交换机的硬件设计说明书正文

目录一、前言： 2二、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： 43.1、各单元模块： 43.1.1 用户接口电路 43.1.2 语音处理单元 43.2、特殊器件的介绍 5交换芯片MT89805、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、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 所示：切K?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所示：图： 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-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的速率为64kb/s, 32路组成一帧，64kb/s 32=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321.1所示：D124567810111213141516171819209STiO STilSTi2STi3STi4STi5STi6STi7 DSDTAAOAlA2A3A4A5CS_R/W VDDVssMT8980STOOSTO1STO2STO3STO4STO5STO6STO7FOiC4iODE3938373635343B32313040TO1234 5 67 S1DDDDDDDD28272625242B222129MT8980图 3.2.1.1 ： MT8980 芯片管脚STiO-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。A0A5: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 Q接+5 V。ODE:输出驱动允许。若该输入保持高电平，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。以下图为功能框图：图321.2： 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256X8比特数据存储器的相应单元内。控制寄存器通过接口，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STO0ST07，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256X 11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。322、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位。AT89S51 的管脚说明，该单片机的引脚图如下 322：234567891011121314151617131920P1.0VccP1.1PO.OP1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6RSTATPP0.7P3.0ZRXDEAAddP3.1/TXDVLE/PROGP3.2(INT0)PSENP3.3(INT1)P2.7P3.4/T0P2.6P3.5/T1P2.5P2.4P3.7(RD)P2.3XTAL2P2.2XTAL1P2.1VssP2.040393537363534333234To29282?2S2?2?亏21AT89S51图 322：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/PR0G(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，名称为 P0.0P0.7P1 口(Pin1Pin8)： 8位准双向I/O 口线，名称为P1.0P1.7P2 口(Pin21Pin28)： 8位准双向I/O 口线，名称为P2.0P2.7P3 口(PinlOPinl7)： 8位准双向I/O 口线，名称为P3.0P3.733、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DOD7、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 MT898O 之间数据交换的同步信号。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.O、P3.1 分别与 MT898O 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DXP软件进行原理图的绘制如下所示4.1所示：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， AT89S51 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MT8980与AT89S51的连线图附录11h JiMTgsct-J/2PLOPL1PL2P1P1L.PL6PL7RSHVFPPWP-RXD EA 童 品：L TXD ALETROG P3.2INTI3IPSEN PWKEmrl) P2.7 pm P2.6 P30T1 P2blP2.4P2.3JCTAL2 P2.2 XTAL1 PHI 罰 P2.0Onatsk