《程控交换技术》实验指导书.docx
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《程控交换技术》实验指导书
《程控交换技术》
实验指导书
桂林理工大学博文管理学院
信息工程学院
RZ8681现代通信实验平台介绍
RZ8681现代通信技术配备的“程控交换模块”能完成基本的空分时分交换原理与开发实验，模块内置两路（左上角号码为48、左下角为号码为49）、呼叫接续控制单元（AVR单片机）、时分交换单元（MT8980）、空分交换单元（MC4066）、时分中继单元（CPLD）、时分交换开发单元（AT89C51）组成。
电话接口单元，完成电话接口的七大功能：
馈电、过压保护、二四线变换、振铃、摘挂机检测、双音多频检测、PCM编译码；
呼叫接续控制单元（AVR单片机）：
判别话机状态，根据主被叫话机所处状态确定给话机送不同信号音（拔号音、忙音、回铃音、催挂音、振铃），及给交换单元送接续成功的交换命令；
时分交换单元（MT8980）：
MT8980是一个顺序输入控制输出的T型接线器，能根据交换命令实现时分交换；
空分交换单元（MC4066）：
空分交换实际上是由模拟开关组面的交换矩阵，这里用的是MC4066；
时分中继单元（CPLD）：
时分中继是将多路PCM数据和信令数据时分复用后在一条线路上传输，本模块的CPLD完成时分复用时分交换等功能；
时分交换开发单元（AT89C51）组成：
AT89C51完成时分T型接线器MT8980的交换控制，在原理实验时接收AVR单片机交换命令，通过对MT8980接续寄存器和控制寄存器的写命令实现时分交换；在开发实验时，接收AVR发来的学生开发程序并存于其外部RAM中，通过控制命令运行并验证开发程序。
实验1电话用户接口模块实验
一、实验目的
1．全面了解用户线接口电路功能（BORST）的作用及其实现方法；
2．通过对用户模块电路PBL38614电路学习与实验，进一步加深对BORST功能的理解。
二、实验仪器
1．程控交换实验模块（包含四个子模块），位号：
EFHI
2．20M双踪示波器1台
三、电路工作原理
（一）基础原理介绍
用户电路也可称为用户线接口电路（SubscriberLineInterfaceCircuit—SLIC）。
任何交换机都具有用户线接口电路。
根据用户电话机的不同类型，用户线接口电路（SLIC）分为模拟用户接口电路和数字用户接口电路两种。
模拟用户线接口电路在实现上的最大压力是应能承受馈电、铃流和外界干扰等高压大电流的冲击，过去都是采用晶体管、变压器（或混合线圈）、继电器等分立元件构成。
在实际中，基于实现和应用上的考虑，通常将BORSHCT功能中过压保护由外接元器件完成，编解码器部分另单成一体，集成为编解码器（CODEC），其余功能由集成模拟SLIC完成。
在程控交换机中，向用户馈电，向用户振铃等功能都是在绳路中实现的，馈电电压一般是-60V，用户的馈电电流一般是20mA～30mA，铃流是25Hz,90V左右，而在程控交换机中，由于交换网络处理的是数字信息，无法向用户馈电、振铃等，所以向用户馈电、振铃等任务就由用户线接口电路来承担完成，再加上其它一些要求，程控交换机中的用户线接口电路一般要具有馈电（B），振铃（R）、监视（S）、编译码（C）、混合（H）、测试（T）、过压保护（O）等七项基本功能。
图1-1为模拟用户线接口功能框图。
模拟用户线接口电路的功能可以归纳为BORSCHT七种功能，具体含义是：
（1）馈电（B-Batteryfeeling）向用户话机送直流电流。
通常要求馈电电压为—48伏或—24伏，环路电流不小于18mA.
（2）过压保护（O—Overvoltageprotection）防止过压过流冲击和损坏电路、设备。
（3）振铃控制（R—RingingControl）向用户话机馈送铃流，通常为25Hz/90Vrms正弦波。
（4）监视（S-Supervision）监视用户线的状态，检测话机摘机、挂机与拨号脉冲等信号以送往控制网络和交换网络。
（5）编解码与滤波（C-CODEC/Filter）在数字交换中,它完成模拟话音与数字码间的转换。
通常采用PCM编码器（Coder）与解码器（Decoder）来完成,，统称为CODEC。
相应的防混叠与平滑低通滤波器占有话路（300Hz-3400Hz）带宽，编码速率为64kb/s。
本功能将在实验6中详细介绍。
（6）混合（H—Hyhird）完成二线与四线的转换功能，即实现用户二线双向信号与发送，接收支路四线单向信号之间的连接。
过去这种功能由混合线圈实现，现在改为集成电路，因此称为“混合电路”。
本功能将在实验8中详细介绍。
（7）测试（T—Test）对用户电路进行测试。
b
用户线
状态信号
测试总线
振铃控制信号
PBL38614TP3057
图1-1模拟用户线接口功能框图
（二）用户电路组成原理
在本实验系统中，用户线接口电路选用的是PBL38614集成电路。
PBL38614是2/4线厚膜混合用户线接口电路。
它包含向用户话机恒流馈电、向被叫用户话机馈送铃流、用户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，用户线是否有话机的识别，语音信号的2/4线混合转换，外接振铃继电器驱动输出。
PBL38614用户电路的双向传输衰耗均为﹣1dB，供电电源为+5V和﹣5V，PBL38614还将输入的铃流信号放大以达到电话振铃工作的要求，即达到+75V的有效值。
其各项性能指标符合邮电部制定的有关标准。
（1）该电路的基本特性
1．向用户馈送铃流
2．向用户恒流馈电
3．过压过流保护
4．被叫用户摘机自截铃
5．摘挂机检测和LED显示
6．音频或脉冲拨号检测
7．振铃继电器驱动输出
8．语音信号的2/4线转换
9．能识别是否有话机
10．无需耦合变压器
（2）用户线接口电路主要功能
振铃控制
电话接口
图1-2PBL38614内部电路方框图
图1-2是PBL38614内部电路方框图。
图1-3是用户线接口电路电原理图。
图1-3中，TP01、TP02为二线信号测试点，TP05是四线发信号，TP06是四线收信号，TP03是摘机信号测试点低电平有效，TP04为振铃控制信号测试点高电平有效。
信号音和语音接通与否由电子开关U05（CD4066）控制。
电子开关控制信号分别为SELA0、SELA1，高电平时对应的信号接通，低电平时对应的信号断开。
图1-3用户线接口电路电原理图
1．PBL38614内部具有过压保护的功能，可以抵抗保护TIPRING端口间的瞬时高压，如结合外部的热敏与压敏电阻保护电路，则可抵抗保护250V左右高压。
2．监视用户线的状态变化即检测摘挂机信号，具体如下：
A用户挂机时，用户状态检测输出端输出高电平，以向CPU中央集中控制系统表示用户“闲”；
B用户摘机时，用户状态检测输出端输出低电平，以向CPU中央集中控制系统表示用户“忙”；
C用户若拨电话号码为脉冲拨号方式时，该用户状态输出端应能送出拨号数字脉冲。
回路断开时，送出低电平，回路接通时送出高电平（注：
本实验系统不选用脉冲拨号方式，只采用DTMF双音多频拨号方式）；
3．在TIPRING端口间传输的语音信号为对地平衡的双向语音信号，在四线VR端与VX端传输的信号为收发分开的不平衡语音信号。
PBL38614可以进行TIPRING端口与四线VR端和VX端间语音信号的双向传输和2/4线混合转换。
4．PBL38614可以提供用户线短路保护：
TIP线与RING线间，TIP线与地间，RING线与地间的长时间的短路对器件都不会损坏。
5．PBL38614提供的双向语音信号的传输衰耗均为－40dB。
该传输衰耗可以通过PBL38614用户电路的内部调整，也可通过外部电路调整
6．PBL38614的四线端口可供语音信号编译码器或交换矩阵使用。
四、实验内容及说明
1.查找芯片PBL38614的详细资料，了解其主要性能和特点。
2.熟悉用PBL38614组成的用户线接口电路。
3.测量点说明：
TP01：
PBL38614芯片的二线信号发送端；
TP02：
PBL38614芯片的二线信号接收端。
五、实验步骤
1．打开实验箱右侧的总电源开关，程控交换实验模块（包含四个子模块）;
2．实验平台大底板上的“用户电话A”接上电话单机；
3.电话摘机，并按键或讲话；
4.用示波器分别观测TP01、TP02、TP03、TP04，TP05、TP06，具体如下：
TP01、TP02：
电话A用户的二线模拟线上测试点。
TP01接入PBL38614芯片的TIPX端；TP02接入PBL38614芯片RINGX端；
注意此部分测试与其它地方不一样，示波器的地线夹子接其中一个测试点，探头接另外一个测试点。
此时，双踪示波器的另一个测试探头地线夹子不可接其它地线测试点（GND），因为示波器两探头的地线是连通在一起的；
六、实验报告要求
1．画出本次实验的电路方框图，叙述其工作过程。
2．通过测试说明二线信号和四线信号区别；
3．根据实验概括叙述用户接口电路的主要功能。
实验2电话用户信令的产生与观测实验
一、实验目的
1．了解常用的几种信令信号音和铃流发生器的电路组成和工作过程；
2．熟悉这些信号音和铃流信号的技术要求及测量方法。
二、实验仪器
1．程控交换实验模块（包含四个子模块），位号：
EFHI
2．20M双踪示波器1台
三、电路工作过程
在用户话机与交换机之间的用户线上，要沿两个方向传递语言信息。
但是，为了实现一次通话，还必须沿两个方向传送所需的控制信号。
比如，当用户想要通话时，必须首先向程控机提供一个信号，能让交换机识别并使之准备好有关设备，此外，还要把指明呼叫的目的地的信号发往交换机。
当用户想要结束通话时，也必须向电信局交换机提供一个信号，以释放通话期间所使用的设备。
除了用户要向交换机传送信号之外，还需要传送相反方向的信号，如交换机要向用户传送关于交换机设备状况，以及被叫用户状态的信号。
由此可见，一个完整电话通信系统，除了交换系统和传输系统外，还应有信令系统。
用户向电信局交换机发送的信号有用户状态信号（一般为直流信号）和号码信号（地址信号）。
交换机向用户发送的信号有各种可闻信号与振铃信号（铃流）两种。
A．各种可闻信号：
一般采用频率为500Hz的方波信号，例如：
拨号音：
（Dialtone）连续发送的500Hz信号。
回铃音：
（Echotone）1秒送，4秒断的5秒断续的500Hz信号。
忙音：
（busytone）0.35秒送，0.35秒断的0.7秒断续的500Hz信号。
B．振铃信号（铃流）：
一般采用频率为25Hz，幅度为75V±15V的交流电压，以1秒送，4秒断的5秒断续方式发送。
在本实验系统中，CPLD可编程器件EPM240用作程控交换系统的交换/控制模块与各种信号产生模块，简称信令信号产生单元。
其内部逻辑组成框图如图2-1所示。
EPM240在系统编程时，无需专门的编程器，器件安装在系统中后，用户可以在不改变电路结构或电路板硬件设置的情况下，不必拔出芯片即可为重构逻辑而对芯片进行编程或重新编程。
这将使设计修改更加方便，逻辑功能更加灵活，编程更加快捷。
通过对CPLD器件EMP240进行编程，产生程控交换所需各种用户信令信号的输出，加电即运行。
CPLD可编程器件输出的信令及控制信号（请参见图1-3用户线接口电路电原理图）
1．用户信令选择控制信号,如SELA0-3,SELB0-3。
2．拨号音信号（Dialsignal）
3．回铃音信号（Echosignal）
4．忙音信号（Busysignal）
5．铃流信号（Ringsignal）
6．振铃通断控制信号CA,CB,CC,CD
7.其它工作时钟及片选信号
主处理器（7U05）接口
摘挂机控制
PCM定时
时分交换模块
（7U06）控制与定时
话音、信号音
切换控制
信号音产生
图2-1CPLD可编程器件内部框图
关于信令信号的波形可见图2-2波形示意图：
拨号音：
由U21EPM570可编程器件产生，频率为500Hz，幅度在1V左右。
测量点为“拨号音”，测量时注意示波器的扫描周期的调节。
忙音：
由U21EPM570可编程器件产生，为0.35秒通，0.35秒断的重复周期为0.7S的500Hz的信号，幅度在1V左右。
测量点为“忙音”，测量时注意示波器的扫描周期的调节。
回铃音：
由U21EPM570可编程器件产生，为1秒通、4秒断的重复周期为5秒的信号，幅度在1V左右。
测量为“回铃音”。
测量时注意示波器的扫描周期的调节。
振铃音：
由U21EPM570可编程器件产生的25Hz方波经RC积分电路后形成，它的测量点为“振铃音”，测量时注意示波器的扫描周期的调节。
0
拨号音
0
0.35s
图2-2各测量点波形图示意图
四、实验内容及说明
1．用示波器测量各测量点拨号音、忙音、回铃音及铃流控制信号的波形。
五、实验步骤
1．打开实验箱右侧的总电源开关，程控交换实验模块（包含四个子模块）;
2．调整好示波器状态，先分别测量拨号音、忙音、回铃音及振铃各测量点的波形，了解各点波形的特征；
3．在实验模块上接上电话A和电话B。
4．下面我们将把上列CPLD产生的各信令信号波形与电话呼叫时具体信号音进行对比实验，让学生对这些信号特征有个感性的认识；
5．电话A摘机，听电话听筒中传出的声音，即拨号音，对照测量1VR点波形（此时情况同拔号音），记录并画出波形的示意图；
7．电话A拨号49，拨号音停，然后听电话听筒中传出的声音，即回铃音，对照测量TP06点波形（此时情况同回铃音），记录并画出波形的示意图；
8．此时，电话B端的振铃指示灯开始闪烁，此信号振铃信号功率较大，不要求测量；
9．当电话A摘机后超过20秒无拨号、拨空号或电话B忙（已摘机）等，此时听电话A听筒中传出的声音，即忙音，对照测量1VR点波形（此时情况同忙音），记录并画出波形的示意图；
10．更换电话B进行实验，实验步骤与上同，对应的测试点为2VR。
六、实验报告要求
1．认真画出实验过程各测量点波形。
2．对各测量点特性进行分析，熟悉他们之间的区别和各自的作用。
3．思考在CPLD中产生上述信号的方法。
实验3双音多频（DTMF）接收与检测实验
一、实验目的
1．观测电话机发送的DTMF信号波形；
2．了解电话号码双音多频信号在程控交换系统中的接收和检测方法；
3．熟悉该电路的组成结构及工作过程。
二、实验仪器
1．程控交换实验模块（包含四个子模块），位号：
EFHI
2．20M双踪示波器1台
三、实验电路工作过程
DTMF接收器包括DTMF分组滤波器和DTMF译码器，其基本原理如图3-1所示。
DTMF接收器先经高、低群带通滤器进行fL/fH区分，然后过零检测、比较，得到相应于DTMF的两路fL、fH信号输出。
该两路信号经译码、锁存、缓冲，恢复成对应于16种DTMF信号音对的4比特二进制码（D1～D4）。
D1
D2
D3
D4
VDD
18
图3-1典型DTMF接收器原理框图
图3-2MT8870芯片管脚排列
在本实验系统电路中，DTMF接收器采用的是MT8870芯片。
图3-2为管脚排列图。
1．电路的基本特性
（1）提供DTMF信号分离滤波和译码功能，输出相应16种DTMF频率组合的4位
并行二进制码。
（2）可外接3.5795MHz晶体，与内含振荡器产生基准频率信号。
（3）具有抑制拨号音和模拟信号输入增益可调的能力。
（4）二进制码为三态输出。
（4）提供基准电压（VDD\2）输出。
（5）电源+5V
（6）功耗15mw
（7）工艺CMOS
（8）封装18引线双列直插
2．管脚简要说明
IN+，IN-运放同、反相输入端，模拟信号或DTMF信号从此端输入。
FB运放输出端，外接反馈电阻可调节输入放大器的增益。
VREF基准电压输出。
IC内部连接端，应接地。
OSC1，OSC0振荡器输入、输出端，两端外接3.5795MHz晶体。
EN数据输出允许端，若为高电平输入，即允许D01～D04输出，若为低电平输入，则禁止D01～D04输出。
D01～D04数据输出，它是相应于16种DTMF信号（高，低单音组合）的4位
二进制并行码，为三态缓冲输出。
CI\GT控制输入，若此输入电压高于门限值VTSt，则电路将接收DTMF单
音对，并锁存相应码字于输出，若输入电压低于VTSt，则电路不接
收新的单音对。
EC0初始控制输出，若电路检测出一可识别的单音对，则此端即变为高
电平，若无输入信号或连续失真，则EC0返回低电平。
CID延迟控制输出，当一有效单音对被接收，CI超过VTSt，输出锁存器
被更新，则CID为高电平，若CI低于VTSt，则CID返至低电平。
VDD接正电源，通常接+5V。
VSS接负电源，通常接地。
3．电路的基本工作原理
它完成典型DTMF接收器的主要功能：
输入信号的高，低频组带通滤波、限幅、频率检测与确认、译码、锁存与缓冲输出及振荡，监测等，具体说来，就是DTMF信号从芯片的输入端输入，经过输入运放和拨号音抑制滤波器进行滤波后，分两路分别进入高，低频组滤波器以分离检测出高、低频组信号。
如果高，低频组信号同时被检测出来，便在EC0输出高电平作为有效检测DTMF信号的标志；如果DTMF信号消失，则EC0即返至低电平，与此同时，EC0通过外接R向C充电，得到CI，GT。
若经tGTP延时后,CI、GT电压高于门限值VTst时，产生内部标志，这样，该电路在出现EC0标志时，将证实后的两单音送往译码器，变成4比特码字并送到输出锁存器，而CI标志出现时，则该码字送到三态输出端D01～D04，另外，CI信号经形成和延时，从CID端输出，提供一选通脉冲，表明该码字已被接收和输出已被更新，如若积分电压降到门限VTst以下，使CID也回到低电平。
MT8870的译码表见3-1所示，图3-3为双音多频实验系统的电原理框图。
其中，数据输出允许端EN测量点为EN。
表3-1MT8870译码表
fL（Hz）
fH（Hz）
NO.
EN
D04
D03
D02
D01
697
1209
1
H
L
L
L
H
697
1336
2
H
L
L
H
L
697
1477
3
H
L
L
H
H
770
1209
4
H
L
H
L
L
770
1336
5
H
L
H
L
H
770
1477
6
H
L
H
H
L
852
1209
7
H
L
H
H
H
852
1336
8
H
H
L
L
L
852
1477
9
H
H
L
L
H
941
1336
0
H
H
L
H
L
941
1209
*
H
H
L
H
H
941
1477
#
H
H
H
L
L
697
1633
A
H
H
H
L
H
770
1633
B
H
H
H
H
L
852
1633
C
H
H
H
H
H
941
1633
D
H
L
L
L
L
L
Z
Z
Z
Z
需要指出，本实验系统采用一片MT8870芯片对两路用户电路进行号码检测接入（资源共享方式），为了不影响电路的正常工作，则由模拟开关来接通或断开DTMF信号，模拟开关的第二个作用是它对非拨号状态下的话音信号进行隔离，阻止话音信号进入MT8870芯片，防止误动作的发生。
在实际应用中，一片MT8870可以至多接入检测16路用户电路的DTMF信号，此时，采取排队等待方式进行工作。
当然，在具体设计这方面的电路时，可要全面考虑电路的设计，使之能正常工作而不出现漏检测现象。
开关2
图3-3双音多频实验系统的电原理框
四、实验内容及说明
1．用示波器观察并测量发送DTMF信号的波形。
2．用示波器观察DTMF接收器译码数据输出允许端EN的测量点，拨号时注意其相应允许端的电平变化。
3.测量点说明：
TP13：
DTMF接收器译码数据输出允许端EN的信号，高电平有效；
TP05铆孔：
A路电话双音多频信号输出；
TP09铆孔：
B路电话双音多频信号输出。
五、实验步骤
1．打开实验箱右侧的总电源开关，程控交换实验模块（包含四个子模块）;
2．将示波器一通道放在1VT连接铆孔上，即测量发送的DTMF信号的波形；另一通道放在EN上，即测量DTMF接收器译码数据输出允许端EN的信号波形（注意需选择DC直流档和2V档；只有正常摘机拨号时，MT8870才工作）；
3．将电话A用户摘机，听到拨号音后开始拨打对方号码，即按49键，拨号时注意EN波形的电平变化（即通知系统中的记发器模块接收DTMF系统输出的译码数据）；
4．此时，电话B端的振铃指示灯开始闪烁，B路摘机；
5．拨电话A上的任意键，此时注意观察1VT连接铆孔的波形，即电话A发送的DTMF信号的波形（此时EN的波形应始终为低电平）；
6．长按电话A的“1”键不放，调整好示波器，观察1VT连接铆孔的波形，即两个不同频率的正弦波的叠加波形（具体参数可见表3-1MT8870译码表）；
六、实验报告要求
1．分析并叙述电话号码双音多频信号频率组成和工作原理。
2．了解DTMF接收器的工作原理，画出其原理框图，简要叙述工作过程。
实验4呼叫处理与线路信号的传输过程实验
一、实验目的
1．熟悉一次正常呼叫的传送信号流程；
2．了解信号在交换过程中的传输特性。
二、实验仪器
1．程控交换实验模块（包含四个子模块），位号：
EFHI
2．20M双踪示波器1台
三、信号工作流程
图5-1为一次正常呼叫传送信号流程图，图5-2是一次正常呼叫状态分析图。
摘机
图5-1一次正常呼叫传送信号的流程图
锁定状态
图5-2一次正常呼叫状态分析图
四、实验内容及说明
1．根据一次正常呼叫的传送信号流程，测量线路有关测量点波形。
2．了解在交换过程中各种信号流程。
3.测量点说明：
1VT：
电话A发送的话音信号；
DETA：
电话A摘挂机检测信号；
EN：
DTMF接收器译码数据输出允许端EN的信号，高电平有效；
五、实验步骤
1．打开实验箱右侧的总电源开关，程控交换实验模块（包含四个子模块）;
2．电话A摘机，此时主叫摘机信号（DETA）通知记发器单元做好呼叫通话的一切准备，用户接口电路给电话A送上-12V直流电平，同时，记发器单元给电话A送上拨号音信号（1VR）；
3．电话A拨号49，号码信号（1VT）传送到DTMF接收器进行译码，拨号允许信号电平从低到高跳变（EN）,同时在拨第一个号码时就通知记发器单元停止送拨号音信令信号；
4．电话A拨号完毕并且被叫用户空闲，记发器单元给电话A送回铃音信号（1VR），同时给被呼叫方B振铃信号；
7．被叫方电话B摘机，应答摘机信号（DETB）通知记发器单元。
此时，电话A的回铃音和电话B的振铃信号结束,通信进行；
8．被叫方电话B挂机，通
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