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现代交换原理

实验1交换系统组成与结构

一、交换系统总体介绍

图1-1是程控交换实验系统方框图，图1-2是程控交换实验系统结构图。

图1-1交换系统方框图

图1-2RZ8623程控交换实验系统结构图

程控交换系统由14个电路模块组成，各模块的组成及主要作用如下：

1.模块1～4：

模块1～4分别是电话机甲

（一）、甲

（二）、乙

（一）、乙

（二）的用户线接口电路和PCM编译码电路。

具体叙述如下：

（1）PBL38710用来实现二/四线变换，摘挂机检出，铃流驱动和用户话机接口等功能；

（2）TP3067主要实现PCM编译码功能；

（3）MT8870（甲方或乙方的两个话机合用一片）用来接收双音多频信号，把检测到的

被叫用户电话号码，送给记发器CPU以便控制交换网络接通被叫用户话路。

2.模块5：

模块5是中央处理器电路，主要由U102（AT89C51）组成，完成键盘扫描和液晶显示、工作状态指示与显示、交换命令的转接和控制接收学生的下载程序。

3.模块6：

模块6是CPLD可编程模块（U101），它产生并输出下列信号：

（1）500Hz连续方波（即拨号音信号）

（2）忙音脉冲，即0.35秒通、0.35秒断的周期方波

（3）回铃音脉冲，即1秒通、4秒断的周期方波

（4）25Hz周期方波（振铃信号）

（5）PCM编译码器的时钟信号电路，它提供四片TP3067所需的2048KHz及8KHz的时钟脉冲。

（6）各接口间的控制信号。

4.模块7：

模块7是交换网络，它包括三大部分：

（1）人工交换网络部分：

主要由S201和M201组成，通过手动设置跳线完成人工交换工作。

（2）空分交换网络部分：

主要由MT8816芯片构成，完成空分路由选通。

（3）数字时分程控交换网络：

主要由MT8980芯片、74HC573及一些外围电路构成。

5.模块8：

模块8是记发器电路：

它是CPU中央处理器及控制检测电路，主要由CPU芯片U101（AT89C51）、CPLD可编程器件EPM7128、锁存器74HC573等组成，它们在系统软件的作用下，完成对话机状态的监视、信号音及铃流输出的控制、电话号码的识别、交换命令发送等功能。

具体叙述如下：

（1）用户状态检测电路：

接收各个用户线接口电路输出的用户状态检测信号DETX（X是话路的序号），可以是A、B、C、D，例如DETA是第一话路的用户状态检测信号（下面文字说明中标号的X含义与此处相同），信号直接送入CPU的P1口，以识别主、被叫用户的摘挂机状态。

（2）信号音控制电路：

主要由单片机U101及4066的电子开关组成，由CPU经EPM7128口输出的拨号音控制信号（SELA1）、忙音控制信号（SELA2）、回铃音控制信号（SELA3）的作用下，分别分时地将上述三种信号通过U305电子开关送入主叫用户。

（3）铃流控制电路：

由上述的单片机U101、EPM7128和用户线接口芯片PBL38710的有关管脚等组成。

自动交换时，在单片机U101作用下，EPM7128口输出的振铃控制信号（RING），铃流音信号送给PBL38710，由PBL38710提升铃流信号电压，使其有效值达到75V左右，送往电话机。

（4）DTMF接收控制电路：

主要由EPM7128可编程器件和CPU的中断端口组成，当8870收到电话号码后，便发出使能信号（12EN或34EN）向CPU申请中断，同时收电话号码数据（DTMFD1～4）送给CPU（U101）和EPM7128进行处理。

6.模块9：

模块9是话路交换控制器电路：

主要由U103、U105、U107、U01及学生二次开发程序U109构成。

7.模块10：

模块10是液晶显示和键盘输入电路：

它们共同完成交换功能选择，对话路交换状态显示、话路时隙设置等功能。

8.模块11：

模块11是工作电源：

分别是-48V、-12V、接地、+5V、+12V。

9.模块12：

模块12是空分中继接口和计算机通信接口：

用于与另一台实验箱或计算机进行通信。

中继接口主要由J103、U101和空分交换模块组成，而计算机通信接口主要由J201、U102和MAX202组成。

10.模块13：

模块13是交换工作状态指示电路：

用来指示系统工作于人工、空分或时分交换工作状态。

11.模块14：

模块14是双音多频检测电路：

由8870芯片及一些外围电路构成，用来接收电话号码数据（DTMFD1～4）送给CPU（U101）和EPM7128进行处理。

二、实验内容

1．熟悉本实验平台的组成与结构。

2．熟悉各组成模块的构成元器件及其完成的作用

3.初步建立程控交换实验系统及电话交换、中继接续通信的概念。

三、实验步骤

1．打开交流电源开关，电源输入电路加电，电源指示灯（发光二极管）亮。

2．按一下薄膜开关的“复位”键，中央处理器复位一次，液晶背景灯闪一下。

3．按“开始”键，进入菜单的主要工作状态选择，分“人工交换”，“空分交换”，“时分交换”，“时分中继”等四种工作方式。

4．移动横向指示箭头，选择“空分交换”方式，按“确认”键。

此时液晶进入呼叫状态显示，“空分”指示灯亮

5.对“甲方一路”与“乙方一路”接上电话单机，正常呼叫。

注意液晶显示及其他一些指示灯的变化，熟悉信令程控交换与话音信号通信交换的全过程。

6．呼叫时，甲方一路电话号码初始值设置为：

48，乙方一路初始值设置为：

68。

注：

本实验平台上的跳线开关设置默认值如下：

所有三脚跳线1-2脚连，如K301、K401、K501、K601等，四脚跳线K303的1-2、3-4脚连，二脚跳线K201的1-2脚连。

空分交换界面如下图：

通话状态下界面如下图：

实验5用户接口模块（主被叫）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PBL38710电路的学习与实验，进一步加深对BORST功能的理解。

二、电路工作过程

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。

在布控交换机中，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B（馈电），R（振铃）、S（监视）、C（编译码）、H（混合）、T（测试）、O（过压保护）七项功能。

图5-1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。

（6）混合（H—Hyhird）完成二线与四线的转换功能，即实现模拟二线双向信号与PCM发送，接收数字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”。

（7）测试（T—Test）对用户电路进行测试。

测试总线

用户线

状态信号

振铃控制信号

模拟

用户线

馈电电源

铃流发生器

（编码信号）

发送码流

接收码流

混合电路

低通

平衡网络

低通

编码器解码器

测试开关

馈电电路

振铃继电器

过压保护电路

PBL38710TP3067

图5-1模拟用户线接口功能框图

用户线接口电路:

在本实验系统中，用户线接口电路选用的是PBL38710。

PBL38710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。

PBL38710用户电路的双向传输衰耗均为﹣1dB，供电电源为+5V和﹣5V，PBL38710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

控制信号1

控制信号2

输入控制译码

状态指示

摘机检测

二/四

线

接

口

电话接口

馈电与平衡电路

语音发送支路

话音通道

传输

语音接收支路

振铃控制

内部电源稳压电路

图5-2PBL38710内部电路方框图

图5-2是PBL38710内部电路方框图。

图5-3是用户线接口电路电原理图。

图5-3用户线接口电路电原理图

（1）向用户话机供电，PBL38710可对用户话机提供恒流馈电，馈电电流由VBAT以及VDD供给。

当环路电阻为2KΩ时，馈电电流为18mA。

具体如下：

A.供电电源VBAT采用-48V；

B.在静态情况下（不振铃、不呼叫），-48V电源通过继电器静合接点至话机；

C.在振铃时，-48V电源通过振铃支路经继电器动合接点至话机；

D.用户挂机时，话机叉簧下压，馈电回路断开，回路无电流流过；

E.用户摘机后，话机叉簧上升，接通馈电回路（在振铃时接通振铃支路）回路。

（2）PBL38710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。

（3）振铃电路可由外部的振铃继电器和用户电路内部的继电器驱动电路以及铃流电源向用户馈送铃流：

当继电器控制端（RC端）输入高电平，继电器驱动输出端（RD端）输出高电平，继电器接通，此时铃流源通过与振铃继电器连接的15端（RV端）经TIPRING端口向被叫用户馈送铃流。

当控制端（RC端）输入低电平或被叫用户摘机都可截除铃流。

用户电路内部提供一振铃继电器感应电压抑制箝位二极管。

（4）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低电平，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高电平，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）；

（5）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。

PBL38710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。

（6）PBL38710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。

（7）PBL38710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PBL38710用户电路的内部调整，也可通过外部电路调整

（8）PBL38710的四线端口可供语音信号编译码器或交换矩阵使用。

三、实验内容

1.了解用户模块PBL38710的主要性能与特点。

2.熟悉用PBL38710组成的用户线接口电路。

3.甲方一路的J301接上电话单机，用示波器分别观测TP301、TP302、TP303在摘挂机时的工作电平，具体如下：

TP301：

电话A用户模块接口输入TIPX端测量点。

TP302：

电话A用户模块接口输出RINGX端的测量点。

TP303：

电话用户模块用户摘挂机工作状态测量点。

用户电话摘机时，输出低电平；用户挂机时，输出高电平。

4.画出本次实验的电路方框图，叙述其工作过程。

摘机状态：

挂机状态：

TP302的摘挂机状态如下图：

摘机状态：

挂机状态：

TP303的摘挂机状态如下图：

摘机状态：

挂机状态：

由示波器可以看出TP303的摘挂机电平相差大约2.8V。

实验7信令信号的产生与观测

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。

二、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。

关于信号的波形可见以下各测量点

拨号音：

由U01EPM7128可编程器件产生，频率为500Hz，幅度在1V左右。

测量点为TP10，测量时注意示波器的扫描周期的调节。

回铃音：

由U01EPM7128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。

测量为TP05，幅度在1V左右。

测量时注意示波器的扫描周期的调节。

忙音：

由U01EPM7128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，测量点为TP11，幅度在1V左右。

测量时注意示波器的扫描周期的调节。

铃流音：

由U01芯片EPM7128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TP06，测量时注意示波器的扫描周期的调节。

铃流信号送入PBL38710后，需要向用户振铃时通过PBL38710的功率提升，向用户送出铃流，完成振铃。

图7-1为它们各测量点的波形图示意图。

TP05

回铃音

TP06

铃流信号

TP10

拨号音

0.35s

TP11

忙音

图7-1各测量点波形图示意图

三、实验内容

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。

2．各测量点说明如下：

TP05：

回铃音信号

TP06：

铃流信号音信号

TP10：

拨号音信号

TP11：

忙音信号

四、实验步骤

1．打开实验箱右侧电源开关，电源指示灯亮，系统工作，薄膜开关按“复位”键；

2．调整好示波器状态，先分别测量TP04、TP05、TP07及TP08各测量点的波形，大致了解各点波形的特征；

3．下面我们将把上列各点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。

电话单机A接到“甲方一路”接口，另一电话单机B接到“甲方二路”接口；

4．摘下电话A，听电话听筒中传出的声音，即拨号音，对照测量TP10点波形，记录并画出波形的示意图；

5．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TP05点波形，记录并画出波形的示意图；

6．此时，电话B振铃响，此信号是由TP06的信号送到电话接口电路后经功率提升，在中央控制单元的控制下，铃流信号驱动电话B振铃；

7．当电话A摘机后超过25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TP11点波形，记录并画出波形的示意图

8．更换电话B进行实验，实验步骤与上同。

五、实验注意事项

1．此项实验必须要由两人合作完成。

2.因为没有选择信息的交换方式，此时只有信令的自动交换而没有信息的交换，所以实际上是不能通话的。

3.TP05、TP06、TP10、TP11所测波形，只是CPLD直接产生的或者经过积分的波形。

，当其被控制送到用户接口电路中后，将叠加工作所需的负向直流电平，后面所测波形将有稍轻的失真现象。

五、实验结果

TP04波形：

TP05波形：

TP07波形：

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