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1、吉林建筑大学电气与计算机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系统的设计 专业班级： 电子信息工程 121 学生姓名： 学 号： 指导教师： 设计时间： 2015.12.282016.01.08 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单片机控制的小型程控空分交换系统。程控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。控制器执行交换机的控制面功能需要多种接口，以实现相应的适配功能。根据交换机制式和应用环境的不同，用户电路也有多种类型，对于程控数字交换机来说，目前主要有
2、与模拟话机连接的模拟用户线电路及与数字话机，数据终端(或终端适配器)连接的数字用户线电路。 本次设计的程控空分交换系统是利用空分交换芯片MT8816、双音多频芯片MT8870、AT89S52单片机以及外围电路组成。详细介绍了 MT8816以及MT8870芯片的工作原理，给出单片机主控模块、双音多频检测模块、数码管显示等模块电路图及工作原理，电路的设计思路清晰，性能稳定满足了设计的基本要求。关键词: 程控交换；双音多频编解码；单片机AT89S52；数码管显示目录一、 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24.1程控交换机工作原理24.2程控交换机程序流程24.3 D
3、TMF发送器的原理与构成3五、硬件系统框图4六、硬件系统设计56.1 设计思路56.2 器件介绍56.2.1单片机主控芯片介绍56.2.2 MT8816芯片的介绍76.2.3 MT8870芯片的介绍96.3 单元电路106.3.1上电复位电路106.3.2上电指示灯电路116.3.3 晶振电路116.3.4 电源电路116.3.5 数码显示电路126.3.6 解码电路136.3.7 交换网络电路146.4 器件清单15七、系统软件设计167.1 软件设计思路167.2 程序流程图16八、心得体会17九、参考文献18附录I（电路原理图）19附录II（源程序）20I一、 设计的作用、目的课程设计是
4、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
5、.1程控交换机工作原理本课程设计是依据程控交换原理设计的微型空分交换系统。其基本工作原理：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数码管显示,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,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
6、启动通话计时。程序设计思路是根据程控交换机工作过程而制定的, 采用分时控制, 充分利用CPU 资源, 实现程控交换机功能： (1) 内部分机间通话:拨打内部分机需先按Flash 键,听到内线拨号音后,再输入分机号码18。如听到忙音, 说明线路在“忙”或被叫分机未挂机。当任何一根外线被占用为内部分机间通话时, 为保证外线来电优先接通。此时CPU将内部通话分机调度到其它空线上或向占线分机发送“嘟嘟”提示音。 (2) 拨号:打外线电话时,摘机后听到外线拨号音,直接拨号即可,也可按重拨键重拨。直拨外线时,先挂A线,后挂B线。若外线忙时, 则直接挂内线, CPU发送内线拨号音; 若无空线, 则送忙音。
7、(3) 还有另外有以下几种情况:主叫方不挂机,被叫方摘机主叫方和被叫方建立征询通话时,外线听回铃音。当主叫方或被叫方中有一方挂机后, 另一方将与外线继续通话;双方均不挂机, 且有一方拨“#”号后,则三机共线构成三方通话。三方通话时,只有当二只分机全部挂机后才结束本次服务。主叫方不挂机, 被叫方不摘机在被叫方响六声铃内仍不摘机时, 被叫方停止振铃,主叫方重新接通外线。主叫方挂机, 被叫方摘机在主叫方拨打被叫方后挂机, 被叫方摘机后接入外线通话，长途加锁设置程控交换机上电时, 全部分机处于长途加锁状态也可设置密码,任一分机解锁使用 。4.2 程控交换机程序流程 根据程控交换机功能, 整个程序分成初
8、始化、摘机处理、按键处理、挂机处理、外线来电处理、振铃处理和定时器处理七个模块, 初始化模块主要是定义常数变量、变量单元、位标志、中断设置、定时器设置/启动分机工作初始状态等。 摘机处理模块主要判别是外线来电摘机、内线来电摘机还是要拨打外线或内线电话。挂机处理模块比较复杂, 既有内外线通话结束挂机, 又有内外线通话中止挂机, 还有三方通话主叫机挂机或从叫机挂机, 其它有中止拨打外线内线挂机、1号分机功能设置完毕挂机等。外线来电处理模块查询外线有否来电, 若来电, 还要判别本外线是否被内线占用; 占用的话, 则要将该绳路调度到其它绳路去; 无空绳路时, 则要给占用本绳路的分机发送“嘟嘟”声, 提
9、示用户有外线来电。振铃处理模块是在发生摘/挂机和拨号呼叫后, 产生相应的分机振铃声、内线拨号音、回音铃、忙音和证实音及振铃时间到后处理等等。根据交换机制式和应用环境的不同，用户电路也有多种类型，对于程控数字交换机来说，目前主要有与模拟话机连接的模拟用户线电路及与数字话机，终端适配器连接的数字用户线电路。4.3 DTMF发送器的原理与构成典型DTMF发送器原理图与结构如图4.1所示：图4.1混合电路图 （1）晶体振荡器：外接晶体（通常采用3.5795Hz）与片内电路构成振荡器，经分频产生参考信号。 （2）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
10、，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频率必然对应于时钟的速率和按键号码。 （3）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。 （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，如上图所示。五、硬件系统框图本次设计系统框图如图5.1所示：MCU 单 片 机 主 控数码管显示 解码电路 交换网络电路图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
11、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。 解码电路是主要由MT8870多音视频芯片构成，它是双列直插解码芯片。MT8870的STD接单片机的INTO,当STD电平由低变高时引起单片机中断读取电话号码。交换网络电路电子接线器是空分交换网络的核心部件,我们采用MT8816来完成通话双方线路的接续。MT8816芯片是S X 16的模拟开关阵列,8路列输人/输出(YO一Y7)和1 6路行输人/
12、输出(XO一X15)形成模拟交换矩阵,芯片有保持电路,可保持任一交叉点处于接通状态,直至接收到复原信号为止,其引脚如图4所示。单片机的PO口通过列地址线AYOAYZ和行地址线AXOAX3控制列线与行线选择需要接通的交叉点(例如,要接通YO和Xl间的交叉点需向AYOAYZ送000,向AXOAX3送1000)。DATA为交叉点开关控制位,高电平时交叉点开关连通相反则断 开。RST为复位信号输人,高电平时全部开关均置于截止状态。STB为选通脉冲输人,单片机送人列、行地址码后还必须给STB端送一脉冲信号同时DATA置高电平,才能使MT8816完成接续工作,MT8816拆线复原的过程与接续过程类似,此时
13、只须将DATA置低电平即可。数码管显示电路是由74HC595是一款BCD码转端为7段输出的集成电路芯片，利用它可以直接驱动共阳极的7段数码管。74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。74HC595芯片驱动数码管显示不同的数。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
14、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，AT89S52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 器件介绍6.2.1单片机主控芯片介绍AT89S52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89S52是此系统的最佳选择。单片机控制模块的作用是控制各单元电路的运行并完成数据的换算或处理，主要由单片机、时钟电路、复位电路组成。单片机引脚图如图6.1所示：图6.1单片机引脚图
