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类型基于单片机的简易程控交换系统的设计课程设计报告.docx

  • 上传人:无敌
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    基于单片机的简易程控交换系统的设计课程设计报告.docx
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    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交换的系统设计 专业班级: 电子信息工程 111 学生姓名: 学 号: 10210134 指导教师: 杨佳 吴贺君 设计时间: 2014.12.222015.01.02 教师评语:成绩 评阅教师 日期 摘要本次课程设计介绍了一种基于 STC90C516RD+单片机控制的小型程控空分交换系统。利用空分交换芯片 MT8816、双音多频芯片MT8870、STC90C516RD+ 单片机以及外围电路组成。本文详细介绍了 MT8816以及 MT8870 芯片的工作原理以及工作单元电路设计,整体方案设计和电路设计,使其

    2、性能更加的稳定。用户交换机是构成现代交换式通信网的重要设备,主要由用户线接口部分、交换网络和控制系统三大部分组成。交换网络执行交换机的传送功能。从原理上看,最基本的交换网络是一个交叉接点矩阵,它提供任意输入与输出之间的可控的连接。控制器执行交换机的控制面功能因此需要多种接口,以实现相应的适配功能,根据要求本系统不详细介绍和应用接口电路。目录一、设计的作用、目的 1二、设计任务及要求 1三、设计内容 1四、设计原理 14.1 交换原理简述14.2 双音多频信号的工作原理 3五、硬件系统框图 4六、硬件系统设计 56.1 设计思路 56.2 器件清单66.3 器件介绍 66.3.1 MT8816

    3、芯片的介绍 66.3.2 MT8870 芯片的介绍 76.3.3 单片机 STC90C516RD+的介绍 86.4 单元电路 106.4.1 上电复位电路 106.4.2 上电指示灯电路 106.4.3 晶振电路 106.4.4 电源电路 116.4.5 数码显示电路 116.4.6 解码电路 126.4.7 交换网络电路 12七、系统软件设计 137.1 软件设计思路 137.2 程序流程图 14八、心得体会 15九、参考文献 15附录一(电路原理图)16附录二(源程序)17- 1 -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

    4、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、掌握时分交换网络的原理及具体实现方法;2、掌握空分交换网络的原理及具体实现方法;3、掌握基于单片机的时空交换网络系统的设计;4、利用相关软件实现电路图的绘制。三、设计内容1、有上电指示灯;2、能正确手动复位;3、交换器采用 T 型接线器;4、使用双音多频解调电路读取电话号码;5、电话号码在数码管中显示;6、其它扩展功能四、设计原理4.1 交换原理简述在程控交换机中交换网络由一个或多个交换单元构成。交换单元一

    5、般被封装成集成( 交换网络芯片) ,这样就可以根据需要组成大小不同的交换网络。交换单元有很多种,最典型的交换单元是开关阵列,它是用各种各样的开关所构成的,是最基本、最直接、也是最早使用的交换单元。 在交换单元内部,要建立任意入线和任意出线之间的连接,最简单最直接的想法就是使用开关。在每条入线和每条出线之间都各自接上一个开关,所有的开关就构成了交换单元内部的开关阵列。若交换单元的每条入线能够与每条出线相连接,则被称为全连接交换单元;若交换单元的每条入线只能够与部分出线连接,则被称为部分连接交换单元或非全连接交换单元。若交换单元是由空间上分离的多个小的交换部件或开关部件按一定的规律连接构成,则称其

    6、为空分交换单元。开关阵列是一种空分交换单元。开关阵列中的开关通常有两状态:接通成断开。当开关接通时,该开关对应的入线和出线就被连起来;当开关断开时,入线和出线就不被连接。开关阵列拓补结构上可排成方型或矩形二维阵列,井分别被称为 N*N 方形开关阵列和- 2 -M*N 矩形开关阵列。如下图,图中表示了用 M*N 有向矩形开关阵列实现的M*N 有向交换单元及 M*N 无向矩形阵列。其中,连接线代表入线和出线,交叉点(实心圆点) 代表开关,则共有 M*N 个开关。图 4.1 M*N 无向矩形开关阵列 图 4.2 M*N 有向矩形开关阵列1、因为每条入线和每条出线的组合都对应着一个单独的开关,所以在任

    7、何时间,任何入线都可以连接任何出线。而且由于从任何给定的入线到出线的通道上只存在一个开关,所有开关控制简单,具有均匀的单位延迟时间。2、一个交叉点代表一个开关,因此通常用交叉点数目表示开关数目。因为对指定入线和出线数的交换单元,其开关数反映了实现的复杂程度和成本的高低,所以应尽量减少交叉点数目。减少交叉点数目是交换领域的重要研究课题。开关阵列的交叉点数取决于交换单元的入线和出线数,是两者的乘积,当入线和出线数增加时,交叉点数目会迅速增加,因此开关阵列适合于构成较少的交换单元。3、当某条入线与其连接的所有出线间的一行开关部分成全部处于接通状态,开关阵列很容易地实现了同时发送功能。同样,若干条出线

    8、对应的一列开关部分或全部接通,若干条入线同时接至一条出线,也很容易产生出线冲突。所以,一列开关只能有一个处于接通状态。4、由于开关是开关阵列中的唯一部件,所以交换单元的性能依赖于所使用的开关。如果开关是可以双向转送信息的,则可构成无向交换单元(图 4.1);如果开关只能单向转送信息,则可构成有向交换单元(图 4.2)。如果开关是用于传送数字信息的,则交换单元也用于交换数字信息;如果开关是用于传送模拟信息的,则交换单元也用于交换摸拟信息;用光开关还构成光交换单元。5、开关阵列具有控制端和状态端。在最简单的情况下,每个开关都有一个控制端和一个状态端,分别是用于控制和表示开关的通断状态.因为开关的状

    9、态只有两种,所以,控制端的控制信号和状态端的状态描述信号均可用两种电平 0 或者 1 来表示,如果某个开关某时刻的控制信号为 1,则需要该开关接通;控制0 1 0 N-101 0 M-1出线入线0 1 0 N-101 0 M-1出线入线- 3 -信号为 0,则将该开关断开。4.2 双音多频信号的工作原理1、双音多频拨号和脉冲拨号在电话单机中,有两种拨号方式,即脉冲拨号和双音多频拨号。双音多频,简写 DTMF( Dual Tone Multi Frequency) 。本文介绍的 DTMF 信号的接收电路是由 STC90C516RD+单片机控制大规模集成电路 MT8870 芯片以及外围电路所构成的

    10、。外围电路主要由标准晶振(3.58MHz)和有关的电子元件组成,电源电压为+5V。大规模集成电路 MT8870 芯片包括 DTMF 分组滤波器和 DTMF 译码器,其基本原理如图 4.3 所示。图 4.3 DTMF 接收器的的原理框图双音多频(DTMF)拨号方式中的双音多频是指用两个特定的单音频信号的来代表数字或者功能,两个单音频的频率不同,所代表的数字和功能也不同,在双音多频电话机中有 16 个按健,其中有 10 个数字键 0-9,6 个功能键*,#, A,B, C,D ,按照组合的原理,它有 8 种不同的单音颇信号,由于采用的频率有 8 种,故又称为多频,又因以 8 种频率中任意抽出 2

    11、种进行组合,又称为8 中取 2 的编码方法.根据 CCITT 的建议,国际上采用697Hz,770Hz,852Hz,941Hz,1209Hz,1336Hz ,1477Hz,1633Hz,把这 8种频率分成两个群,即高频群和低频群,从高频群和低频群中任意抽出一种频率进行组合,共有 16 种不间组合,代表 16 种不同数字功能(见表 4.1)。输入电路高阻带通滤波器过 零检测器低阻带通滤波器码 变 换过 零检测器锁 存 与 缓 冲DTMF 信号Q1Q2Q3Q4- 4 -表 4.1 音多频高频低频组合频率高频低频号码 1029Hz 1336Hz 1447Hz 1633Hz697 Hz 1 2 3 A

    12、770 Hz 4 5 6 B852 Hz 7 8 9 C941 Hz * 0 # D多频信号的组合标准是由国际电报电话咨询委员会向世界各国推荐的。它共有 8 个不同的频率,1000 赫兹以下的频率称为低频群,1000 赫兹以上的频率为高频群。每一个低频和一个高频代表电话机一个选号,8 个频率共有 16 种不同组合,分别代表 16 个信号。普通型的双音频电话机。双音频属带内信号,在线路越长时,其衰耗也越大,为了满足程控交换机接收器对呼叫信号的要求和防止相邻线间的相互串扰,对双音频信号电平有比较严格的要求,目前世界各国根据本国的线路状况,作出了一些相应的规定。为了防止市话交换机接收器的误动作, 双

    13、音频信号还必须满足以下要求:(1)高、低频各 1 个且必须同时出现,才能被接收器检出为呼叫信号。(2)高、低频率的误差要小。我国的标准为正负百分之一点八,国外有的规定为正负百分之一点五,精度要求更高。由于交换机的窄带滤波器的通频带做得非常窄,如果选号信号频率误差过大,交换机就将其作为干扰信号处理。表 4.2 MT8870 译码表fL(Hz)fH(Hz) NO. EN D04 D03 D02 D01697 1209 1 H L L L H697 1336 2 H L L H L697 1477 3 H L L H H770 1209 4 H L H L L770 1336 5 H L H L H

    14、770 1477 6 H L H H L852 1209 7 H L H H H852 1336 8 H H L L L852 1477 9 H H L L H941 1336 0 H H L H L941 1209 * H H L H H941 1477 # H H H L L697 1633 A H H H L H- 5 -770 1633 B H H H H L852 1633 C H H H H H941 1633 D H L L L LL Z Z Z Z方式是按一定断续和速率来判断的。目前,脉冲拨号与双音多频拨号相比,它有如下缺点:拨号速度慢;脉冲信号在线路传输中容易产生波形变形,可

    15、能产生错号;脉冲信号的幅度较容易产生线间的干扰。2、DTMF 发送器的原理与构成下图是典型 DTMF 发送器原理图,它主要包括:(1)晶体振荡器:外接晶体(通常采用 3.58Hz)与片内电路构成振荡器,经分频产生参考信号。(2)键控可变时钟产生电路:它是一种可空分频比的分频器,通常由 N级移位寄存器与键控反馈逻辑单元组成。(3)正弦波产生电路:它由正弦波编码器与 D/A 变换器构成,通常,可变速时钟信号先经过 5 位移位寄存器,产生一种 5 位移位代码,再由可编程逻辑阵列(PLA)将其转换成二进制代码,加到 D/A 变换器形成台阶型正弦波。显然台阶的宽度等于时钟频率的倒数,这样形成的正弦波信号

    16、频率必然对应于时钟的速率和按键号码。(4)混合电路:将键盘所对应产生的行、列正弦波信号(即低、高群FL、FH )相加、混合成双音信号输出,如图所示:可变速时钟产生 列正弦波形成晶振相 加可变速时钟产生 行正弦波形成1 2 3 A4 5 6 B7 8 9 C* 0 # DDTMF图 4.4 混合电路- 6 -五、硬件系统框图本次设计系统框图如图 5.1 所示:图 5.1 硬件系统框图电话交换机的主要任务是实现用户间通话的接续。基本划分为两大部分:话路设备和控制设备。话路设备主要包括各种接口电路(如用户线接口和中继线接口电路等)和交换( 或接续 )网络;控制设备在纵横制交换机中主要包括标志器与记发

    17、器,而在程控交换机中,控制设备则为电子计算机,包括中央处理器(CPU),存储器和输入/输出设备。程控交换机实质上是采用计算机进行“存储程序控制” 的交换机,它将各种控制功能,方法编成程序,存入存储器,利用对外部状态的扫描数据和存储程序来控制,管理整个交换系统的工作。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(如纵横接线器,编码接线器,笛簧接线器等),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。用用户电路。总的来说,交换网络的功能是实现话音的无阻塞交换,

    18、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。STC90C516RD+单片机MT8870数码管显示解码MT8816- 7 -控制部分是程控交换机的核心,其主要任务是根据外部用户与内部维护管理的要求,执行存储程序和各种命令,以控制相应硬件实现交换及管理功能。程控交换机控制设备的主体是微处理器,通常按其配置与控制工作方式的不同,可分为集中控制和分散控制两类

    19、。为了更好的适应软硬件模块化的要求,提高处理能力及增强系统的灵活性与可靠性,目前程控交换系统的分散控制程度日趋提高,已广泛采用部分或完全分布式控制方式。 六、硬件系统设计6.1 设计思路本系统是依据程控交换原理设计的微型空分交换系统。其基本设计原理为: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七段显示器显示,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,STC90C51

    20、6RD+单片机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。当一方挂机后,计时停止显示通话时间,并向对方送催挂音,对方挂机后系统拆线复原。6.2 器件清单表 6.1 器件清单器件名称 数量(个) 器件名称 数量(个)电阻(100k) 3 STC90C516RD+ 1电阻(10k) 2 电阻 (300) 17电阻(1k) 2 晶振(11.0592M) 1瓷片电容(30uF) 10 晶振(3.58M) 1电解电容(47uF) 2 MT8870 1发光二极管 1 MT8816 1开关 2 74HC595 2直流电源(5V) 1 数码管(4 位) 26.3 器件介绍6.3.1 MT8816 芯片的介绍

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