基于单片机的简易程控系统设计

1吉林建筑大学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：基于单片机的简易程控系统设计专业班级：电子信息工程101学生姓名：邢运星学号：10210109指导教师：杨佳王超设计时间：2013.12.16－2013.12.27教师评语：成绩评阅教师日期1摘要程序部分包括操作系统程序和应用程序。前者用于任务调度、输入输出控制、障碍检测和恢复处理、障碍诊断、命令执行控制等；后者用于实施各种电话交换事件与状态处理、硬件资源管理、用户服务类别管理、话务量统计、服务观察、软件维护和自动测试,程控交换机是程序控制的，由时分复用网络进行物理上的电路交换的一种电话接续交换设备。该系统以AT89C51单片机和MT8870双音多频解码集成电路为核心对“振铃检测、模拟摘挂机控制、双音频解码，语音提示”等电路作了详细的说明。交换网络的基本功能是根据用户的呼叫要求，通过控制部分的接续命令，建立主叫与被叫用户间的连接通路。在纵横制交换机中它采用各种机电式接线器，在程控交换机中目前主要采用由电子开关阵列构成的空分交换网络，和由存储器等电路构成的时分接续网络。用户电路的作用是实现各种用户线与交换之间的连接，通常又称为用户线接口电路。根据交换机制式和应用环境的不同，用户电路也有多种类型，对于程控数字交换机来说，目前主要有与模拟话机连接的模拟用户线电路及与数字话机，数据终端(或终端适配器)连接的数字用户线电路。关键词：单片机AT89C51，双音频编解码，振铃检测2目录摘要……………………………………………………………………………………1一、设计的作用、目的………………………………………………………………4二、设计任务及要求…………………………………………………………………4三、设计内容…………………………………………………………………………4四、设计原理…………………………………………………………………………4五、硬件系统框图……………………………………………………………………5六、硬件系统设计……………………………………………………………………7七、系统软件设计……………………………………………………………………12八、心得体会…………………………………………………………………………13九、参考文献…………………………………………………………………………14附录一（电路原理图）………………………………………………………………15附录二（源程序）……………………………………………………………………163一、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.掌握空分交换网络的原理及具体实现方法；2.掌握基于单片机的时空交换网络系统的设计；3.利用相关软件实现电路图的绘制。三、设计内容1.实现电话线路的空分交换；2.可以实现双音多频拨号音的识别；3.电话号码在数码管中显示；4.其它扩展功能。四、设计原理4.1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,AT89C51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。4图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。4.2程控交换机程序流程AT89C51移位寄存外线来电信号音电源挂机状态振铃5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。五、硬件系统框图图2硬件系统框图信号音指的是交换机送往用户的信号，如拨号音、忙音、回铃音等。当主叫摘机时，听到拨号音才能拨号；主叫拨完号码，如果被叫闲则会听到交换机送来的回铃音，否则听到忙音。信号音可有模拟信号音和数字信号音两种，对于不同时间断续的拨号音、忙音、和回铃音，是使用同一450Hz的单频信号，由硬件或软件控制其通断。程控交换是计算机按预先编制的程序控制接续的自动电话交换机，全称存储程序控制电话交换机。程控电话交换机由硬件和软件组成：硬件包括话路部分、控制部分和输入输出部分。软件包括程序部分和数据部分。中继线与交换网络的接口，基本功能一般有：发送与接收表示中继线状的线单片机交换网络显示电路解码6路信号。转发与接收代表被叫号码的记发器信号。供给通话电源和信号音。向控制设备提供所接收的线路信号。对于最简单的情况，某一交换机的中继器通过实线中继线与另一交换机连接，若采用其它更为复杂的信号方式，则中继器应实现相应的话音，信令的传输与控制功能。在交换机内各部分之间或者交换机与用户，交换机与交换机间，以保证交换机协调动作，完成用户呼叫的处理，接续，控制与维护管理功能。总的来说，交换网络的功能是实现话音的无阻塞交换，即完成时隙交换，也就是完成任意PCM复用线上任意时隙之间的信息交换。在具体实现时应具备以下两种基本功能：在一条复用线上进行时隙交换功能，在复用线之间进行同一时隙的交换功能。这两种基本功能分别由时间接线器和空间接线器实现。中心控制单元由一片单片机芯片控制着各模块协调有序的完成呼叫的全过程。六、硬件系统设计6.1元件清单如下：表1：元器件清单元件名称型号及数量单片机AT89C51一个空分交换芯片MT8870一个电阻R10k的电阻八个电容C30pF一个100pF两个直流电源Vcc+5V一个晶振XTAL一个6.2器件介绍（1）单片机AT89C517XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51图3单片机示意图VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V电源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～P0.7P1口（Pin1～Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7P2口（Pin21～Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7P3口（Pin10～Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7（2）上电复位电路8R510kC11uF图4上电复位电路显示图单片机在启动运行时都需要复位，复位使CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的工作状态，并从这个状态开始工作。在系统中，有时也会出现显示不正常，也为了调试方便，需要设计一个复位电路，复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位功能。在此系统中单片机的复位靠外部电路实现的，AT89C51单片机有一个复位引脚RST，高电平有效。只要RST保持高电平，单片机便保持复位状态。此时，ALE/PSEN、P0、P1、P2、P3口都输出高电平。RST变成低电平后，退出复位状态，CPU开始正常工作。需要注意的是，复位操作不影响片内RAM的内容。复位电路的基本功能是系统上电时提供复位信号直至系统电源稳定后撤销复位信号。上图为基本RC复位电路，其电路为高电平复位有效。S为手动复位开关，可以实现上述基本功能。（3）晶振电路9X1CRYSTALC21nFC31nFR2010kR2110k图5晶振电路显示图单片机时钟电路是用来配合外部晶体实现振荡的电路，这样可以为单片机提供运行时钟，如果运行时钟为0的话，单片机就不工作，当然超出单片机的工作频率的时钟也会导致单片机不工作时钟电路是微型计算机的心脏，它控制着计算机的二：作节奏。CPU就是通过复杂的时序电路完成不同的指令功能的。51单片机的时钟信号可以由两种方式，一种是内部方式，利用芯片内部的振荡电路，产生时钟信号：另一种为外部方式，时钟信号由外部引入。如果没有时钟电路来产生时钟驱动单片机，单片机是无法工作的。（4）上电指示灯电路VCCGNDD1图6上电指示灯电路显示图10当打开开关时，系统开始工作，上电指示灯亮起。（5）DTMF(双音多频信号)模块C2R4R610kC31nFR810kCLKIN17CLKOUT18+PWM5-PWM/RAMP6GND7-INT2INTOUT4+INT3ISENSEA11AOUT12VCC10+VS13BOUT14ISENSEB155VOUT1ILIM\SHDN16MT88701B12B23B34B45B56B67B78B81C182C173C164C1