基于單片機(jī)控制的小型簡(jiǎn)易程控交換系統(tǒng)

用戶交換機(jī)是構(gòu)成現(xiàn)代交換式通信網(wǎng)的重要設(shè)備，主要由用戶線接口部分、交換網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)3大部分組成?？刂葡到y(tǒng)依靠存儲(chǔ)器中的程序和數(shù)據(jù)，引導(dǎo)微處理器對(duì)各種信令進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，?duì)交換網(wǎng)絡(luò)和接口實(shí)行必要的控制。由于微處理機(jī)功能的不斷增強(qiáng)和集成電路成本的不斷下降，人們已有可能用合理的造價(jià)生產(chǎn)出功能齊全的交換機(jī)。實(shí)際中實(shí)現(xiàn)交換系統(tǒng)的方案有較大差別，缺乏統(tǒng)一模式，這就給詳細(xì)、具體地掌握系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)帶來(lái)了一定的困難。基于以上原因，我們考慮將單片機(jī)知識(shí)與程控交換的基本原理相結(jié)合來(lái)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的交換系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用單片機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換芯片和用戶接口電路芯片，以單片機(jī)為微控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的呼叫響應(yīng)、處理、應(yīng)答，話路接續(xù)，通話計(jì)時(shí)及復(fù)位拆線等基本功能。  

1 系統(tǒng)的組成及原理?

1.1 工作原理?

本系統(tǒng)是依據(jù)程控交換原理設(shè)計(jì)的微型空分交換系統(tǒng)，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。其基本工作原理：當(dāng)用戶1摘機(jī)呼叫用戶2時(shí)，交換機(jī)向主叫方發(fā)送撥號(hào)音，同時(shí)由單片機(jī)將主叫號(hào)碼送七段顯示器顯示，主叫方撥打相應(yīng)號(hào)碼后，DTMF譯碼電路譯出對(duì)應(yīng)的編碼并引起單片機(jī)中斷，AT89C51讀入數(shù)據(jù)同時(shí)顯示被叫號(hào)碼，此時(shí)交換機(jī)切斷撥號(hào)音并檢測(cè)被叫方狀態(tài)，若被叫用戶忙則交換機(jī)向主叫方發(fā)送忙音，否則，向被叫方送鈴流、向主叫方送回鈴音。當(dāng)被叫方摘機(jī)后，交換機(jī)切斷鈴流和回鈴音，接續(xù)話路，雙方開(kāi)始通話并啟動(dòng)通話計(jì)時(shí)。當(dāng)一方掛機(jī)后，計(jì)時(shí)停止顯示通話時(shí)間并向?qū)Ψ剿痛邟煲?，?duì)方掛機(jī)后系統(tǒng)拆線復(fù)原。

1.2 硬件電路組成

(1)信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)音控制電路?

信號(hào)檢測(cè)電路用來(lái)檢測(cè)用戶的狀態(tài)并接收用戶撥打的電話號(hào)碼，并根據(jù)用戶狀態(tài)啟動(dòng)相應(yīng)的信號(hào)音控制信號(hào)。以2個(gè)通話用戶為例，采用AT89C51的P1口與用戶接口電路相連，用以檢測(cè)是否有用戶呼叫并控制DTMF解碼電路。P1.0、P1.1用于接收主、被叫方的摘掛機(jī)信號(hào)，用戶摘機(jī)則話機(jī)經(jīng)P1.0、 P1.1向AT89C51發(fā)出一高電平信號(hào)，此時(shí)表示有用戶呼叫。P1.3、P1.4通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)CD4066控制主、被叫雙方的DTMF解碼電路，高電平有效。采用8255的PC口接收話機(jī)經(jīng)用戶接口發(fā)送來(lái)的電話號(hào)碼，單片機(jī)中斷時(shí)從PC口讀入數(shù)據(jù)。

信號(hào)音控制電路采用8255芯片的PA、PB口進(jìn)行控制，PA0、PA1作為鈴流控制輸出信號(hào)，PA4、PA5用作回鈴音控制信號(hào)，PB0、PB1為忙控制信號(hào)，PB4、PB5為撥號(hào)音控制信號(hào)，各控制信號(hào)均為高電平有效。因此，1片8255可同時(shí)對(duì)2對(duì)用戶的信號(hào)音進(jìn)行控制。單片機(jī)根據(jù)檢測(cè)到的用戶狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)信號(hào)音的控制信號(hào)，以便向用戶端發(fā)送信號(hào)音。信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)音控制電路如圖2所示。

(2)雙音多頻解調(diào)電路

MT8870是雙列直插DTMF解碼專用電路。雙音多頻解調(diào)電路如圖3所示。

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AT89C51的P1.3、P1.4接模擬開(kāi)關(guān)CD4066的13、12腳來(lái)控制MT8870的解碼，高電平時(shí)允許解碼電路工作。2個(gè)用戶的雙音多頻信號(hào)分別由CD4066的1、11腳輸入，經(jīng)過(guò)MT8870內(nèi)部的前置放大器送入高低頻組帶通濾波器，再經(jīng)幅度檢測(cè)器進(jìn)入譯碼電路，最后從輸出端輸出相應(yīng)的編碼。采用CD4066還可起到隔離話音信號(hào)與DTMF信號(hào)的作用，以免對(duì)解碼造成干擾。MT8870的STD接AT89C51的INT0，當(dāng)STD電平由低變高時(shí)引起單片機(jī)中斷讀取電話號(hào)碼。

(3)交換網(wǎng)絡(luò)電路?

電子接線器是空分交換網(wǎng)絡(luò)的核心部件，我們采用MT8816來(lái)完成通話雙方線路的接續(xù)。MT8816芯片是8×16的模擬開(kāi)關(guān)陣列，8路列輸入/輸出（Y0~Y7）和16路行輸入/輸出（X0~X15）形成模擬交換矩陣，芯片有保持電路，可保持任一交叉點(diǎn)處于接通狀態(tài)，直至接收到復(fù)原信號(hào)為止，其引腳如圖4所示。AT89C51 的P0口通過(guò)列地址線AY0~AY2和行地址線AX0~AX3控制列線與行線選擇需要接通的交叉點(diǎn)(例如，要接通Y0和X1間的交叉點(diǎn)需向AY0~AY2 送000，向AX0~AX3送1000)。DATA為交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制位，高電平時(shí)交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)連通相反則斷開(kāi)。RST為復(fù)位信號(hào)輸入，高電平時(shí)全部開(kāi)關(guān)均置于截止?fàn)顟B(tài)。STB為選通脈沖輸入，AT89C51送入列、行地址碼后還必須給STB端送一脈沖信號(hào)同時(shí)DATA置高電平，才能使MT8816完成接續(xù)工作，MT8816拆線復(fù)原的過(guò)程與接續(xù)過(guò)程類似，此時(shí)只須將DATA置低電平即可。

交換網(wǎng)絡(luò)向用戶端發(fā)送的各種信號(hào)音的接通和切斷可通過(guò)相應(yīng)的信號(hào)音控制信號(hào)(8255的PA、PB口)選通CD4066來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(4)用戶接口電路?

用戶接口電路是由用戶線接口芯片MH88612和PCM編解碼芯片TP3067組成，兩者共同完成BORSCHT七項(xiàng)功能。用戶線接口檢測(cè)到用戶1摘機(jī)后，MH88612的SHK引腳輸出一高電平至P1.0，AT89C51將8255的PB4端置高電平控制交換網(wǎng)絡(luò)向用戶1送撥號(hào)音，單片機(jī)收到正確號(hào)碼后控制系統(tǒng)發(fā)出振鈴控制信號(hào)即將8255的PA1置高電平并由MH88612的RC腳輸入，驅(qū)動(dòng)繼電器K閉合向用戶線接口2送振鈴，同時(shí)將PA4置高電平控制交換網(wǎng)絡(luò)向用戶1送回鈴音。當(dāng)用戶2摘機(jī)時(shí)，其接口電路的SHK腳輸入一高電平至P1.1，單片機(jī)控制MT8816接續(xù)通話線路。當(dāng)任一方掛機(jī)時(shí)其相應(yīng)的SHK輸出一低電平控制系統(tǒng)向另一方送催掛音。

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線路接續(xù)成功后，話音信號(hào)經(jīng)MH88612的VX輸出送入TP3067中進(jìn)行編碼。PCM編碼器的抽樣頻率為8 kHz，由幀同步脈沖FSX獲得，F(xiàn)SX除提供PCM抽樣頻率外，還選通輸出緩存器使緩存器中的8 B，自FSX下降沿開(kāi)始以主時(shí)鐘2.048 Mb/s的速率由DX端輸出至交換網(wǎng)絡(luò)，主時(shí)鐘由MCLKX腳輸入。PCM解碼是指將來(lái)自交換網(wǎng)絡(luò)的主時(shí)鐘頻率的PCM信號(hào)在幀同步信號(hào)FSR的下降沿開(kāi)始時(shí)由DR接收至輸入緩存器中，其主時(shí)鐘頻率由MCLKR輸入仍為2.048 Mb/s。用戶接口電路如圖5所示。?

(5)其他電路?

交換機(jī)向用戶發(fā)送的鈴流信號(hào)是25 Hz、幅度為90 V的方波信號(hào)，撥號(hào)音、回鈴音、忙音、催掛音是通過(guò)控制450 Hz交流信號(hào)的斷續(xù)時(shí)間來(lái)產(chǎn)生的，各種信號(hào)音可由單片機(jī)編程產(chǎn)生，但為避免程序過(guò)于復(fù)雜，使AT89C51更好的對(duì)系統(tǒng)主要部分進(jìn)行監(jiān)控，設(shè)計(jì)中各種信號(hào)音的產(chǎn)生均采用硬件電路完成，可由555芯片配以適當(dāng)?shù)耐鈬娐樊a(chǎn)生各種信號(hào)音。

顯示電路主要利用了8155芯片作為AT89C51的擴(kuò)展輸出口，由8155、74LS240和MC1413及七段LED組成，用來(lái)顯示主叫、被叫方號(hào)碼及通話時(shí)間。8155的PA口與MC1413相連經(jīng)反相后作為數(shù)碼管的位選信號(hào)，PB口經(jīng)74LS240作為段選信號(hào)送數(shù)碼管顯示，片選信號(hào)接 AT89C51的P2.7。由于整個(gè)系統(tǒng)較為復(fù)雜，在顯示電路的調(diào)試過(guò)程中我們只采用了5位數(shù)碼顯示管，中間3位顯示通話時(shí)間(1位分鐘，2位秒針)，前后2位分別顯示主被叫方的代號(hào)(如用戶1用1表示，用戶2用2表示)，但只須對(duì)程序稍加變動(dòng)既可使分別顯示主被叫放的電話號(hào)碼和通話時(shí)間。

2 軟件設(shè)計(jì)?

(1)系統(tǒng)初始化程序?

對(duì)AT89C51設(shè)置中斷及內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元清零，8155和8255進(jìn)行端口功能設(shè)置。?

(2)主叫摘機(jī)檢測(cè)程序?

主叫方摘機(jī)后，顯示電路顯示主叫號(hào)碼，撥號(hào)音控制信號(hào)置高電平，交換網(wǎng)絡(luò)向主叫方送撥號(hào)音，等待主叫方撥打電話號(hào)碼。?

(3)撥號(hào)檢測(cè)與等待摘機(jī)程序?

檢測(cè)到撥號(hào)脈沖后，立刻切斷撥號(hào)音，AT89C51響應(yīng)中斷讀取電話號(hào)碼對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制編碼。若被叫號(hào)碼對(duì)應(yīng)的話機(jī)不存在或被叫方處于狀態(tài)，則忙音控制信號(hào)置高電平，交換網(wǎng)絡(luò)向主叫方送忙音，催其掛機(jī)；若號(hào)碼檢測(cè)正確則鈴流控制信號(hào)置、回鈴音控制信號(hào)置高電平，交換網(wǎng)絡(luò)向被叫方送鈴流信號(hào)，同時(shí)向主叫方送回鈴音。?

(4)話路接續(xù)程序?

檢測(cè)到被叫方摘機(jī)信號(hào)后，系統(tǒng)停止發(fā)送鈴流和回鈴音，AT89C51啟動(dòng)MT8816接通通話線路。?

(5)計(jì)時(shí)與通話檢測(cè)程序?

線路一旦接續(xù)成功，雙方即可進(jìn)行通話，AT89C51內(nèi)部時(shí)鐘計(jì)時(shí)開(kāi)始，通過(guò)8155芯片加以顯示。對(duì)用戶狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)檢測(cè)到任一方掛機(jī)信號(hào)后，跳出計(jì)時(shí)程序交換網(wǎng)絡(luò)向未掛機(jī)用戶送催掛音（本系統(tǒng)中催掛音用忙音代替），雙方掛機(jī)后，AT89C51控制MT8816拆除通話線路，回初始化程序重新等待用戶摘機(jī)。

(6)顯示程序?

動(dòng)態(tài)顯示主、被叫方的電話號(hào)碼及通話時(shí)間。?

3 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)除了能模擬市話進(jìn)行正常的通信外，還附加了在通話的同時(shí)顯示通話時(shí)間和主被叫號(hào)碼的功能。只要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展后，可用于樓層內(nèi)部間的電話通訊還可用作通信專業(yè)程控交換原理課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

參考文獻(xiàn)
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