通信工程毕业设计(论文)小型程控电话交换机的硬件设计.doc
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1、本 科 生 毕 业 设 计 (论 文)题目:小型程控电话交换机的硬件设计教学单位 电气信息工程学院 姓 名 学 号 年 级 2007级 专 业 通信工程 指导教师 职 称 副教授 2011年 4月 27日摘 要该设计是面向少量用户的数字程控交换机,模拟了电话交换的基本过程,具备交换机的所有基本功能。该设计采用单片机、网络交换芯片和用户接口芯片,以单片机为微控制中心实现通信系统的呼叫、应答、处理,话路连接和拆线功能。该系统既可用作数字交换演示的实例,同时也是一台可用于实际的小型数字交换机,可以进行分机内部通话。该系统主要由用户线接口模块、DTMF模块、信号音模块、控制模块和交换模块组成。本文主要
2、介绍了电话交换机的硬件设计,具体包括各个模块的主要功能,芯片的选择以及具体的应用电路。关键字:电话交换机、AM79R70、DTMF、MT8816 AbstractThis design is facing a few user PBX, simulated the basic process of telephone exchange, all of the basic functions with switches. This design use a microcontroller, network exchange chip and user interface chip, use si
3、ngle chip micro control center realize communication system call and response, processing, words road connects and take out stitches function. This system not only can be used as examples of digital switching demo, but also can be used in the actual small of a digital switches, can undertake extensi
4、on internal communications. This system mainly by the user line interface module, DTMF module, signal module, control module and exchange module. This paper mainly introduces the hardware design of telephone exchanges, specifically including the main function modules, chip choice and specific applic
5、ation circuit. Keywords: Telephone exchanges 、AM79R70、DTMF、MT8816 目录 摘 要1Abstract21.引言41.1.主要功能41.2.系统的可行性分析41.2.1.总体设计分析41.2.2.模块功能简介42.功能模块的设计62.1.用户线接口模块62.1.1.AM79R70的引脚定义62.1.2.AM79R70 的工作方式82.1.3.AM79R70的应用102.2.信号音发生模块112.2.1.NE555简介112.2.2.450HZ信号发生电路122.2.3.铃流信号发生电路132.3.DTMF双音频识别模块142.3.1.
6、MT8870工作原理142.3.2.MT8870应用142.4.电话交换模块172.4.1.MT8816简介182.4.2.MT8816应用电路212.5.控制模块和电源模块222.5.1.控制模块232.5.2.电源模块233.系统的工作原理244.总结与展望24参考文献25致谢26附录 交换机原理图271. 引言1.1. 主要功能该设计是面向少量用户的数字程控交换机,模拟了电话交换的基本过程,具备交换机的所有基本功能。该设计采用单片机、网络交换芯片和用户接口芯片,以单片机为微控制中心实现通信系统的呼叫、应答、处理,话路连接和拆线功能。该系统既可用作数字交换演示的实例,同时也是一台可用于实际
7、的小型数字交换机,可以进行分机内部通话。 1.2. 系统的可行性分析1.2.1. 总体设计分析程控电话交换机的具体要求:(1)可实现双向通话功能;(2)具备信号音,忙音等信号发生器(3)可以实现双音频拨号音的识别;(4)具有电话机振铃功能;(5)能完成电话线路的空分交换;(6)可以提供电话馈电所需要的-48v电源;因此此设计所必须的模块如下:(1) SLIC用户线接口模块;(2) 信号音发生模块;(3) DTMF双音频识别模块;(4) 电话交换模块;(5) 控制模块;1.2.2. 模块功能简介(1) SLIC用户线接口模块用户线接口模块是交换机与电话机的连接部分,根据用户电话机的不同类型,可以
8、区分为数字用户接口模块和模拟用户接口模块。在实际应用中电话交换机用户电路的功能可以总结为BORSCHT这七个功能。具体如下:a. 馈电(B)交换机中的馈电电路要向主、被叫用户提供通话所需的直流电压。馈电电压一般规定为-48v,环路电流不小于18mA,如果用户线距离过长,可以适当提高和电压。b. 过压保护(O)用户线一般架设在室外,可能受到雷电的袭击或者受到高压电路的影响。高压进入电话交换机内部会是交换机损坏,因此交换机要防止过压过流进入交换机内部。c. 振铃控制(R)铃流信号为90v的交流信号,在振铃控制信息控制下由用户电路输送给用户话机,被叫用户摘机后应停止输送铃流信号。d. 监视(S)此功
9、能用于检测用户摘挂机、电话机发出的拨号信号并送往控制的交换网络以及用户的话路状态。e. 编译码和滤波(C)编译码器的功能是完成模拟信号以及数字信号的相互转换,通常采用PCM编码器(coder)和译码器(decoder)组成。编码器实现模拟信号变为数字信号,译码器实现数字信号变为模拟信号.,它们统称为codec。PCM的编码速率为64kbit/s/。f. 混合电路(H)用于实现二线和四线的转换。用户的模拟信号是二线双向信号,PCM信号为四线单向,因此需要混合电路进行二线/四线的转换。过去由混合线圈实现,现在改为集成电路。g. 测试(T)对用户线进行测试。(2) 信号音发生模块信号音的种类有很多,
10、我国常用的信号音均采用450HZ单频信号,通过不同的信号断续时间产生如拨号音、忙音以及回铃音信号。拨号音为连续的450HZ信号,忙音为0.35s通0.35s断的信号,回铃音为1s通4s断的5s连续450HZ信号。(3) DTMF双音频识别模块DTMF为双音多频,有16个信号,是话机与交换机之间的用户信令,用于发送被叫用户号码。由一个高频信号和一个低频信号叠加而成,选用4中取2的方式组成一个组合信号代表一个数字。CCITT的建议,采用的频率为697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz8种组成16个组合,代表10个数字键09和6个功能键*
11、、#、A、B、C、D。(4) 电话交换模块交换网络实现话音的无阻碍传输,数字交换网络使用两种接线器:时间接线器和空间接线器。时间接线器负责时隙交换,空间交换器负责母线交换。本设计采用空分交换网络,空分接线器由电子矩阵组成,使用n输入n输出组成nn个电子接点。空分接线器使用行控制和列控制来控制接点的接通,实现话音的传输。(5) 控制模块控制模块是整个设计的核心部分,控制各模块完成整个呼叫过程。包括整个系统的初始化、摘挂机控制、DTMF信号分析、控制电路信号音等部分。整个系统通过控制模块实现对外部信息的采集、分析与决策。2. 功能模块的设计2.1. 用户线接口模块用户接口模块采用AMD的AM79R
12、70芯片,内部结构见图2-1该芯片是一款功能较强的SLIC芯片。AM79R70提供馈电、过压保护、振铃、监视、混合和测试的功能。 2.1.1. AM79R70的引脚定义AM79R70的引脚定义见图2-2。各个引脚的功能如下:AGND/DGND 模拟地和数字地;A(TIP) 接用户线A(TIP);B2EN 馈电电源的选择端。低电平时使用VBAT2馈电;高电平时使用VBAT1馈电;B(RING) 接用户线B(RING);BGND 电源地;C1C3 控制字输入端,通过此端口选择芯片的工作方式;D1 继电器1的使能端,低电平时有效;D2 继电器2的使能端,低电平时有效;DET() 摘挂机信号输出端,摘
13、机时输出低电平;挂机时输出高电平;E1 DET()信号输出使能端,改脚输入低电平时,可是DET()输出摘挂机信号;HPA A(TIP)端高通滤波电容;HPB B(RING)端高通滤波电容;RD 摘机检测门限调整与滤波;RDC 直流馈电电阻;RDCR 振铃反馈连接点;RINGIN 振铃信号的输入端,需要占空比为50%的方波信号;RSGH 使用VBAT1馈电时,此端口接下拉电阻用来调制开路电压; RSGL 使用VBAT2馈电时,此端口接下拉电阻用来调制开路电压;RSN 模拟语音信号的输入端;RTRIP1 振铃电压门限设置与滤波管脚; 图2-1RTRIP2 振铃电压偏置端;RYE RYOUT1与RY
14、OUT2的发射极输出端;RYOUT1 继电器1开关;RYOUT2 继电器2开关;VBAT1 馈电电源1;VBAT2 馈电电源2;VCC 电源;VNEG 内部-5v电压的返回端;VTX 模拟话音信号的输出端; 图2-2AM79R70工作所需要的的电源有VCC、VEE、VBAT1、VBAT2四种电压。其中VCC为+5v;VEE为-5v,此电压已有芯片内部负电压调整器得到,并通过VNEG引脚作为输出端;VBAT1的输入范围为-40v-67v,一般用-48v,VBAT2的电压幅度范围为-19v-48V。芯片的馈电选择由B2EN端控制,当B2EN为高电平时选择VBAT1作为馈电;当B2EN为低电平时选择
15、VBAT2作为馈电。在实际应用中可以只选用VBAT1,此设计使用-48v电压。2.1.2. AM79R70 的工作方式AM79R70的工作方式由C1C3控制字输入端决定,具体的工作方式选择见表2-1。当C3C2C1为000时,话机处于开路状态,话机不工作;当C3C2C1为001时,话机为振铃状态,将RINGIN脚的方波信号经内部铃流放大电路通过B(RING)脚输送给话机;当C3C2C1为010时话机处于正常工作状态,此时话机话音信号可以通过芯片送至交换网络。DET()为摘挂机信号输出端,低电平话机处于摘机状态;高电平话机处于挂机状态。振铃所需的信号为1.5v电压25HZ的方波信号,由RINGI
16、N脚输入。 表2-1两个话机的具体工作状态如下:当话机a摘机时,与之相连的 AM79R70芯片DET()脚会输出低电平,控制模块扫描到电压改变后会识别出话机a已经摘机。控制模块会向相应的AM79R70芯片的控制端C3C2C1写入工作状态控制字010此使 AM79R70处于正常工作状态,既通话状态。同时控制模块会对话机的基本信息进行检测(如话机的编号、是否具有拨号权限等)如果话机通过检查则向用户发送拨号音并启动DTMF双音频识别模块以及交换模块。此时话机的话音信号会同过交换网络输送至DTMF解码芯片并解出拨出的号码并定位到被叫话机。如果被叫话机存在,控制模块会向与被叫相连的AM79R70的控制端
17、 C3C2C1输出001以使得对应的 AM79R70处于振铃状态 。在振铃状态下 AM79R70将铃流信号通过RINGIN 脚输入到AM79R70内部的铃流放大电路中将输入的铃流信号进行放大通过电话线接口输出到用户话机使电话机振铃。当话机b摘机后与之相连的 AM79R70芯片DET()脚会输出低电平,以向控制模块指示话机b已经摘机 。此后控制模块向话机b的AM79R70控制端C3C2C1输出010使AM79R70处于工作状态。此时话机b的话音信号可以输送到交换网络并且电话机停止振铃 ,这样话机a与话机b之间就可以建立一条通路,就可以进行正常的话音传输。2.1.3. AM79R70的应用AM79
18、R70的应用电路见图2-3。图中TIP和RING引脚接至电话机;BAT1接-48v电压,0v电压参考点为BGND、AGND、DGND三点相连;VCC接+5v,VNEG为-5v反馈输出点,悬空;VTX和RSN分别为模拟语音信号的输出和输入端,接至交换网络;B2EN、C1、C2、C3、E1、DET()接至控制模块,其余控制引脚悬空;RINGIN脚接铃流信号;需要注意的是:电路中存在较高的电压(VBAT1、TIP、RING脚),在选用元件时要考虑元件的耐压范围。 图2-32.2. 信号音发生模块信号音发生模块的主要功能是产生450HZ的信号音以及AM79R79芯片所需的25HZ方波信号。450HZ信
19、号采用NE555芯片组成RC多谐振荡电路产生。LM358用于产生25HZ方波信号。2.2.1. NE555简介NE555的引脚图见图2-4。1脚(接地点) 连接至电路公共接地端; 2脚(触发输入端) 触发信号输入使NE555启动时间周期。触发信号的上缘电压必须大于2/3VCC,下缘电压必须低于1/3VCC ;3脚(输出端) 当NE555启动时间周期次脚为信号输出端,信号为比VCC低1.7v的高电平信号,高电平的最大输出电流约为200mA。当NE555时间周期截止后输出0v低电平信号; 4脚(强制复位端) 此脚输入低电平时会使NE555复位,并且输出脚输出低电平。通常此脚接至高电平或悬空; 5脚
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