小型程控交換機(jī)的課程設(shè)計報告書

./文理學(xué)院課程設(shè)計報告課程名稱：專業(yè)綜合課程設(shè)計系部：電氣信息與工程學(xué)院專業(yè)班級：通信2班學(xué)生：王昊東指導(dǎo)教師：王立完成時間：____報告成績：評閱意見：評閱意見：評閱教師日期小型程控交換機(jī)的設(shè)計目錄第一章交換原理41.1交換機(jī)構(gòu)成41.2交換機(jī)的控制方式61.3信令系統(tǒng)6第二章核心模塊——交換網(wǎng)絡(luò)的介紹72.1交換網(wǎng)絡(luò)的一般結(jié)構(gòu)和工作原理7時間交換單元7空間交換單元9第三章基于MT8980的交換網(wǎng)絡(luò)的具體設(shè)計與實現(xiàn)113.1交換芯片——MT8980113.1.1MT8980的管腳說明113.1.2MT8980的功能說明123.2控制單元——AT89S51133.2.1AT89S51的管腳說明133.3MT8980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)16參考文獻(xiàn)17附錄MT8980與AT89S51的連線圖18第一章交換原理1.1交換機(jī)構(gòu)成

程控交換機(jī)的主要任務(wù)是實現(xiàn)用戶間通話的接續(xù),由兩大部分組成：話路設(shè)備和控制設(shè)備。話路設(shè)備主要包括各種接口電路<如用戶線接口和中繼線接口電路等>和交換

<或接續(xù)>網(wǎng)絡(luò)；控制設(shè)備在縱橫制交換機(jī)中主要包括標(biāo)志器與記發(fā)器,而在程控交換機(jī)中,控制設(shè)備則為電子計算機(jī),包括中央處理器<CPU>,存儲器和輸入

/輸出設(shè)備。程控交換機(jī)實質(zhì)上是采用計算機(jī)進(jìn)行存儲程序控制的交換機(jī)。它將各種控制功能,方法編成程序,存入存儲器,利用對外部狀態(tài)的掃描數(shù)據(jù)和存儲程序來控制,管理整個交換系統(tǒng)的工作。1.1交換網(wǎng)絡(luò)的基本功能是根據(jù)用戶的呼叫要求,通過控制部分的接續(xù)命令,建立主叫與被叫用戶間的連接通路。在縱橫制交換機(jī)中它采用各種機(jī)電式接線器

<如縱橫接線器,編碼接線器,笛簧接線器等>,在程控交換機(jī)中目前主要采用由電子開關(guān)陣列構(gòu)成的空分交換網(wǎng)絡(luò),和由存儲器等電路構(gòu)成的時分接續(xù)網(wǎng)絡(luò)。1.1用戶電路的作用是實現(xiàn)各種用戶線與交換之間的連接,通常又稱為用戶線接口電路<SLIC,Subscriber

Line

Interface

Circuit>。根據(jù)交換機(jī)制式和應(yīng)用環(huán)境的不同,用戶電路也有多種類型,對于程控數(shù)字交換機(jī)來說,目前主要有與模擬話機(jī)連接的模擬用戶線電路

<ALC>及與數(shù)字話機(jī),數(shù)據(jù)終端<或終端適配器>連接的數(shù)字用戶線電路<DLC>。模擬用戶線電路是適應(yīng)模擬用戶環(huán)境而配置的接口,其基本功能有:1.饋電<Battery

feed>:

交換機(jī)通過用戶線向共電式話機(jī)直流饋電；2.過壓保護(hù)<Overvoltage

Protection>:

防止用戶線上的電壓沖擊或過壓而損壞交換機(jī)；3.振鈴<Ringing>：向被叫用戶話機(jī)饋送鈴流；4.監(jiān)視<Supervision>：借助掃描點(diǎn)監(jiān)視用戶線通斷狀態(tài),以檢測話機(jī)的摘機(jī),掛機(jī),撥號脈沖等用戶線信號,轉(zhuǎn)送給控制設(shè)備,以表示用戶的忙閑狀態(tài)和接續(xù)要求；5.編解碼<CODEC>：利用編碼器和解碼器<CODEC>,濾波器,完成話音信號的模數(shù)與數(shù)模交換,以與數(shù)字交換機(jī)的數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)接口；6.混合<Hybrid>：進(jìn)行用戶線的2/4線轉(zhuǎn)換,以滿足編解碼與數(shù)字交換對四線傳輸?shù)囊螅?.測試<Test>：提供測試端口,進(jìn)行用戶電路的測試。這7種功能常用第一個字母組成的縮寫詞<BORSCHT>代表。對于模擬程控交換機(jī),不需要編解碼功能；而在數(shù)字程控交換機(jī)中,除某些特定應(yīng)用的小型交換機(jī)利用增量調(diào)制方式外,其它大部分均采用PCM編解碼方式。數(shù)字用戶線電路是為適應(yīng)數(shù)字用戶環(huán)境而設(shè)置的接口,它主要用來通過線路適配器<LAM>或數(shù)字話機(jī)<SOPHO-SET>與各種數(shù)據(jù)終端設(shè)備<DTE>如計算機(jī),打印機(jī),VDU,電傳相連。1.1出入中繼器是中繼線與交換網(wǎng)絡(luò)間的接口電路,用于交換機(jī)中繼線的連接。它的功能和電路與所用的交換系統(tǒng)的制式及局間中繼線信號方式有密切的關(guān)系。對模擬中繼接口單元<ATU>,其作為是實現(xiàn)模擬中繼線與交換網(wǎng)絡(luò)的接口,基本功能一般有：發(fā)送與接收表示中繼線狀態(tài)<如示閑,占用,應(yīng)答,釋放等>的線路信號。轉(zhuǎn)發(fā)與接收代表被叫的記發(fā)器信號。供給通話電源和信號音。向控制設(shè)備提供所接收的線路信號。對于最簡單的情況,某一交換機(jī)的中繼器通過實線中繼線與另一交換機(jī)連接,并采用用戶環(huán)路信令,則該模擬中繼器的功能與作用等效為一部"話機(jī)"。若采用其它更為復(fù)雜的信號方式,則中繼器應(yīng)實現(xiàn)相應(yīng)的話音,信令的傳輸與控制功能。數(shù)字中繼線接口單元<DTU>的作用是實現(xiàn)數(shù)字中繼線與數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)之間的接口,它通過PCM有關(guān)時隙傳送中繼線信令,完成類似于模擬中繼器所應(yīng)承擔(dān)的基本功能。但由于數(shù)字中繼線傳送的是PCM群路數(shù)字信號,因而它具有數(shù)字通信的一些特殊問題,如幀同步,時鐘恢復(fù),碼型交換,信令插入與提取等,即要解決信號傳送,同步與信令配合三方面的連接問題。數(shù)字中繼接口單位的基本功能包括幀與復(fù)幀同步碼產(chǎn)生,幀調(diào)整,連零抑制,碼型變換,告警處理,時鐘恢復(fù),幀同步搜索及局間信令插入與提取等,如同模擬用戶電路的BORSCHT,也可將數(shù)字中繼單元的上述8種功能概括為GAZPACHO。1.1控制部分是程控交換機(jī)的核心,其主要任務(wù)是根據(jù)外部用戶與部維護(hù)管理的要求,執(zhí)行存儲程序和各種命令,以控制相應(yīng)硬件實現(xiàn)交換及管理功能。程控交換機(jī)控制設(shè)備的主體是微處理器,通常按其配置與控制工作方式的不同,可分為集中控制和分散控制兩類。為了更好的適應(yīng)軟硬件模塊化的要求,提高處理能力及增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性與可靠性,目前程控交換系統(tǒng)的分散控制程度日趨提高,已廣泛采用部分或完全分布式控制方式。1.2交換機(jī)的控制方式交換機(jī)的控制方式主要有兩種：布線邏輯控制和存儲程序控制。布線邏輯控制<WLC,Wired

Logic

Control>它是通過布線方式實現(xiàn)交換機(jī)的邏輯控制功能,.通常這種交換機(jī)仍使用機(jī)電接線器而將控制部分更新成電子器件,因此稱它為布控半電子式交換機(jī),這種交換機(jī)相對于機(jī)電交換機(jī)來說,雖然在器件與技術(shù)上向電子化邁進(jìn)了一大步,但它基本上繼承與保留了縱橫制交換機(jī)布控方式的弊端,體積大,業(yè)務(wù)與維護(hù)功能低,缺乏靈活性,因此它只是機(jī)電式向電子式演變歷程中的過度性產(chǎn)物。存儲程序控制<SPC,Stored

Program

Control>它是將用戶的信息和交換機(jī)的控制,維護(hù)管理功能預(yù)先變成程序,存儲到計算機(jī)的存儲器.當(dāng)交換機(jī)工作時,控制部分自動監(jiān)測用戶的狀態(tài)變化和所撥,并根據(jù)要求執(zhí)行程序,從而完成各種交換功能.通常這種交換機(jī)屬于全電子型,采用程序控制方式,因此稱為存儲程序控制交換機(jī),或簡稱為程控交換機(jī)。1.3信令系統(tǒng)在交換機(jī)各部分之間或者交換機(jī)與用戶,交換機(jī)與交換機(jī)間,除傳送話音,數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)信息外,還必須傳送各種專用的附加控制信號<信令>,以保證交換機(jī)協(xié)調(diào)動作,完成用戶呼叫的處理,接續(xù),控制與維護(hù)管理功能。按信令的作用區(qū)域劃分,可分為用戶線信令與局間信令,前者在用戶線上傳送,后者在局間中繼線上傳送。如果按信令的功能劃分,則可分為監(jiān)視信令,地址信令與維護(hù)管理信令。第二章核心模塊——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。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。0信息502550502400順序讀出順序讀出2400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。"順序?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,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)單元容。如0時隙讀出0單元容;1時隙讀出1單元容……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?控制讀出"。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。"控制寫入,順序讀出"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容卻不同了。如圖<b>所示,CPU要在控制存儲器的50號單元寫入容"240"。然后控制存儲器按順序讀出,在TS50時讀出容"240",作為話音存儲器寫入地址,將輸入端Ts50中的話音容寫入到240號單元中去。話音存儲器按順序讀出,在TS240讀出240號單元容,這也就是TS50的輸入容,這樣就完成了時隙交換?？臻g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(diǎn)矩陣和控制存儲器組成。111220110011431011431交換節(jié)點(diǎn)矩陣交換節(jié)點(diǎn)矩陣01011010PCM0PCM0PCM1PCM1PCM1PCM1PCM0PCM0〔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(diǎn)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(diǎn)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PCM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(diǎn)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(diǎn)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的信碼交換。故S接線器不能單獨(dú)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。第三章基于MT8980的交換網(wǎng)絡(luò)的具體設(shè)計與實現(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。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2.048Mb/s。ST00-STO7：8路三態(tài)串行輸出的PCM基群碼流,速率為2.048Mb/s。A0~A5:微處理器接口時地址信號輸入。D0~D7: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4.096MHz,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2.048Mb/s碼流的同步信號,低電平使部計數(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)909Ω接+5V。ODE:輸出驅(qū)動允許。若該輸入保持高電平,則SDO0~SDO7輸出驅(qū)動器正常工作;若為低電平,則SDO0~SDO7呈高阻。CST:控制總線輸出。每幀由256b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。MT8980的功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STI0～STI7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?？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STO0～STO7,從而達(dá)到數(shù)字交換的目的。如果不再對控制寄存器發(fā)出命令,則電路部維持現(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。3.2.1AT89S51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>：片振蕩電路的輸入端XTAL2<Pin20>：片振蕩電路的輸出ALE/PROG<Pin30>：地址鎖存允許信號PSEN<Pin29>：外部存儲器讀選通信號EA/VPP<Pin31>：程序存儲器的外部選通,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〔Pin39～Pin32：8位雙向I/O口線,名稱為P0.0～P0.7P1口〔Pin1～Pin8：8位準(zhǔn)雙向I/O口線,名稱為P1.0～P1.7P2口〔Pin21～Pin28：8位準(zhǔn)雙向I/O口線,名稱為P2.0～P2.7P3口〔Pin10～Pin17：8位準(zhǔn)雙向I/O口線,名稱為P3.0～P3.73.3MT8980與AT89S51的連接MT8980與AT89S51之間的接口信號主要有：地址線A0～A5、地址線D0～D7、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。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