《程控交换原理》实验指导书.docx
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《程控交换原理》实验指导书
ZY12ProEx12BD2
程控交换原理实验系统
电子与信息工程学院电子与通信教学团队
实验指导书
实验一程控交换原理实验系统及控制单元实验
一．实验目的
1．熟悉该程控交换原理实验系统的电路组成与主要部件的作用。
2．体会程控交换原理实验系统进行电话通信时的工作过程。
二．预习要求
1．预习《程控数字交换原理与应用》和《单片微型计算机原理与接口技术》中的有关内容。
三．实验仪器
1．程控交换实验箱一台
2．万用表一台
3．电话单机四台
四．实验原理
1．电路组成
用户电路
用户电路
交换网络
CPU中央
处理单元
用户电路
用户电路
图1-1实验系统的原理框图
用户线接口电路
用户1
交换网络
用户线接口电路
用户3
用户线接口电路
用户2
用户线接口电路
用户4
时钟信号电路
控制、检测电路
输出显示电路
二次稳压电路
直流电源
键盘输入电路
CPU中央处理器
多种信号音电路
图1-2实验系统方框图
图1-1是该实验系统的原理框图；图1-2是该实验系统的方框图，
1.1用户模块电路主要完成BORSCHT七种功能，它由下列电路组成：
1.1.1用户线接口电路
1.1.2二\四线变换器
1.1.3PCM编译码电路
1.2交换网络系统主要完成空分交换与时分交换两大功能，它由下列电路组成：
1.2.1空分交换网络系统
1.2.2时分交换网络系统
1.3多种信号音电路主要完成各种信号音的产生与发送，它由下列电路组成：
1.3.1450Hz拨号音电路
1.3.2忙音发生电路
1.3.3回铃音发生电路
1.3.425Hz振铃信号电路
1.4CPU中央集中控制处理器电路主要完成对系统电路的各种控制，信号检测，号码识别，键盘输入信息，输出显示信息等各种功能：
1.4.1键盘输入电路：
主要把实验过程中的一些功能通过键盘设置到系统中。
1.4.2显示电路：
显示主叫方与被叫方的电话号码，同时显示通话时间。
1.4.3输入输出扩展电路：
显示电路与键盘输入电路主要通过该电路进行工作，主要芯片是D8155A，SN74LS240，MC1413。
1.4.4双音多频DTMF接收检测电路：
把MT8870DC输出的DTMF四位二进制信号，接收存贮后再送给CPU中央集中控制处理系统。
1.4.5用户状态检测电路：
主要识别主、被叫用户的摘挂机状态，送给CPU进行处理。
1.4.6自动交换网络驱动电路：
主要实现电话交换通信时，CPU发出命令信息，由此电路实现驱动自动交换网络系统，其核心集成电路为SN74LS374，D8255A，GD74LS373等芯片。
1.4.7信号音控制电路：
它完全按照CPU发出的指令进行操作，使各种信号音按照系统程序进行工作。
1.4.8振铃控制电路：
它也是按照CPU发出的指令进行工作。
1.5系统工作电源主要完成系统所需要的各种电源，本实验系统中有+5V，-5V，+12V，-12V，-48V等5组电源，由下列电路组成：
1．5．1内置工作电源：
-48V，-12V，+5V，+12V
1．5．2稳压电源：
-8V，-5V
2．键盘功能：
确认
中继
（d）
时间
会议电话
复位
图1-3键盘功能框图
对图1-3所示的键盘功能作如下介绍：
“时间”：
该键可设置系统的延时时间。
如久不拔号、久不应答、位间不拔号的延时，缺省值为10秒，可选择的时间值有10秒、30秒、1分钟。
按一次该键则显示下一个时间值，三个值循环显示，当按下“确认”键时，就选定当前显示值供系统使用，按“复位”键则清除该次时间的设定。
“会议电话”：
该键为召开电话会议的按键。
会议电话设置用户1为主叫方，其他三路为被叫方，只能由主叫方主持召开会议，向其他三路发出呼叫。
电路完全接通或者接通两路后，主叫方能和任一被叫方互相通话。
除“复位”键外，其他键均推失去功能。
会议结束后，可按“复位”键重启系统。
“中继”：
该键为局内交换切向中继交换的功能按键，按下此键，再按“确认”键进行确认，则工作模式由局内交换切换为中继交换，显示器循环显示“d”，此时方可通过中继拨打“长途”电话。
按“复位”键重启系统，进入正常局内交换模式。
“确认”：
该键完成对其他功能键的确认，防止误按键，在键盘中除“复位”键外，其他功能键都必须加“确认”键才能完成所定义的功能。
“复位”：
该键为重启系统按键。
在任何时候或者系统出现不正常状态时都可按下此键重启系统（有用户通话时，会中断通话），所有设置均为默认值。
3．显示功能：
主叫号码显示计时显示被叫号码显示
图1-4显示电路
图1-4是显示电路工作示意说明图。
4．工作过程：
以下是CPU中央集中控制处理系统的主要工作过程，要全面具体实现上述工作过程，则要有软件支持，该软件程序流程图见图1-5。
开始
NO
有用户呼叫吗？
呼叫
YES
去话接续
向主叫送拨号音
NO
第一位号码来了吗？
拨号开始
YES
停送拨号音，收存号码
内部处理
被叫闲吗
NO
YES
来话接续
向主叫送忙音
向被叫送铃音，向主叫送回铃音
NO
NO
主叫挂机吗？
被叫应答吗？
应答
YES
停送铃流，回铃音，接通电路
NO
话端挂机吗
挂机
拆线（释放复原）
开始
图1-5程序工作流程示意图
五、实验内容
1．测量实验系统电路板中各测量点电压值，并记录。
2．从总体上初步熟悉两部电话单机用空分交换方式进行通话。
3．初步建立程控交换原理系统及电话通信的概念。
4．观察并记录一个正常呼叫的全过程。
5．观察并记录一个不正常呼叫的状态。
号码：
88
号码：
68
交换网络系统
号码：
69
号码：
89
图1-6呼叫识别电路框图
六．实验步骤
1．接上交流电源线。
2．将K11~K14、K21~K24、K31~K34、K41~K44拨向下边；K70~K75拨向下边；K60~K63拨向下边。
3．先打开“交流开关”，指示发光二极管亮后，再分别按下直流输出开关J8、J9。
此时实验箱上的五组电源已供电，各自发光二极管亮。
4．按“复位”键进行一次上电复位，此时，CPU已对系统进行初始化处理，数码管循环显示“P”，即可进行实验。
5．将万用表拔至直流电压档，然后测量电源模块-48、-12、-5、+5、+12的电压是否正常：
-48为-48V，-12为-12V，-5为-5V，+5为+5V，+12为+12V。
（-48V允许误差±10%，其它为±5%）
6．将四个用户接上电话单机。
7．正常呼叫全过程的观察与记录。
（现以用户1为主叫，用户4为被叫进行实验）
7.1主叫摘机，听到拨号音，数码管显示主叫电话号码“68”。
7.2主叫拨首位被叫号码“8”，主叫拨号音停，主叫继续拨完被叫号码“9”。
7.3被叫振铃，主叫听到回铃音。
7.4被叫摘机，被叫振铃停，主叫回铃音停，双方通话。
数码管显示主叫号码和被叫号码，并开始通话计时。
7.5挂机，任意一方先挂机（如主叫先挂机），另一方（被叫）听到忙音，计时暂停，双方都挂机后，数码管循环显示“P”。
8．不正常呼叫的自动处理
8.1主叫摘机后在规定的系统时间内不拨号，主叫听到忙音。
（系统时间可以设置，在系统复位后按“时间”可循环显示“10”，“30”，“100”，分别表示10秒，30秒，1分钟，选定一个时间，按“确认”即系统时间被设置，在复位状态时，系统时间默认为10秒。
）
8.2拨完第一位号码后在规定的系统时间内没有拨第二位号码时，主叫听到忙音。
8.3号码拨错时（如主叫拨“56”），主叫听到忙音。
8.4被叫振铃后在规定的系统时间内不摘机，被叫振铃音停，主叫听到忙音。
七．注意事项
对实验系统加电一定要严格遵循先打开系统工作电源的“交流开关”，然后再打开直流电源输出开关J8，J9。
实验结束后，先分别关直流电源输出开关J8，J9。
最后再关“交流开关”，以避免实验电路的器件损坏。
八．实验报告
1．画出实验系统电路的方框图，并作简要叙述。
2．对正常呼叫全过程进行记录。
实验二用户线接口电路及二\四线变换实验
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PBL38710电路的学习与实验，进一步加深对BORST功能的理解。
3．了解二\四线变换电路的工作原理。
二．预习要求
认真预习《程控数字交换原理与应用》中有关用户线接口电路等章节。
三．实验仪器
1．程控交换实验箱一台
2．电话单机二台
3．20MHz示波器一台
4．万用表一台
四．实验原理
1．用户接口电路的作用
在现代电话通信设备与程控交换机中，由于交换网络不能通过铃流、馈电等电流，因而将过去在公用设备（如绳路）实现的一些用户功能放到“用户电路”来完成。
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。
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，随着微电子技术的发展，近十年来在国际上陆续开发多种模拟SLIC，它们或是采用半导体集成工艺或是采用薄膜、厚膜混合工艺，并已实用化。
在实际中，基于实现和应用上的考虑，通常将BORSCHT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），其余功能由所谓集成模拟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-48V，用户的馈电电流一般是20mA~30mA，铃流是25Hz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）、O（过压保护）、R（振铃）、S（监视）、C（编译码）、H（混合）、T（测试）七项功能。
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：
1.1馈电（B-Batteryfeeling）：
向用户话机送直流电流。
通常要求馈电电压为-48V，环路电流不小于18mA。
1.2过压保护（O-Overvoltageprotection）：
防止过压过流冲击和损坏电路、设备。
1.3振铃控制（R-RingingControl）：
向用户话机馈送铃流，通常为25Hz/75Vrms正弦波。
1.4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。
1.5编解码与滤波（C-CODEC/Filter）：
在数字交换中，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，统称为编译码器（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。
1.6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，现在改为集成电路实现，因此称为“混合电路”。
1.7测试（T-Test）：
对用户电路进行测试。
模拟用户线接口功能见图2-1。
馈电电源
铃流发生器
混合电路
编码器
馈电电路
过压保护电路
振铃控制
发送码流
低通
模拟用户线
平衡
网络
解码器
接收码流
低通
用户线
状态信号
振铃控
制信号
图2-1模拟用户线接口功能框
2．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爱立信公司的PBL38710，它包括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、语音信号的二\四线混合转换，用户电路的双向传输衰耗均为-1dB，供电电源+5V和-5V。
其各项性能指标符合邮电部制定的有关标准。
2.1该电路的基本特性
2.1.1向用户馈送铃流
2.1.2向用户恒流馈电
2.1.3过压过流保护
2.1.4被叫用户摘机自截铃
2.1.5摘挂机检测和LED显示
2.1.6语音信号的2/4线转换
2.1.7无需耦合变压器
2.1.8体积小及低功耗
2.1.9极少量外围器件
2.1.10封装形式为PLCC28封装
图2-2PBL38710的管脚排列图
2.2PBL38710引出端功能的说明
1脚BGND：
数字地。
2脚VBAT2：
低电源供电。
3脚VBAT：
高电源供电。
4脚VCC：
+5V供电。
5脚HB：
高低电源选择控制端。
6脚NC：
空。
7脚VR：
低压铃流信号输入。
8脚RSG：
内在饱和电阻。
9脚E1：
控制允许输出端。
10脚VBAT：
高电源供电。
11脚/DET：
环路检测输出端。
12脚C2：
控制端。
13脚C1：
控制端。
14脚RDC：
用两电阻与RSN连接，电阻交叉点用电容与地连接。
15脚AGND：
模拟地。
16脚RSN：
四线输入端。
17脚VBAT：
高电源供电。
18脚VEE：
-5V供电。
19脚VTX：
四线输出端。
20脚HPT：
接用户电话线TIP端的交／直流隔离电容，另一端接HPR。
21脚HPR：
接用户电话线RING端的交／直流隔离电容，另一端接HPT。
22脚RD：
用电阻与VEE连接。
23脚RDR：
用电阻与VEE连接。
24脚VBAT：
高电源供电。
。
25脚NC：
空。
26脚TIPX：
连接用户电话的二线TIPX。
27脚RINGX：
连接用户电话的二线RINGX。
28脚NC：
空。
2.3用户线接口电路主要功能
图2-3是PBL38710内部电路方框图，其主要功能说明如下：
图2-3PBL38710内部电路方框图
图2-4PBL38710内部控制表
2.3.1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。
恒定的电流为25mA。
当环路电阻为2KΩ时，馈电电流为18mA。
供电电源VBat采用-48V；在静态情况下（不振铃、不呼叫），-48V电源接点至话机；用户挂机时，话机叉簧下压馈电回路断开，回路无电流流过；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。
2.3.2PBL38710内部具有过压保护的功能，可以抵抗保护TIP-RING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，则可保护250V左右高压。
2.3.3振铃电路可由外部进行控制。
2.3.4监视用户线的状态变化即检测摘挂机信号。
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”；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“忙”；
2.3.5在TIP––RING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TIP-RING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。
2.3.6PBL38710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。
2.3.7PBL38710提供的双向语音信号的传输衰耗均为-1dB。
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；
2.3.8PBL38710的四线端口可供语音信号编译码器或交换矩阵使用。
3．用户接口电路的电路原理图
由图1-1可知，本实验系统共有四个用户线接口电路，电路的组成与工作过程均一样，因此只对其中的一路进行分析。
图2-5是用户1用户线接口电路的电路原理图。
图2-5用户线接口电路电原理图
4．工作过程
为了简单和经济起见，反映用户状态的信号一般都是直流信号，当用户摘机时，用户环路闭合，有用户线上有直流电流流过。
主叫摘机表示呼叫信号，被叫摘机，则表示应答信号，当用户挂机时，用户环路断开，用户线上的直流电流也断开，因此交换机可以通过检测用户线上直流电流的有无来区分用户状态。
当用户摘机时，发光二极管D10亮表示用户已处于摘机状态，TP13由低电平变成高电平，此状态送到CPU进行检测该路是否摘机，当检测到该路有摘机时，CPU命令拨号音及控制电路送出f=450Hz，U=1V的波形即拨号音。
当用户听到450Hz拨号音信号时，用户开始拨电话号码，双音多频号码检测电路检测到号码时通知CPU进行处理，CPU命令450Hz拨号音发生器停止送拨号音，用户继续拨完号码，CPU检测主叫所要被叫用户的号码后，立即向被叫用户送振铃信号，提醒被叫用户接听电话，同时向主叫用户送回铃音信号，以表示线路能够接通，当被叫用户摘机时，CPU接通双方线路，通信过程建立。
一旦接通链路，CPU即开始计时，当任意一方先挂机，CPU检测到后，立即向另一方送忙音，以示催促挂机，至此，主、被叫用户一次通信过程结束。
通过上述简单分析，不难得出各测量点的波形。
TP11：
通信时有发送话音波形；拨号时有瞬间DTMF波形；不通信时则此点无波形。
TP12：
通信时有接收话音波形：
摘机后拨号前有450Hz拨号音信号；不通信时则此点无波形。
TP13：
摘挂机状态检测测量点。
挂机：
TP13=低电平；摘机：
TP13=高电平。
TP14：
振铃控制信号输入，高电平有效。
即工作时为高电平，常态为低电平。
由于4个用户线接口电路的测量点相同，故对其它三个用户线接口电路的测量点就不一一叙述，波形均相同，即：
TP11=TP21=TP31=TP41
TP12=TP22=TP32=TP42
TP13=TP23=TP33=TP43
TP14=TP24=TP34=TP44
5．二\四线变换电路
在该实验系统中，二\四线变换由用户线接口电路中的语音单元电路实现，图2-6为电路的功能框图，该电路完成二线–单端之间信号转换，在PBL38710内部电路中已经完成了该变换。
T
TR
R
图2-6二/四线变换功能框图
二\四线变换的作用就是把用户线接口电路中的语音模拟信号（TR）通过该电路的转换分成去话（T）与来话（R），对该电路的要求是：
将二线电路转换成四线电路；信号由四线收端到四线发端要有尽可能大的衰减，衰减越大越好；信号由二线端到四线发端和由四线收端到二线端的衰减应尽可能小，越小越好；应保持各传输端的阻抗匹配，以便于PCM编译码电路形成发送与接收的数字信号。
五．实验内容
1．参考有关程控交换原理教材中的用户线接口电路等章节，对照该实验系统中的电路，了解其电路的组成与工作过程。
2．通过主叫、被叫的摘、挂机操作，了解B、R、S等功能的具体作用。
六．实验步骤
1．接上交流电源线。
2．将K11~K14、K21~K24、K31~K34、K41~K44拨向下边；K70~K75拨向下边；K60~K63拨向下边。
3．先打开“交流开关”，指示发光二极管亮后，再分别按下直流输出开关J8，J9，此时实验箱上的五组电源已供电，各自发光二极管亮。
4．“复位”键进行一次上电复位，此时，CPU已对系统进行初始化处理，显示电路循环显示“P”，即可进行实验。
5．用户1，用户3接上电话单机。
6．用户电话单机的直流供电（B）的观测。
（现以用户1为例）
6.1用户1的电话处于挂机状态，用万用表的直流档测量TP1A，TP1B对地的电压，TP1A为-46V，TP1B为-1.8V，它们之间电压差为44V。
（此值只是作为参考，以实验为准）
6.2用户1的电话处于摘机状态，用万用表的直流档测量TP1A，TP1B对地的电压，TP1A为-28V左右，TP1B为-19V左右。
（测得的电压与电话的内阻抗有关，所以每部电话的测量值不一定相同,此处只是作为参考。
）
7．观察二\四线变换的作用。
7.1用正常的呼叫方式，使用户1、用户3处于通话状态。
7.2当用户1对着电话讲话时（或按电话上的任意键），用示波器观察TP11上的波形，为语音信号（或双音多频信号），不讲话时无信号。
7.3当用户1听到用户3讲话时（或用户3按电话上任意键），用示波器观察TP12上的波形，为语音信号（或双音多频信号），对方不讲话时无信号。
TP11等
图2-7语音参考波形
7.4用示波器观察TP1A。
不管是用户1讲话还是用户3讲话（或按电话上的任意键）此测试点都有语音波形（或双音多频信号）。
8．摘、挂机状态检测的观测。
8.1当用户1的电话摘机时，用示波器测量TP13为高电平（4V左右）。
8.2当用户1的电话挂机时，用示波器测量TP13为低电平（0V左右）。
9．被叫话机振铃（R）的观测。
9.1用户1处于挂机状态，用户3呼叫用户1，即用户3拨打“68”，使用户1振铃。
9.2当用户1的电话振铃时，用示波器观察TP14，振铃时TP14为高电平（4V左右）；不振铃时TP14为低电平（0V左右）。
七．注意事项
当实验过程中出现不正常现象时，请按一下“复位”键，以使系统重新启动。
八．实验报告
1．画出本次实验电路方框图，并能说出其工作过程。
2．画出各测量点在各种情况下的波形图。
实验三程控交换PCM编译码实验
一．实验目的
1．掌握PCM编译码器在程控交换机中的作用。
2．熟悉单片PCM编译码集成电路TP3067的使用方法。
二．预习要求
1．查阅有关TP3067的使用说明及其应用电路。
2．认真预习《程控数字交换原理与应用》中有关这方面的内容。
三．实验仪器
1．程控交换实验箱一台
2．电话单机二台
3．20MHz示波器一台
4．音频信号源（选配）一台
四．实验原理
1．PCM编译码器的简单介绍
模拟信号经过编译码器时，在编码电路中，它要经过取样、量化、编码，如图3—1（a）所示。
到底在什么时候被取样，在什么时序输出PCM码则由A－D控制来决定。
同样PCM码被接收到译码电路后经过译码低通、放大。
最后输出模拟信号到话机，把这两部分集成在一个芯片上就是一个单路编译码器，它只能为一个用户服务，即在同一时刻只能为一个用户进行A\D及D\A变换。
编码器把模拟信号变换成数字信号的规律一般有二种，一种是μ律十五折线变换法，它一般用在PCM24路系统中，另一种是A律十三折线非线性变换法，它一般应用于PCM30\32路系统中，这是一种比较常用的变换法，模拟信号经取样后就进行A律十三折变换，最后变成8位PCM码头，在单路编译码器中，经变换后的PCM码是在一个时隙中被发送出去，这个时序号是由A－D控制电路来决定的，而在其它时隙时编码器是没有输出的，即对一个单路编译码器来说，它在一个PCM帧里只在一个由它自己的A－D控制电路决定的时隙里输出8位PCM码，同样在一个PCM帧里，它的译码电路也只能在一个由它自己的D—A控制电路决定的时序里，从外部接收8位PCM码。
其实电路编译码器的发送时序和接收时序还是可由外部电路来控制的，编译码器的发送时序由A－D控制电路来控制，而A－D控制电路还是受外部控制电路的控制，同样在译码电路中D－A控制电路也受外部控制电路的控制，这样，我们只要
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