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小型程控电路交换机的硬件设计

gecimao 发表于 2019-04-13 12:57 | 查看: | 回复:

  方便、快捷的公共交换电话网(PSTN)线路遍布世界各地,已经成为生活中不可缺少的部份,它具有成本低,范围广,重复建设少等优点。PSTN通信网基于交换方式,其核心设备――如同是交换网的“立交桥”。交换技术从早期的人工交换、机电交换发展到电子交换,从模拟交换发展到数字交换,从布控发展到。如今先进的同时采用数字交换、空分交换、时隙交换和程序控制等技术,因此具有抗干扰能力强,交换容量大以及控制灵活等特点。

  目前市场上类似高端产品,如日本NEC公司生产的NEAX一61系列、美国ATT公司生产的No.5ESS系列等。这类产品都拥有强劲的性能,超高的稳定性和完善的支援系统,自然也就拥有天价。而在市场上大多数产品虽然称为“”,但据其表现,充其量只能算是一个电话线路分离器,无论是在参数指标上还是在可靠性等方面,都没有很好地达到国际电信协会建议的标准,相当部分的机型仍然运用模拟电路搭建交换阵列,导致可靠性差。

  该设计是将在程控交换里应用广泛的“电路交换”以实物的形式体现出来。这台小型程控交换机模拟了程控交换网中的电路交换的全过程,既可以形象的作为教学的实物例子,也是一台实用的标准小型电话交换机,其性能很好地达到国际电信协会建议的标准。稍加改进后又可用于诸如视频信号传输系统、智能家居管理系统、楼宇门禁管理系统、远程信号传输和小区安防管理系统等。

  本系统是一个8口(含一个中继接口)小型程控电线所示。用户终端和中继设备通过接口电路,经由CPU模块控制的交换网络控制各个线 系统模块

  按功能可分为MCU模块、I/O扩展模块、“看门狗”模块、双音多频(Double Tone MultiFrequency,DTMF)模块、空分交换模块、信号音模块、电源模块、用户接口模块、中继模块、振铃模块。MCU模块是整个系统的核心。上电后,由MCU模块对周边各个模块进行初始化,初始化完成后,扫描用户端口的状态,并根据端口状态执行相应的指令。

  I/O扩展模块是因为单片机I/O口数量不够,必须进行I/O口的扩展。采用一片8255A并行I/O扩展芯片对外进行扩展,可将I/0口数量扩充到原先的2倍。

  “看门狗”模块是一个定时复位芯片,当系统程序出现“跑飞”或者由于外界干扰等一系列原因而出现异常时,将产生一个RESET(复位)信号,让系统恢复正常,因此,“看门狗”模块对于系统来说是非常重要的。DTMF模块实现对双音多频信号的接收、译码功能。当DTMF模块收到有效的DTMF信号时,以一个中断的形式向MCU发出请求,MCU响应采取相应的收号操作。空分交换模块是整个系统的关键,实现整个系统的话路切换、信号音的传送。信号音模块提供符合国际电信标准的拨号音、提示音以及忙音等提示音。信号音通过空分交换模块与用户接口相连。电源模块提供程控交换机所需的一48 V和±5 V馈电。其中:±5 V提供给DTMF模块、空分交换模块、中继模块;+5 V提供给MCU模块、I/O扩展模块、“看门狗”模块、信号音模块、用户接口模块;一48 V提供给用户接口模块、振铃模块;用户接口模块负责进行2/4线转换,将电话线上的TIP―RING信号转换成可以在空分交换矩阵中传输的4线制信号。考虑到防雷等安全性,还在用户接口上进行了防雷处理,可承受4 000 V的雷击。

  振铃模块提供符合国际电信标准的90VAC 25 Hz的振铃信号,该振铃信号送至用户接口模块,即可实现振铃提示。

  系统上电复位后,依次对各个用户接口模块、I/O扩展模块、空分交换模块进行初始化,设定这几个模块的工作方式,并赋初值。由MCU模块(AT89C55单片机)对各路话机的端口进行扫描,每个用户接口都有1个摘机标志位,接至单片机的1个I/O口,读取这几个I/O口的值,即可判断出对应的话机摘、挂机状态。识别用户摘机后,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转至控制I/0扩展模块读出译出的BCD码。振铃的功能由振铃模块配合振铃控制模块来实现的。振铃模块仅产生一个幅度90 V,频率25 Hz的高压交流信号;振铃控制模块产生通l s断4 s的脉冲信号,控制高压交流信号的通断比。信号音由3个独立的555电路产生。信号频率为450 Hz的拨号音信号;通1 s断4 s的回铃音信号;通O.5 s断0.5 s的忙音信号。链路建立主要是由一个空分交换IC“MT8816”的芯片来实现,该芯片具有链路导通阻抗低和自我保持功能。对该Ic的控制端口写控制字,对地址控制口写交换地址值即可实现链路的交换。用户接口芯片MH88612C,配合少量的外部分立元件较好地实现了BORSC:HT七项功能中的5项,进行2/4线转换,摘挂机标识等功能。

  硬件主要部份设计系统模块较多.所需技术涉及模拟电子、数字电子、单片机技术、计算机辅助制图等多方面,因篇幅有限,仅介绍比较特殊的几个主要功能模块。

  用户接口模块主要采用的是加拿大Mitel公司的M卜t88612C接口芯片。芯片是2/4线厚膜混合用户线接口电路。包含功能有:恒流馈电、馈送铃流、摘机后自行截除铃流、摘挂机的检测及音频

  或脉冲信号的识别、接口否有线线转换以及外接振铃继电器驱动输出。芯片用户电路的双向传输衰耗均为一1 dB,供电电源+5 V,一5 V和一48 V,接口电路原理如图2所示。

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