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通信实训系列指导书《程控交换技术》实训指导书1一．实训目的与要求程控交换技术是通信工程专业的一门重要的专业技术课。在当前的通信技术的发展方向中，现代通信离不开交换设备，交换设备是通信网的重要组成部分。随着通信网现代化进程的加快，新技术、新设备和新标准不断出现，交换设备也被赋予了新的使命，从单一的链路接续变为集信息交换、信息处理为一体的存储程序控制设备。本实训的目的就是让学生基于程控交换实验箱这个操作平台，通过实际操作完成课堂教学的理论验证和相关拓展部分的课程设计。主要要求具体有以下几个方面：1．熟悉该程控交换原理实验系统的电路组成与主要部件的作用。2．熟悉数字程控交换网络的组成、原理与实现方法。3．通过对用户线在一次呼叫全过程中传送的各种信号波形的观察和分析，加深对程控交换系统原理的理解。4．了解CPU的工作原理及各种控制过程。5．实现交换机用户管理和话费管理。6.通过实验箱，实现模拟中继的接续过程。二．实训仪器、设备1．程控交换实验箱及其配套器件一套2．万用表一台3．电话单机四台4．PC机一台5.20MHz示波器一台三、实训内容通过本次课程设计，实现时分交换网络的硬件接续和软件控制。具体包括以下几个部分：（1）接通任意两部电话进行通话。利用自动交换空分网络进行两部话机自动接续，并用示波器观察各测量点波形并记录有关数据与工作过程，完成系统框图的手工绘制及相关波形分析。分析结果应体现程控呼叫处理过程的各种状态迁移过程，结合状态迁移图，从硬件上实现从摘机呼出到话终挂机复原为止的各种状态迁移。（扩展部分：如何实现时分交换网络话机通话？）（2）用CPU控制时分交换网络实现任意两部电话进行通话，并手工绘制流程图。利用CPU控制实现电话会议。（扩展部分：要使用户2、用户3、用户4都能听见用户1说话，用连线方法该怎样实现？用交换网络该怎样控制？）（3）运行程控交换PC机程序，软件实现对时分方式工作下的用户管理、话费管理、用户监控、状态监控等功能，并观察用户信令；软件与硬件结合，实现电话数据库建立与查询功能，进行学生信息录入和通话记录的查询。（包括空分、时分系统的切换运行）（4）利用两台实验箱硬件实现中继接口通信，完成中继接口通信的信号流程。手工绘制一次呼叫处理的系统流程，基于实验箱绘制系统框图。*（5）利用实验箱的外线接口与电信网中的电话进行通信。2四．相关原理（一）、空分交换系统1.组成结构空分交换系统由两大部分组成，即话路部分和控制部分，话路部分包括交换网络，用户电路出中继电路，入中继电路，收号器，音信号发生器以及信号设备等；控制部分则是一台电子计算机，它包括中央处理器，存储器和输入、输出设备。空分交换网络的方框图如图1-1所示：图1-1空分交换网络结构方框图2．电子接线器简介早先的程控空分交换机的网络，采用的接线器是机械的，也就是说它由机械接点组成的。然后由这些机械接线器组成交换网络。这些机械接线器包括小型纵横接线器、螺簧接线器、剩簧接线器、笛簧接线器……五花八门，品种繁多。目前，生产电子接线器的电子化成为可能。电子接线器就是MOS型的空分接线器。（二）、时分交换系统1.时分复用时分复用是建立在抽样定理基础上的，因为抽样定理使连续的模拟信号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲值所代替。这样，当抽样脉冲占据较短时间时，在抽样脉冲之间就留出了时间空隙。利用这种空隙便可以传输其它信号的抽样值，因此，就可以沿一条信道同时传送若干个基带信号。时分交换就是利用时分复用实现多路话音在同一PCM总线上传输的。用户的语音输入输出时隙是由编解码时钟信号控制的，当编码时钟到来时编码芯片开始编码，当解码时钟到来时解码芯片开始解码，为了实现时分复用，本实验箱上提供发多个编解码时钟，从TS0到TS7，它们之间相隔3.9us。本实验箱四个用户的编解时隙既可固定又可人工设置。1）固定方式。将开关K15,K16,K25,K26,K35,K36,K45,K46接1，2脚。其时隙分配规则如下：用户1的编解码时隙为TS1,用户2的编解码时隙为TS2，用户3的编解码时隙为TS3，用户4的编解码时隙为TS4，外输入信号与收号器的编解码时隙为TS6，拨号音，忙音，回中继接口自动交换网络用户电路用户电路用户电路用户电路音信号电路供电系统CPU中央控制集中处理单元话路单元控制单元3铃音的编码时隙分别为TS7,TS8,TS9。2)人工设置方式。将开关K15,K16,K25,K26,K35,K36,K45,K46接2，3脚。PT1~PT4分别为四部电话编码时隙输入的接入点，PR1~PR4分别为四部电话的解码时隙输入的接入点。要使用户1与用户2通话，只要将用户1的编码时隙与用户2的解码时隙设置成同一时隙，则用户1说话，用户2就能听到，同理，要想用户2能听见用户1说话的声音，只要将用户2的编码时隙与用户1的解码时隙设置成同一时隙即可。图2-1时分交换系统时隙分配图时分交换的基本组成是一个话音存储器和一个控制存储器。话音存储器是暂时存储输入数字信号。如果是一条输入线只需要一个32×8的RAM存储器。而现在专用的交换芯片（如MT8980）一般有8条2.048Kb/s输入线和8条输出线。它们内部的话音存储器的容量是256×8。控制存储器是用来寄存话音时隙的地址。话音存储器有两种工作方式，一种是时钟写入，控制读出。另一种是控制写入，时钟读出。如图2－2(a)所示，以时钟写入，控制读出为例：话音存储器等于复用线上的时隙数，本例为256个时隙。因此控制存储器每单元需要8bit，对应于256个时隙地址的二进制编码。线路上256个时隙话音信息分别存入256个话音存储单元中，在处理器的控制下将输入Ti存储单元的地址写入控制存储器相当于输出时隙的存储单元中。当输出时隙的地址。然后根据入时隙的地址取出话音存储器的内容送至输出端，完成了将某一入时隙内容转移到另一输出时隙去的作用。图2-2(a)中控制存储器255单元写入00000011(3)，表示入时隙3交换到出时隙255的情况。控制写入，时隙读出如图2-2(b)所示。K51K52编译码编译码编译码编译码收号器编译码拨号音，忙音，回铃音时分交换网络中央控制单元TS1TS2TS3TS6TS4TS7TS8TS9用户3用户4用户1用户2外部信号输入TS5编译码外线接口4a0aa0aT3T255T3T255255话音存储器255话音存储器读写读时钟00i=3255控制存储器255控制存储器时钟读控制写时钟读（a）顺序写入，控制读出（b）控制写入，顺序读出图2-2时分交换2.MT8980的简单使用举例：如前面所述，时分交换器分顺序写入、控制读出和控制写入、顺序读出两种，而MT8980属于前者。因此它除了有输入数据存储，还应有实现交换所必须的控制存储器，为每一时隙的输出约定其对应的输入时隙的编号。同时如下面要说到的，为了实现另外一些功能，MT8980控制存储器部分还设有一个8位寄存器，来决定要访问的PCM号，及输出对应的三态。MT8980对应的地址线为6位，表示32个时隙需5位，最高位A5为零时（此时A4~A0无效），表示访问控制寄存器。MT8980采用串行总线技术，能将输入的任一时隙内容送到输出的时隙上，同时也可任意读写时隙中的内容。这在处理局间信令时带来很大的方便。在此仅以交换为例，比如要将第0条PCM上的第31时隙交换到第7条输出PCM的第一条时隙上，则要做如下操作：A5~A0置为“0XXXXX”，写控制寄存器（8位）为“10X10111”，其中低3位“111”表示输出的第7条PCM。再置A5~A0为“100001”，对应第7条PCM的第1时隙。对应的数据总线上的一个字节是“00011111”，高3位为输入的PCM号（此时为sti0），低5位对应的时隙数（此时为31）。3.时分交换单片机控制模块的控制原理3.1时分交换控制模块主要完成以下功能：控制接续、环路检测、振铃控制、双音多频收号。3.2控制接续主要完成以下功能：送各种信号音（如拨号音、忙音、回铃音）、停信号音和实现两个电话的接续与断开。3.3环路检测主要是检测电话的环路状态，然后通过软件来判断电话的摘挂机。3.4振铃控制主要完成给被叫送振铃。3.5双音多频收号主要是接收收号电路（双音多频收号器）送来的电话号码。a00000011a1111111100000111a5图2-3时分交换单片机控制原理4．控制模块各端口地址控制模块主要是由单片机和两片8255组成；U86（8255）的A口地址为＃FFF8，B口为＃FFF9，C口为＃FFFA，控制字口为＃FFFB。U87（8255）的A口地址为＃FFF4，B口为＃FFF5，C口为＃FFF6，控制字口为＃FFF7。下面对各扩展端口的作用作详细的说明：4.1U86的B口。其地址为＃FFF9，它的作用是发出振铃控制命令。4.2U86的C口。其地址为＃FFFA，它的作用是读取双音多频收号器送来的电话号PCM输出总线PCM输入总线B口C口A口CPU中央控制单元82558255话音存储器控制存储器U86U87U54振铃控制号码接收A口C口接续地址控制线接续数据控制线接续地址控制接续数据控制用户环路检测6码。4.3U87的C口。其地址为＃FFF6，它的作用是读取四部电话的环路状态。4.4U86的A口。其地址为＃FFF8，它的作用是控制MT8980的地址线。4.5U87的A口。其地址为＃FFF4，它的作用是控制MT8980的数据线。（详细的控制方法可查阅MT8980的相关资料）。（三）、一次呼叫接续过程程控交换由硬件和软件两部分组成：软件部分包括用户接口电路的扫描处理程序，完成用户通话的接续，保持和话终拆线。时序单元，提供用户电路的编码，交换网络的时钟和帧首信号。用户扫描，实际上是监测用户线环路，即通断状态。并以此来决定用户话机的摘挂，用户驱动，控制用户线的状态，比如通话或者向用户振铃。交换网络，实现话音的无阻塞交换，交换方式有时分和空分两种。呼叫处理程序图3-1程序的整体框图如图3-1所示，这个呼叫处理程序分为两级，时钟级和基本级。他的处理容量是4个用户电话机，在整个处理过程中群处理的方法贯穿始终。呼叫接续过程一般是主叫摘机，送出拨号音，拨被叫号码，呼叫被叫用户，被叫应答，保持通话，话终拆线。呼叫流程SDL图如下图所示：8255、MT8980初始化执行基本级程序时钟级中断程序执行7图3-2程序工作流程示意图开始有用户呼叫吗？去话接续至收号器YESNO呼叫向主叫送拨号音第一位号码来了吗？NOYES拨号开始停送拨号音，收存号码内部处理被叫闲吗向主叫送忙音YESNO来话接续回铃音向被叫送铃音被叫应答吗？NOYES停送铃流、回铃音，接通话路话端挂机吗主叫挂机吗？NO拆线（释放复原）开始应答挂机NO8号码信号呼叫信号应答信号摘机拨号音信号振铃信号回铃音信号通信建立话音信号挂机信号挂机（先挂方）挂机忙音信号(用户线信号)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。下面是本实验系统的传送信号流程，见图3-3所示。图3-3本实验系统传送信号流程图3．拨号音及产生电路主叫用户摘机，CPU检测到该用户有摘机状态后，立即送出声音信号，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。拨号音用连续的信号音，在本实验系统中是采用频率为400Hz~450Hz，幅度在1.0V左右的正弦波。4．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，断续周期为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秒信号。5．忙音及控制电路忙音表示用户处于忙状态，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400Hz~450Hz