交换机的硬件设计说明书正文.doc

1、 目录一、前言：1二、总体方案设计：22.1、方案比较：22.2、方案论证：32.3、方案选择：3三、单元模块设计：33.1、各单元模块：33.1.1用户接口电路33.1.2语音处理单元43.2、特殊器件的介绍53.2.1交换芯片MT898053.2.2、控制单元AT89S5183.3、MT8980与AT89S51的连接9四、硬件设计：9五、系统调试：11六、系统功能、参数指标：11七、设计总结：12八、致谢：12参考文献12附录一、MT8980与AT89S51的连线图13一、前言：通信网是由用户终端设备、传输设备和交换设备组成。它由交换设备完成接续，使网内任一用户可与其他用户通信。程控交换机

2、是数字电话网、移动电话网及综合业务数字网中的关键设备，在通信网中起着非常重要的作用。而交换机的基本功能是实现任意入线与任意出线之间的互连，即实现任意两个用户之间的信息交换。为此，交换机的基本组成应包括接口、交换网络和控制系统玩个部分。接口的作用是将来自不同终端或其他交换机的各种传输信号转换成统一的交换机内部工作信号，并按信号的性质分别将信令传送给控制系统，将消息传送给交换网络。交换网络的任务是实现各入、出线上信号的传递或接续。控制系统负责处理信令，按信令的要求控制交换网络完成接续，通过接口发送必要的信令，并协调整个交换机的工作。程控就是存储程序控制，程控交换是利用计算机软件进行控制的一种交换方

3、式，故程控交换机是电子计算机控制的交换机。二、总体方案设计：2.1、方案比较：方案一：小型程控交换机模拟了程控交换网中的电路交换的全过程，其基本结构可分为话路系统和控制系统两部分。整个系统主要由用户接口电路、语音处理单元和交换网络与中心控制单元组成。其原理框图如下小型程控交换机原理框图2.1.1所示：图2.1.1：小型程控交换机原理框图方案二：VLAN以太交换机，能够使中小企业的多台电脑,根据按照管理权限而不拘泥于部门自由组成多个小型虚拟局域网(VLAN)接入互联网，同时，VLAN之间彼此可以安全隔离，从根本上提高了网络性能。本文将详细介绍10/100BASE-T九端口10/100M VLAN

4、以太交换机的设计方法。文中设计方案中使用的交换芯片是台湾上元科技公司9端口交换芯片ADM6909。设计的交换机提供了网桥的基本的功能，包括：学习、过滤、路由,同时具有动态配置VLAN功能。其原理框图如下VLAN以太交换机原理框图2.1.2所示：图2.1.2：VLAN以太交换机原理框图2.2、方案论证：方案一是小型程控交换机模拟了程控交换网中的电路交换的全过程，其基本结构可分为话路系统和控制系统两部分。整个系统主要由用户接口电路、语音处理单元和交换网络与中心控制单元组成。而方案二VLAN以太交换机，能够使中小企业的多台电脑,根据按照管理权限而不拘泥于部门自由组成多个小型虚拟局域网(VLAN)接入

5、互联网，同时，VLAN之间彼此可以安全隔离，从根本上提高了网络性能。方案一的操作性和成本等于方案二比较更易操纵，且成本更低。2.3、方案选择：通过比较方案一和方案二，总结出方案一的操作性和成本等于方案二比较更易操纵，且成本更低。并且相关的使用更加方便，所以选择方案一。三、单元模块设计：3.1、各单元模块：3.1.1用户接口电路用户接口电路是用户线与交换机的接口电路。由于某些信号（如振铃、直流馈电等）不能通过电子交换网络，因此把某些过去由公用设备实现的功能移到电子交换网络以外的用户电路来实现。归纳起来，目前数字程控交换机中用户电路的功能有下列7项：B（Battery Feed）馈电；O（Over

6、-voltage Protection）过压保护；R（Ringing Control）振铃监控；S（Supervision）监视；C（Codec & Filters）编译码和滤波；H（Hybrid Circuit）混合电路；T（Test）测试。3.1.2语音处理单元该模块的主要功能有与SLIC接口，语音的滤波机编解码。与SLIC的接口主要实现两方面的作用：一是通过与SLIC的接口控制用户线的状态，二是分配给用户的话路时隙，完成与后面的交换模块的接口。编解码是将模拟语音信号转换成PCM码流，把PCM码还原为模拟信号。数字滤波器对语音信号进行带限。为了实现时分交换，采用A率编码，每一话路量化编码后

7、的速率为64kb/s，32路组成一帧，64kb/s32=2.048Mb/s。所以对每一路语音分别进行量化编码时就需要2.048MHz的位时钟和8KHz的帧首脉冲，作为时隙定位信号。用户的话音可以通过软件被分配到031中的任意时隙。3.1.3交换网络和中心控制单元该模块主要包括：用户电路的扫描和驱动、信号音的产生、定时单元、控制微处理器单元。定时单元：提供用户电路的编解码、交换网络的时钟和帧首信号。用户电路的扫描和驱动：用户扫描就是监测用户线环路状态，即通段状态。并以此来决定用户话机的摘挂和检测脉冲拨号。用户驱动就是控制用户线的状态，比如向用户振铃，送忙音，通话等。信号音的产生：信号音指的是交换

8、机送往用户的信号，如拨号音、忙音、回铃音等。当主叫摘机时，听到拨号音才能拨号；主叫拨完号码，如果被叫闲则会听到交换机送来的回铃音，否则听到忙音。信号音可有模拟信号音和数字信号音两种，对于不同时间断续的拨号音、忙音、和回铃音，是使用同一450Hz的单频信号，由硬件或软件控制其通断。收号器：话机有多音多频拨号和脉冲拨号两种，相应地局端应能识别这两种拨号，脉冲拨号可以通过扫描用户通断状态识别，双音多频则使用专用芯片MT8870来接收。总的来说，交换网络的功能是实现话音的无阻塞交换，即完成时隙交换，也就是完成任意PCM复用线上任意时隙之间的信息交换。在具体实现时应具备以下两种基本功能：在一条复用线上进

9、行时隙交换功能，在复用线之间进行同一时隙的交换功能。这两种基本功能分别由时间接线器和空间接线器实现。中心控制单元由一片单片机芯片控制着各模块协调有序的完成呼叫的全过程。3.2、特殊器件的介绍3.2.1交换芯片MT8980本设计中实现话音交换功能的芯片是MT8980。MT8980是Mitel公司生产的PCM时分复用时间变换器。其芯片引脚图如下MT8980芯片管脚图3.2.1.1所示： 图3.2.1.1：MT8980芯片管脚STi0-STi7：8路串行输入的PCM基群(32信道)码流,速率为2.048 Mb/s。ST00-STO7：8路三态串行输出的PCM基群码流,速率为2.048 Mb/s。A0

10、A5:微处理器接口时地址信号输入。D0D7:微处理器接口时双向数据输入/输出(三态)。C4i:时钟输入,频率为4.096 MHz,串行码流由此时钟的下降沿定位。F0i:帧同步脉冲输入,它作为2.048 Mb/s码流的同步信号,低电平使内部计数器在下次负跳变时复位。CS:片选信号输入,低电平有效。DS:微处理器接口时数据输入选通信号,高电平有效。R/W:微处理器接口时读、写控制信号,若输入高电平,为读出;若输入低电平,则为写入。DTA:数据应答信号输出(开漏输出),它为微处理器接口时数据证实信号,若此端下拉至低电平,电路处理完数据,通常DTA经909接+5 V。ODE:输出驱动允许。若该输入保持

11、高电平,则SDO0SDO7输出驱动器正常工作;若为低电平,则SDO0SDO7呈高阻。CST:控制总线输出。每帧由256 b组成,每码元为接续存储器高位256个存贮单元第1位的值。第0码流相应的码元先输出。MT980的功能如下，其功能框图如图所示，该芯片由串/并变换器、数据存储器、帧计数器、控制寄存器、控制接口单元、接续存储器、输出复用器与并/串变换器等部分构成。以下图为3.2.1.2MT8980功能框图：图3.2.1.2：MT8980功能框图串行PCM数据流以2.048Mb/s速率分八路由STI0STI7输入，经串/并变换，根据码流号和信道号依次存入2568比特数据存储器的相应单元内。控制寄存

12、器通过接口，接受来自微处理器的指令，并将此指令写入到接续存储器。这样，数据存储器中各信道的数据按照接续存储器的内容，以某种顺序从中读出，再经复用、缓存、经并一串变换，变为时隙交换后的八路2.048Mb/s串行码流STO0STO7，从而达到数字交换的目的。如果不再对控制寄存器发出命令，则电路内部维持现有状态，刚才交换过的两时隙将一直处于交换过程，直到接受新命令为止。接续存储器的容量为25611位，分为高3位和低8位两部分，前者决定本输出时隙的状态；后者决定本输出时隙所对应的输入时隙。另外，由于输出多路开关的作用，电路还可以工作于消息或报文模式，以使接续存储器低8位的内容作为数据直接输出到相应的时

13、隙中去。MT8980的全部动作均由微处理器通过控制接口控制。外部CPU可以读取数据存储器、控制寄存器和接续存储器的内容，并可向控制寄存器和接续存储器写入指令。此外，还可置电路于分离方式，即微处理器的所有读操作均读自于数据存储器，所有写操作均写至接续存储器的低8位。 3.2.2、控制单元AT89S51控制单元控制着各模块协调有序的完成呼叫的全过程，本设计中采用AT89S51单片机完成。AT89S51单片机是Atmel公司所生产的，该单片机在AT89C51的基础上，增加了WDT（看门狗）功能和双数据指针（DPTR）,并且支持ISP/IAP功能，其中看门狗模块可以在单片机出现死机现象时自动使单片机复

14、位。AT89S51的管脚说明，该单片机的引脚图如下3.2.2：图3.2.2：单片机的引脚图VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。PO口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，

15、名称为P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.73.3、MT8980与AT89S51的连接MT8980与AT89S51之间的接口信号主要有：地址线 A0A5、地址线 D0D7、片选信号CS、读写控制信号R/W ，另外还有选通信号DS 、回应信号等。当片选信号CS为低电平时，AT89S51可对MT8980内部的寄存器进行读写，DS 和DTA 作为AT89S51 和MT8980 之间数据交换的同步信

16、号。在 DS 信号的上升沿时刻，如果 MT8980 的片选信号、数据线、地址线以及读写信号有效，则AT89S51开始对MT8980进行读或写操作。当 MT8980与AT89S51之间完成相应的数据发送或者接收之后，MT8980的DTA 送出一个下降沿，表示这次数据交换完成，可以进行下一项操作。89C51 的 P3.0、P3.1 分别与 MT8980 的 DS、DTA 相连，可以比较容易地实现AT89S51 和 MT8980之间数据交换的同步。89C51 的读信号线RD经反相处理以后，直接与 MT8980 的读写控制线相连，可以实现对该芯片的读写控制。其引脚连线图见附录。四、硬件设计：通过使用D

17、XP软件进行原理图的绘制如下所示4.1所示：图4.1：原理图五、系统调试：用户电路是程控交换系统连接模拟用户线的接口电路，主要完成馈电、过压保护、摘挂机检测、二四线转换等功能。用户集中级完成话务集中的功能，在本系统中将32 个话路集中在一起，各个语音信号经过 PCM 编码后通过复用形成 2.048Mbit/s 码流，送入 MT8980 进行交换。从 MT8980 输出的2.048Mbit/s 码流经相反的处理后送入用户电路。各个话路的状态检测、拨号数据的接收以及向被叫用户发送振铃信号都通过用户接口电路实现。中继电路和中继接口电路为本局用户和远端局用户提供数据通道，向远端局发送接续请求，拨号，并

18、且检测远端局送来的振铃呼叫信号。一次呼叫的建立过程大致如下：AT89S51 以100ms的周期循环检测各用户电路，当某用户摘机后，其状态就反映到用户电路中，AT89S51 确认该用户摘机后，即在内存中为该用户分配相应资源，包括记发器、呼叫存储器等，然后向该用户发送拨号音，并开始接收用户的拨号，将号码存储于记发器内，同时内部程序不断地对用户的拨号进行分析，当用户正确地拨完号码以后，AT89S51根据该号码，寻找被叫话机，并向被叫话机发送振铃信号。被叫用户摘机后，在 MT8980 内部即为这两个用户建立通路，这样通话开始。同时AT89S51监视着这两个话路的状态，当其中的一方将电话挂机后，AT89

19、S51 即撤销该次接续，并收回相应资源。六、系统功能、参数指标：主要完成馈电、过压保护、摘挂机检测、二四线转换等功能。一次呼叫的建立过程大致如下：AT89S51 以100ms的周期循环检测各用户电路，当某用户摘机后，其状态就反映到用户电路中，AT89S51 确认该用户摘机后，即在内存中为该用户分配相应资源，包括记发器、呼叫存储器等，然后向该用户发送拨号音，并开始接收用户的拨号，将号码存储于记发器内，同时内部程序不断地对用户的拨号进行分析，当用户正确地拨完号码以后，AT89S51根据该号码，寻找被叫话机，并向被叫话机发送振铃信号。被叫用户摘机后，在 MT8980 内部即为这两个用户建立通路，这样

20、通话开始。同时AT89S51监视着这两个话路的状态，当其中的一方将电话挂机后，AT89S51 即撤销该次接续，并收回相应资源。七、设计总结：两周的电子技术基础课程设计以告一段落，回顾这两周的心历进程，学海中的点点滴滴无不记忆犹新！在本次课程设计中，核心内容就是围绕交换芯片MT8980展开的，以前我从未接触过这个芯片，只能通过在网上查找相关资料来认识这个芯片。因而整个设计过程中，在查找资料方面花了较多的时间。由于只要求我对交换网络进行详细的设计，所以整个课程设计不是特别复杂。最后，设计报告完成后，我对程控交换机的组成和工作原理有了较全面的理解，基本上达到了预期效果。八、致谢：经过两个星期的专业综

21、合课程设计，成功的完成了小型程控交换机的设计。在本次设计过程中，我几次遇到了难以解决的问题，得到了李斌老师的耐心指导，很仔细的对我提出的问题进行了一一解答。原本对程控交换机不太了解的我，在老师和同学的帮助下对这方面的知识有了较全面的了解，使我得以顺利的完成本次设计。在此，表示衷心的感谢参考文献1 陈武凡.小波分析及其在图像处理中的应用.科学出版社，2002.01.2 张继荣等.现代交换技术.西安电子科技出版社，2005年2月3 郑少仁等.现代交换原理与技术.电子工业出版社，2006年8月4 张中荃等.程控交换与宽带交换.人民邮电出版社，2003年11月5 姜冰.一种小型程控交换机的设计.电子元器件应用.2003年第5卷第8期6 王平.小型程控交换机的硬件设计.现代电子技术.2009年第4期附录一、MT8980与AT89S51的连线图13 第 页