接線器，簡稱為T單元或T接線器，其功能是完成一條PCM復(fù)用線上各時隙之間的信息交換。如下圖所示，時間交換單元主要由信息存儲器和控制存儲器

10、構(gòu)成。信息存儲器用來暫時緩存存儲要交換的信息，控制存儲器用來寄存脈沖碼信息的時隙地址。順序?qū)懭胄畔⒋鎯?器控制 存儲 器控 制 讀 出0信息502550控制寫入24025550控 制 寫入240255信息信息存儲器0順序讀出順序讀出控制寫入50255240控制 存儲 器0順序讀出(a)順序?qū)懭?，控制讀出 （b）控制寫入順序讀出T接線器的組成和原理圖設(shè)輸入話音信號在TS50，要求經(jīng)過T接線器以后交換至TS240上去，然后輸出至下一級。下面分別介紹兩種工作方式的原理?！绊樞?qū)懭?，控制讀出”的工作原理：CPU根據(jù)這一要求，通過軟件在控制存儲器的240號單元寫入“50”.這個寫入是由CPU控制進(jìn)行的，

11、因此把它叫做“控制寫入”?？刂拼鎯ζ鞯淖x出由定時脈沖控制，按照時隙號讀出相對應(yīng)單元內(nèi)容。如0時隙讀出0單元內(nèi)容;1時隙讀出1單元內(nèi)容這種工作方式叫做“順序讀出”。話音存儲器的工作方式正好和控制存儲器的方式相反，即是“順序?qū)懭耄刂谱x出”。即，由定時脈沖控制，按順序?qū)⒉煌瑫r隙的話音信號寫入相應(yīng)的單元中去。寫入的單元號和時隙號一一對應(yīng)。而讀出時則要根據(jù)控制存儲器的控制信息(讀出數(shù)據(jù))而進(jìn)行。由于向話音存儲器輸入話音信號不受CPU控制，而輸出話音信號(讀出時)受到由CPU控制的控制存儲器的控制，因此把它總稱為“順序?qū)懭?，控制讀出”方式。根據(jù)圖中的例子，話音的輸入時隙號為50，在定時脈沖控制下就可寫入

12、到50號單元中。因為CPU在控制存儲器中的240號單元己寫入了內(nèi)容“50”，在定時脈沖控制下，在TS24O這一時間，從控制存儲器的地址240中讀出內(nèi)容為“50”，把它作為話音存儲器讀出地址，立即讀出話音存儲器的50號單元。這就是原來在50號時隙寫入的話音信號內(nèi)容。因此在話音信號50號單元讀出時己經(jīng)是TS24O了，即己把話音信號從TSSO交換到TS240，實現(xiàn)了時隙交換?！翱刂茖懭耄樞蜃x出”的工作原理：話音存儲器的寫入要受控制存儲器的控制，而其讀出則受定時脈沖控制按順序讀出，所以稱為“輸入控制”?？刂拼鎯ζ魅匀皇怯蒀PU控制寫入，在定時脈沖控制下按順序讀出。但是CPU寫入到控制存儲器的內(nèi)容卻不

13、同了。如圖(b)所示，CPU要在控制存儲器的50號單元寫入內(nèi)容“240”。然后控制存儲器按順序讀出，在TS50時讀出內(nèi)容“240”，作為話音存儲器寫入地址，將輸入端Ts50中的話音內(nèi)容寫入到240號單元中去。話音存儲器按順序讀出，在TS240讀出240號單元內(nèi)容，這也就是TS50的輸入內(nèi)容，這樣就完成了時隙交換。2.1.2空間交換單元空間交換單元又稱為空間接線器，簡稱為S單元或S接線器，其作用是完成不同PCM復(fù)用線之間同一時隙的信碼交換。如下圖所示，它由交叉接點矩陣和控制存儲器組成。1 122控制 存儲 器控制 存儲 器cmcmcmcm0110011431011431交換節(jié)點矩陣交換節(jié)點矩陣0

14、1011010輸入輸入輸出輸出PCM0PCM0PCM1PCM1PCM1PCM1PCM0PCM0TS1TS1TS14TS14 （a）輸入控制方式 （b）輸出控制方式S接線器的組成和原理圖上圖表示22的交叉接點矩陣，它有2條輸入復(fù)用線和2條輸出復(fù)用線?？刂拼鎯ζ鞯淖饔檬菍徊娼狱c矩陣進(jìn)行控制，控制方式有以下兩種。輸入控制方式：它按輸入復(fù)用線來配置CM，即每一條輸入復(fù)用線有一個CM，由這個CM來決定該輸入PCM線上各時隙的信碼，要交換到哪一條輸出復(fù)用線上去。輸出控制方式：它按輸出PCM復(fù)用線來配置CM，即每一條輸出復(fù)用線有一個CM，由這個CM來決定哪條輸入PCM線上哪個時隙的信碼，要交換到這條輸出P

15、CM復(fù)用線上來。S接線器的工作原理：以輸入控制方式為例。設(shè)輸入PCM0的TS1中的信碼要交換到輸出PCM1中去，當(dāng)時隙1時刻到來時，在CM0的控制下，交叉點01閉合，使輸入PCM0的TS1的信碼直接轉(zhuǎn)送至輸出PCM1的TS1中去。同理，在改圖中把輸入PCM1的TS14的信碼，在時隙14時由CM1控制10交叉點閉合，送至PCM0的TS14中去。因此，S接線器能完成不同的PCM復(fù)用線間的信碼交換，但是在交換中其信碼所在的時隙位置不變，即它只能完成同時隙內(nèi)的信碼交換。故S接線器不能單獨使用。而輸出控制方式的S接線器工作原理與輸入控制方式的工作原理是相同的。三、 基于MT8980的交換網(wǎng)絡(luò)的具體設(shè)計與

16、實現(xiàn)3.1交換芯片MT8980本設(shè)計中實現(xiàn)話音交換功能的芯片是MT8980。MT8980是Mitel公司生產(chǎn)的PCM時分復(fù)用時間變換器。3.1.1 MT8980的管腳說明其芯片引腳圖如下所示：STi0-STi7：8路串行輸入的PCM基群(32信道)碼流,速率為2.048 Mb/s。ST00-STO7：8路三態(tài)串行輸出的PCM基群碼流,速率為2.048 Mb/s。A0A5:微處理器接口時地址信號輸入。D0D7:微處理器接口時雙向數(shù)據(jù)輸入/輸出(三態(tài))。C4i:時鐘輸入,頻率為4.096 MHz,串行碼流由此時鐘的下降沿定位。F0i:幀同步脈沖輸入,它作為2.048 Mb/s碼流的同步信號,低電平

17、使內(nèi)部計數(shù)器在下次負(fù)跳變時復(fù)位。CS:片選信號輸入,低電平有效。DS:微處理器接口時數(shù)據(jù)輸入選通信號,高電平有效。R/W:微處理器接口時讀、寫控制信號,若輸入高電平,為讀出;若輸入低電平,則為寫入。DTA:數(shù)據(jù)應(yīng)答信號輸出(開漏輸出),它為微處理器接口時數(shù)據(jù)證實信號,若此端下拉至低電平,電路處理完數(shù)據(jù),通常DTA經(jīng)909接+5 V。ODE:輸出驅(qū)動允許。若該輸入保持高電平,則SDO0SDO7輸出驅(qū)動器正常工作;若為低電平,則SDO0SDO7呈高阻。CST:控制總線輸出。每幀由256 b組成,每碼元為接續(xù)存儲器高位256個存貯單元第1位的值。第0碼流相應(yīng)的碼元先輸出。3.1.2 MT8980的功

18、能說明其功能框圖如圖所示，該芯片由串/并變換器、數(shù)據(jù)存儲器、幀計數(shù)器、控制寄存器、控制接口單元、接續(xù)存儲器、輸出復(fù)用器與并/串變換器等部分構(gòu)成。MT8980功能框圖串行PCM數(shù)據(jù)流以2.048Mb/s速率分八路由STI0STI7輸入，經(jīng)串/并變換，根據(jù)碼流號和信道號依次存入256×8比特數(shù)據(jù)存儲器的相應(yīng)單元內(nèi)?？刂萍拇嫫魍ㄟ^接口，接受來自微處理器的指令，并將此指令寫入到接續(xù)存儲器。這樣，數(shù)據(jù)存儲器中各信道的數(shù)據(jù)按照接續(xù)存儲器的內(nèi)容，以某種順序從中讀出，再經(jīng)復(fù)用、緩存、經(jīng)并一串變換，變?yōu)闀r隙交換后的八路2.048Mb/s串行碼流STO0STO7，從而達(dá)到數(shù)字交換的目的。如果不再對控制寄

19、存器發(fā)出命令，則電路內(nèi)部維持現(xiàn)有狀態(tài)，剛才交換過的兩時隙將一直處于交換過程，直到接受新命令為止。接續(xù)存儲器的容量為256×11位，分為高3位和低8位兩部分，前者決定本輸出時隙的狀態(tài)；后者決定本輸出時隙所對應(yīng)的輸入時隙。另外，由于輸出多路開關(guān)的作用，電路還可以工作于消息或報文模式，以使接續(xù)存儲器低8位的內(nèi)容作為數(shù)據(jù)直接輸出到相應(yīng)的時隙中去。MT8980的全部動作均由微處理器通過控制接口控制。外部CPU可以讀取數(shù)據(jù)存儲器、控制寄存器和接續(xù)存儲器的內(nèi)容，并可向控制寄存器和接續(xù)存儲器寫入指令。此外，還可置電路于分離方式，即微處理器的所有讀操作均讀自于數(shù)據(jù)存儲器，所有寫操作均寫至接續(xù)存儲器的低

20、8位。 3.2控制單元AT89S51控制單元控制著各模塊協(xié)調(diào)有序的完成呼叫的全過程，本設(shè)計中采用AT89S51單片機(jī)完成。AT89S51單片機(jī)是Atmel公司所生產(chǎn)的，該單片機(jī)在AT89C51的基礎(chǔ)上，增加了WDT（看門狗）功能和雙數(shù)據(jù)指針（DPTR）,并且支持ISP/IAP功能，其中看門狗模塊可以在單片機(jī)出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象時自動使單片機(jī)復(fù)位。3.2.1 AT89S51的管腳說明該單片機(jī)的引腳圖如下：VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源GND(Pin20)：接地線XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允

21、許信號PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。PO口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.73.3 MT8980與AT89S51的連接

22、MT8980與AT89S51之間的接口信號主要有：地址線 A0A5、地址線 D0D7、片選信號CS、讀寫控制信號R/W ，另外還有選通信號DS 、回應(yīng)信號等。當(dāng)片選信號CS為低電平時，AT89S51可對MT8980內(nèi)部的寄存器進(jìn)行讀寫，DS 和DTA 作為AT89S51 和MT8980 之間數(shù)據(jù)交換的同步信號。在 DS 信號的上升沿時刻，如果 MT8980 的片選信號、數(shù)據(jù)線、地址線以及讀寫信號有效，則AT89S51開始對MT8980進(jìn)行讀或?qū)懖僮?。?dāng) MT8980與AT89S51之間完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送或者接收之后，MT8980的DTA 送出一個下降沿，表示這次數(shù)據(jù)交換完成，可以進(jìn)行下一項操作

23、。89C51 的 P3.0、P3.1 分別與 MT8980 的 DS、DTA 相連，可以比較容易地實現(xiàn)AT89S51 和 MT8980之間數(shù)據(jù)交換的同步。89C51 的讀信號線RD經(jīng)反相處理以后，直接與 MT8980 的讀寫控制線相連，可以實現(xiàn)對該芯片的讀寫控制。其引腳連線圖見附錄。3.4 基于MT8089的交換網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)原理本文在第一章已經(jīng)介紹了交換系統(tǒng)的整體構(gòu)成。在此，對整個交換系統(tǒng)基于核心交換芯片MT8980的實現(xiàn)原理進(jìn)行闡述。用戶電路是程控交換系統(tǒng)連接模擬用戶線的接口電路，主要完成饋電、過壓保護(hù)、摘掛機(jī)檢測、二四線轉(zhuǎn)換等功能。用戶集中級完成話務(wù)集中的功能，在本系統(tǒng)中將32 個話路集中在一起，各個語音信號經(jīng)過 PCM 編碼后通過復(fù)用形成 2.048Mbit/s 碼流，送入 MT8980 進(jìn)行交換。從 MT8980 輸出的2.048Mbit/s 碼流經(jīng)相反的處理后送入用戶電路。各個話路的狀態(tài)檢測、撥號數(shù)據(jù)的接收以及向被叫用戶發(fā)送振鈴信號都通過用戶接口電路實現(xiàn)。中繼電路和中繼接口電路為本局用戶和遠(yuǎn)端局用戶提供數(shù)據(jù)通道，向遠(yuǎn)端局發(fā)送接續(xù)請求，撥號，并且檢測遠(yuǎn)端局送來的振鈴呼叫信號。一次呼叫的建立過程大致如下：AT89S51 以100ms的周期循環(huán)檢測各用戶電路，當(dāng)某用戶摘機(jī)后，其狀態(tài)就反映到用戶電路中，AT89S