單片機多機通信在程控交換機中應(yīng)用

引言

國內(nèi)單片機多機通信方向技術(shù)開發(fā)應(yīng)用已有相當長時間，在智能化儀器、工業(yè)自動控制、家用電器機電一體化等方面的應(yīng)用成果尤為顯著。本文介紹AT 系列單片機多機通信在程控交換機中應(yīng)用。

多機程控交換機將1 至2 條電話外線擴展成4 繩路、12 個分機容量， 可以多部分機同時通話而互不干擾（可以內(nèi)外線混用）； 分機可以為電話機、傳真機、答錄機和電腦等任何電訊產(chǎn)品。

1 ，硬件結(jié)構(gòu)簡介

本程控交換機應(yīng)用AT 系列單片機， CPU 使用一個AT89C52 和四個AT89C51, 進行多機通信， 如圖1 所示。

其中一個CPU（AT89C52）作為上位機， 實現(xiàn)分機摘機/ 掛機查詢、分機振鈴等功能。四個CPU（AT89C51）作為下位機， 各控制一根繩路， P10、P11 口作為CPU 地址， CPU 進行查詢外線來電、分機掛線（內(nèi)線和外線）、分機撤線、分機撥號處理等工作， 提供內(nèi)線撥號音、回音鈴、忙音、證實音等信號音。0_CPU 和1_CPU各有一個繼電器J 控制開關(guān)， 用于接通或切斷電話外線與繩路的連接。

硬件線路保證每CPU 各施其職， 互不串擾。某分機一旦掛線后， 該分機的信號音、撥號等只受該繩路的CPU 控制， 而且分機摘機、掛線后撥號才有效； 撤線后， 該分機不再受繩路的CPU 控制。

2， 多機通信協(xié)議

在多機通信協(xié)議中定義上位機為主動， 下位機為被動。

2.1 上——下位機聯(lián)絡(luò)握手

上位機向下位機廣播地址信息； 下位機收到地址信息后判斷是否是本機地址， 若不是， 不應(yīng)答； 若是， 向上位機發(fā)應(yīng)答信號， 同時作好接收數(shù)據(jù)準備。上位機收到應(yīng)答信號后， 判斷應(yīng)答信號是否正確。若不正確， 重發(fā)地址信號； 若正確， 發(fā)送數(shù)據(jù)（命令代碼）。已握手的下位機接收數(shù)據(jù)（命令代碼）后， 執(zhí)行相應(yīng)功能或?qū)嵤┓?wù)。地址信息與命令代碼設(shè)置不重碼， 以便下位機能判別出。

2.2 上位機向下位機發(fā)送命令類

是否接外線（僅為0_CPU 和1_CPU）、有否請求服務(wù)、指定分機掛某一根內(nèi)/ 外線、指定分機撤線、釋放外線繼電器、編程密碼、長途等級（內(nèi)部、市內(nèi)、國內(nèi)和國際）、長途解鎖、要求繩路發(fā)內(nèi)線撥號音、內(nèi)線回音鈴、內(nèi)線忙音鈴或內(nèi)線證實音等。

2.3 下位機向上位機請求服務(wù)

下位機只有在上位機“有否請求服務(wù)”時， 才可向上位機發(fā)送信息。發(fā)送信息有：本繩路有外電呼叫、撥打內(nèi)部分機、三方通話、代接外線、設(shè)置轉(zhuǎn)移功能（無條件轉(zhuǎn)移、遇忙轉(zhuǎn)移、無應(yīng)答轉(zhuǎn)移、撤消轉(zhuǎn)移）、設(shè)置外線來電振鈴方式（指定若干分機振鈴、全部分機振鈴、三機四組輪流振動鈴、外線來電時指定分機振鈴）、設(shè)置長途密碼 長途等級 長途解碼、強插監(jiān)聽等。

3 ，多機程控交換機軟件設(shè)計方法

程序設(shè)計思路是根據(jù)多機程控交換機工作過程而制定的， 采用上下位機包干控制， 充分利用CPU 資源， 實現(xiàn)程控交換機功能。

3.1 上位機軟件設(shè)計思路

根據(jù)多機程控交換機功能， 上位機程序分成初始化、摘機處理、掛機處理、發(fā)送命令、下位機請求服務(wù)處理、振鈴處理和定時器處理（包括看門狗）七個模塊， 程序模塊結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

初始化模塊主要是定義常數(shù)變量、變量單元、位標志、緩沖區(qū)、中斷設(shè)置、定時器設(shè)置/ 啟動、電話分機工作初始狀態(tài)等。

摘機處理模塊主要判別是外線來電摘機、內(nèi)線來電摘機還是要撥打外線或內(nèi)線電話。

掛機處理模塊比較復(fù)雜， 既有內(nèi)外線通話結(jié)束掛機， 又有內(nèi)外線通話中止掛機， 還有三方通話主叫機掛機和從叫機掛機， 其它有中止撥打外線/ 內(nèi)線掛機、分機功能設(shè)置完畢掛機等。

發(fā)送命令模塊主要是根據(jù)電話分機發(fā)生摘/ 掛機時， 向下位機發(fā)送掛線/ 撤線命令、內(nèi)線撥號音等命令， 發(fā)送詢問下位機有否請求服務(wù)等命令。

下位機請求服務(wù)處理模塊主要根據(jù)下位機CPU 請求， 完成外線來電、撥打內(nèi)線分機、分機功能設(shè)置等工作。

振鈴處理模塊主要處理外線來電時， 根據(jù)振鈴模式進行分機振鈴、輪流振鈴等； 內(nèi)線呼叫分機時， 根據(jù)分機轉(zhuǎn)移功能， 作相應(yīng)的振鈴處理； 被呼叫分機摘機后停止振鈴等功能。

定時器處理模塊配合振鈴處理模塊產(chǎn)生各種振鈴計時以及看門狗定時常數(shù)刷新等。

3.2 下位機軟件設(shè)計思路

為便于編輯和管理， 4 個下位機程序使用同一版本， 程序運行時根據(jù)地址作相應(yīng)的處理。

根據(jù)多機程控交換機功能， 下位機程序分成初始化、連接外線查詢、發(fā)送請求服務(wù)、外線來電中斷請求、分機撥號中斷請求和定時器中斷（包括看門狗）六個模塊， 程序模塊結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

初始化模塊主要是定義變量單元、位標志、緩沖區(qū)、中斷設(shè)置、定時器設(shè)置/ 啟動等。

連接外線查詢模塊在開機復(fù)位后查詢本CPU 是否接外線（2_CPU 和3_CPU 跳過）， 然后置標志， 上位機通過問詢下位機知道程控交換機接幾根外線。

命令處理模塊主要完成上位機下達的命令，命令有指定分機掛外線與 內(nèi)線、對掛內(nèi)線分機發(fā)送或停止內(nèi)線信號音（內(nèi)線撥號音、內(nèi)線回音鈴、內(nèi)線忙音鈴或內(nèi)線證實音等）、指定分機撤外線與 內(nèi)線等等。

發(fā)送請求服務(wù)模塊主要向上位機發(fā)送外線來電處理、分機撥打內(nèi)線電話、分機設(shè)置功能等請求服務(wù)。

外線來電中斷請求模塊在外線來電時（0_CPU 和1_CPU），向CPU 請求中斷。CPU 響應(yīng)中斷后， 首先判斷是否干擾信號， 確認為外線來后， 豎立外線來電標。當上位機查詢下位機有否請求服務(wù)時， 向上位機發(fā)送外線來電服務(wù)請求。為防外線來電中止，下位機CPU 發(fā)送請求后即清除外線來電標。上位機在送出分機振鈴后一秒鐘內(nèi)， 如分機未摘機， 而下位機又沒發(fā)來新的外線來電請求服務(wù)， 立馬中止振鈴。

分機撥號中斷請求模塊在分機撥號后， 向CPU 請求中斷。

CPU 響應(yīng)中斷后， 根據(jù)所撥號碼， 產(chǎn)生對應(yīng)請求服務(wù)代碼。上位機收到請求服務(wù)后， 對其進行譯碼， 作相應(yīng)處理。如分機是掛外線， 除判別該分機長途等級外， 對撥號不作任何處理。分機在掛線情況下， 撥號才有中斷請求信號產(chǎn)生， 這由硬件保證。

定時器處理模塊主要產(chǎn)生450 方波信號， 產(chǎn)生各種內(nèi)線鈴聲所需脈沖信號以及看門狗定時常數(shù)刷新等。

上下位機源程序限于篇幅， 不作介紹。

4 ，編程中特點

由于多機程控交換機上位機CPU 要對四個下位機CPU, 而分機摘/ 掛機狀態(tài)采用查詢方式， 又要處理分機振鈴等， 查詢過程中要采用抗干擾措施， 防止CPU 誤判、誤動作。所以編程中要考慮整體時間分配， 以免延誤用戶通話。

上位機在查詢下位機有否服務(wù)請求時， 采用輪流查詢法。在發(fā)送信息前又要與下位機握手， 所以查詢時間較長。當下位機有服務(wù)請求時， 上位機馬上中止查詢下一CPU, 為當前下位機服務(wù)。

為縮短上下位機通信時間， 下發(fā)代碼采用單字節(jié)， 按位定義。如“D7”位表示掛線或撤線，“D6”位表示掛內(nèi)線或外線，“D5、D4”位表示發(fā)內(nèi)線撥號音、內(nèi)線回音鈴、內(nèi)線忙音或內(nèi)線證實音，“D3”～“D0”表示分機號。

上發(fā)代碼采用多字節(jié)， 長短不同， 這是由于多機程控交換機功能豐富多采， 下位機在上發(fā)代碼最后加一個結(jié)束符。

多機程控交換機功能較多， 分機撥號中斷請求模塊要分成外線撥號、內(nèi)線撥號（包括代接、轉(zhuǎn)接和三方通話）和功能設(shè)置三個小模塊。為提高CPU 利用率， 分機撥號中斷請求模塊采用流水線作業(yè)方式， 按一次鍵， 模塊執(zhí)行一次。所以要保護好現(xiàn)場，豎立相應(yīng)的標志， 保證分機撥號中斷請求模塊工作正常。當某功能撥完后， CPU 再將請求服務(wù)代碼送到發(fā)送緩沖區(qū)。

5 ，結(jié)束語

多機程控交換機可連接二根外線， 十二只內(nèi)部分機， 四繩路通話容量， 具有豐富的實用功能， 可不間斷連續(xù)工作。分機之間可多對電話（最多四對八機）同時通話而彼此互不干擾。分機可直撥外線、強插外線、長途加鎖設(shè)置等。外線來電響鈴方式有二種， 一為選擇某些分機振鈴， 二為分機輪流振鈴， 由1 號分機進行設(shè)置。分機可代撥、代接、征詢轉(zhuǎn)接和三方通話等。

本文作者的創(chuàng)新點：上、下位機CPU 串行通信發(fā)送采用查詢方式， 接收采用中斷循環(huán)隊列緩沖區(qū)方式。多機程控交換機不使用擴展外RAM, 上位機采用AT89C52, 其內(nèi)RAM為256 字節(jié)， 足夠CPU 工作所需， 同時給硬件上分清上位機和下位機CPU 芯片帶來好處， 一舉二得。

多機程控交換機樣機已小批量投入某些公司、企業(yè)使用， 用戶反映程控交換機基本功能工作正常， 使用方便， 由此說明多機程控交換機達到設(shè)計要求。