基于单片机简易程控交换系统设计

1、吉林建筑大学电气与电子信息工程学院现代交换技术课程设计报告 设计题目：基于单片机的简易程控交换的系统设计 专业班级： 电子信息工程 111 学生姓名： 学 号： 10210134 指导教师： 杨佳 吴贺君 设计时间： 2014.12.222015.01.02 教师评语：成绩 评阅教师 日期 - 2 -摘要本次课程设计介绍了一种基于STC90C516RD+单片机控制的小型程控空分交换系统。利用空分交换芯片MT8816、双音多频芯片MT8870、STC90C516RD+单片机以及外围电路组成。本文详细介绍了MT8816以及MT8870芯片的工作原理以及工作单元电路设计，整体方案设计和电路设计，使其

2、性能更加的稳定。用户交换机是构成现代交换式通信网的重要设备，主要由用户线接口部分、交换网络和控制系统三大部分组成。交换网络执行交换机的传送功能。从原理上看，最基本的交换网络是一个交叉接点矩阵，它提供任意输入与输出之间的可控的连接。控制器执行交换机的控制面功能因此需要多种接口，以实现相应的适配功能，根据要求本系统不详细介绍和应用接口电路。目录一、设计的作用、目的 1二、设计任务及要求 1三、设计内容 1四、设计原理 1 4.1 交换原理简述1 4.2 双音多频信号的工作原理 3五、硬件系统框图 4六、硬件系统设计 5 6.1 设计思路 5 6.2 器件清单6 6.3 器件介绍 6 6.3.1 M

3、T8816芯片的介绍 6 6.3.2 MT8870芯片的介绍 7 6.3.3单片机STC90C516RD+的介绍 8 6.4 单元电路 10 6.4.1 上电复位电路 106.4.2 上电指示灯电路 10 6.4.3 晶振电路 106.4.4 电源电路 11 6.4.5 数码显示电路 11 6.4.6 解码电路 12 6.4.7 交换网络电路 12七、系统软件设计 13 7.1 软件设计思路 13 7.2 程序流程图 14八、心得体会 15九、参考文献 15附录一（电路原理图）16附录二（源程序）17- 26 -一、设计的作用、目的课程设计是理论学习的延伸，是掌握所学知识的一种重要手段，对于贯

4、彻理论联系实际、提高学习质量、塑造自身能力等于有特殊作用。本次课程设计一方面通过对交换网络的设计，使我们加深对理论知识的理解，同时增强其逻辑思维能力，另一方面对课堂所学理论知识作一个总结和补充。二、设计任务及要求1、掌握时分交换网络的原理及具体实现方法；2、掌握空分交换网络的原理及具体实现方法；3、掌握基于单片机的时空交换网络系统的设计；4、利用相关软件实现电路图的绘制。三、设计内容1、有上电指示灯；2、能正确手动复位；3、交换器采用T型接线器；4、使用双音多频解调电路读取电话号码；5、电话号码在数码管中显示；6、其它扩展功能四、设计原理4.1 交换原理简述在程控交换机中交换网络由一个或多个交

5、换单元构成。交换单元一般被封装成集成(交换网络芯片)，这样就可以根据需要组成大小不同的交换网络。交换单元有很多种，最典型的交换单元是开关阵列，它是用各种各样的开关所构成的，是最基本、最直接、也是最早使用的交换单元。 在交换单元内部，要建立任意入线和任意出线之间的连接，最简单最直接的想法就是使用开关。在每条入线和每条出线之间都各自接上一个开关，所有的开关就构成了交换单元内部的开关阵列。若交换单元的每条入线能够与每条出线相连接，则被称为全连接交换单元；若交换单元的每条入线只能够与部分出线连接，则被称为部分连接交换单元或非全连接交换单元。若交换单元是由空间上分离的多个小的交换部件或开关部件按一定的规

6、律连接构成，则称其为空分交换单元。开关阵列是一种空分交换单元。开关阵列中的开关通常有两状态:接通成断开。当开关接通时，该开关对应的入线和出线就被连起来；当开关断开时，入线和出线就不被连接。开关阵列拓补结构上可排成方型或矩形二维阵列，井分别被称为N*N方形开关阵列和M*N矩形开关阵列。如下图，图中表示了用M*N有向矩形开关阵列实现的M*N有向交换单元及M*N无向矩形阵列。其中，连接线代表入线和出线，交叉点(实心圆点)代表开关，则共有M*N个开关。01N-101M-1出线入线01N-101M-1出线入线图4.1 M*N无向矩形开关阵列 图4.2 M*N有向矩形开关阵列1、因为每条入线和每条出线的组

7、合都对应着一个单独的开关，所以在任何时间，任何入线都可以连接任何出线。而且由于从任何给定的入线到出线的通道上只存在一个开关，所有开关控制简单，具有均匀的单位延迟时间。2、一个交叉点代表一个开关，因此通常用交叉点数目表示开关数目。因为对指定入线和出线数的交换单元，其开关数反映了实现的复杂程度和成本的高低，所以应尽量减少交叉点数目。减少交叉点数目是交换领域的重要研究课题。开关阵列的交叉点数取决于交换单元的入线和出线数，是两者的乘积，当入线和出线数增加时，交叉点数目会迅速增加，因此开关阵列适合于构成较少的交换单元。3、当某条入线与其连接的所有出线间的一行开关部分成全部处于接通状态，开关阵列很容易地实

8、现了同时发送功能。同样，若干条出线对应的一列开关部分或全部接通，若干条入线同时接至一条出线，也很容易产生出线冲突。所以，一列开关只能有一个处于接通状态。4、由于开关是开关阵列中的唯一部件，所以交换单元的性能依赖于所使用的开关。如果开关是可以双向转送信息的，则可构成无向交换单元(图4.1)；如果开关只能单向转送信息，则可构成有向交换单元(图4.2)。如果开关是用于传送数字信息的，则交换单元也用于交换数字信息；如果开关是用于传送模拟信息的，则交换单元也用于交换摸拟信息；用光开关还构成光交换单元。5、开关阵列具有控制端和状态端。在最简单的情况下，每个开关都有一个控制端和一个状态端，分别是用于控制和表

9、示开关的通断状态.因为开关的状态只有两种，所以，控制端的控制信号和状态端的状态描述信号均可用两种电平0或者1来表示，如果某个开关某时刻的控制信号为1，则需要该开关接通；控制信号为0，则将该开关断开。4.2 双音多频信号的工作原理1、双音多频拨号和脉冲拨号在电话单机中，有两种拨号方式，即脉冲拨号和双音多频拨号。双音多频，简写DTMF（Dual Tone Multi Frequency）。本文介绍的DTMF信号的接收电路是由STC90C516RD+单片机控制大规模集成电路MT8870芯片以及外围电路所构成的。外围电路主要由标准晶振（3.58MHz）和有关的电子元件组成，电源电压为+5V。 大规模集

10、成电路MT8870芯片包括DTMF分组滤波器和DTMF译码器，其基本原理如图4.3所示。输入电路高阻带通滤波器过 零检测器低阻带通滤波器码 变 换过 零检测器锁 存 与 缓 冲DTMF信号Q1Q2Q3Q4图4.3 DTMF 接收器的的原理框图双音多频(DTMF)拨号方式中的双音多频是指用两个特定的单音频信号的来代表数字或者功能，两个单音频的频率不同，所代表的数字和功能也不同，在双音多频电话机中有16个按健，其中有10个数字键0-9，6个功能键*，#， A，B，C，D，按照组合的原理，它有8种不同的单音颇信号，由于采用的频率有8种，故又称为多频，又因以8种频率中任意抽出2种进行组合，又称为8中取

11、2的编码方法.根据CCITT的建议，国际上采用697Hz，770Hz，852Hz，941Hz，1209Hz，1336Hz，1477Hz，1633Hz，把这8种频率分成两个群，即高频群和低频群，从高频群和低频群中任意抽出一种频率进行组合，共有16种不间组合，代表16种不同数字功能(见表4.1)。表4.1 音多频高频低频组合频率高频低频号码1029Hz1336Hz1447Hz1633Hz697 Hz123A770 Hz456B852 Hz789C941 Hz*0#D 多频信号的组合标准是由国际电报电话咨询委员会向世界各国推荐的。它共有8个不同的频率，1000赫兹以下的频率称为低频群，1000赫兹以

12、上的频率为高频群。每一个低频和一个高频代表电话机一个选号，8个频率共有16种不同组合，分别代表16个信号。普通型的双音频电话机。双音频属带内信号，在线路越长时，其衰耗也越大，为了满足程控交换机接收器对呼叫信号的要求和防止相邻线间的相互串扰，对双音频信号电平有比较严格的要求，目前世界各国根据本国的线路状况，作出了一些相应的规定。为了防止市话交换机接收器的误动作， 双音频信号还必须满足以下要求：（1）高、低频各1个且必须同时出现，才能被接收器检出为呼叫信号。（2）高、低频率的误差要小。我国的标准为正负百分之一点八，国外有的规定为正负百分之一点五，精度要求更高。由于交换机的窄带滤波器的通频带做得非常

13、窄，如果选号信号频率误差过大，交换机就将其作为干扰信号处理。表4.2 MT8870译码表fL（Hz）fH(Hz)NO.END04D03D02D0169712091HLLLH69713362HLLHL69714773HLLHH77012094HLHLL77013365HLHLH77014776HLHHL85212097HLHHH85213368HHLLL85214779HHLLH94113360HHLHL9411209*HHLHH9411477#HHHLL6971633AHHHLH7701633BHHHHL8521633CHHHHH9411633DHLLLLLZZZZ 方式是按一定断续和速率来判

14、断的。目前，脉冲拨号与双音多频拨号相比，它有如下缺点：拨号速度慢；脉冲信号在线路传输中容易产生波形变形，可能产生错号；脉冲信号的幅度较容易产生线间的干扰。2、DTMF发送器的原理与构成下图是典型DTMF发送器原理图，它主要包括：（1）晶体振荡器：外接晶体（通常采用3.58Hz）与片内电路构成振荡器，经分频产生参考信号。（2）键控可变时钟产生电路：它是一种可空分频比的分频器，通常由N级移位寄存器与键控反馈逻辑单元组成。（3）正弦波产生电路：它由正弦波编码器与D/A变换器构成，通常，可变速时钟信号先经过5位移位寄存器，产生一种5位移位代码，再由可编程逻辑阵列（PLA）将其转换成二进制代码，加到D/

15、A变换器形成台阶型正弦波。显然台阶的宽度等于时钟频率的倒数，这样形成的正弦波信号频率必然对应于时钟的速率和按键号码。（4）混合电路：将键盘所对应产生的行、列正弦波信号（即低、高群FL、FH）相加、混合成双音信号输出，如图所示：可变速时钟产生列正弦波形成晶振相 加可变速时钟产生行正弦波形成1 2 3 A4 5 6 B7 8 9 C* 0 # DDTMF图4.4 混合电路五、硬件系统框图本次设计系统框图如图5.1所示：STC90C516RD+单片机MT8870数码管显示解码MT8816 图5.1 硬件系统框图电话交换机的主要任务是实现用户间通话的接续。基本划分为两大部分：话路设备和控制设备。话路设

16、备主要包括各种接口电路(如用户线接口和中继线接口电路等)和交换(或接续)网络；控制设备在纵横制交换机中主要包括标志器与记发器，而在程控交换机中，控制设备则为电子计算机，包括中央处理器(CPU),存储器和输入/输出设备。 程控交换机实质上是采用计算机进行“存储程序控制”的交换机，它将各种控制功能，方法编成程序，存入存储器，利用对外部状态的扫描数据和存储程序来控制，管理整个交换系统的工作。交换网络的基本功能是根据用户的呼叫要求，通过控制部分的接续命令，建立主叫与被叫用户间的连接通路。在纵横制交换机中它采用各种机电式接线器(如纵横接线器，编码接线器，笛簧接线器等),在程控交换机中目前主要采用由电子开

17、关阵列构成的空分交换网络，和由存储器等电路构成的时分接续网络。用用户电路。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。控制部分是程控交换机的核心，其主要任务是根据外部用户与内部维护管理的要求，执行存储程序和各种命令，以控制相应硬件实现交换及管理功能。程控交换机控制设备的主体是微处理器，通常按其配置与控制工作

18、方式的不同，可分为集中控制和分散控制两类。为了更好的适应软硬件模块化的要求，提高处理能力及增强系统的灵活性与可靠性，目前程控交换系统的分散控制程度日趋提高，已广泛采用部分或完全分布式控制方式。 六、硬件系统设计6.1 设计思路本系统是依据程控交换原理设计的微型空分交换系统。其基本设计原理为：当用户1摘机呼叫用户2时，交换机向主叫方发送拨号音，同时，由单片机将主叫号码送七段显示器显示，主叫方拨打相应号码后，程序控制将话机的输出与DTMF模块相连接，进行双音多频信号的译码，每收到一个DTMF信号，DTMF模块即可译出相应的BCD码，同时给单片机送1个“己译出”的信号，作为中断信号，使单片机中断，S

19、TC90C516RD+单片机读入数据同时显示被叫号码，此时交换机切断拨号音，并检测被叫方状态，若被叫用户忙，则交换机向主叫方发送忙音；否则，向被叫方送铃流、向主叫方送回铃音。当被叫方摘机后，交换机切断铃流和回铃音，接续话路，双方开始通话，并启动通话计时。当一方挂机后，计时停止显示通话时间，并向对方送催挂音，对方挂机后系统拆线复原。6.2 器件清单表6.1 器件清单器件名称数量（个）器件名称数量（个）电阻(100k)3STC90C516RD+1电阻(10k)2电阻(300)17电阻(1k)2晶振(11.0592M)1 瓷片电容(30uF)10晶振(3.58M)1 电解电容(47uF)2MT887

20、01发光二极管1 MT88161 开关2 74HC5952 直流电源（5V）1 数码管（4位）26.3 器件介绍6.3.1 MT8816芯片的介绍 MT8816是一个大小为8x16的模拟开关阵列。开关阵列是8列乘16行。列是Y输入/输出而行是X输入/输出。交叉模拟开关阵列当打开时将任何的Y输入/输出与任何的X输入/输出互相连接，当关掉时提供一个隔离的高程度。一个128位的控制存储器有只写位被地址输入(AY0-AY2,AX0-AX3)选中的RAM。数据在数据输入端被送到存储器。只要CS(芯片选择)和选通脉冲（STROBE）输入是高电平，数据被异步写入存储器，而且在选通脉冲（STROBE）下降沿被

21、锁存。存储器单元被写入逻辑1时对应的交叉开关打开，而被写入逻辑0 把对应的交叉开关关掉。只有当数据写入存储器时与地址存储器地址相应的交叉开关才改变。剩余的开关保持他们的原来状态。通过在控制存储器内建立适当的模式，可以使任何X和Y的组合输入/输出互相连接。RESET输入是逻辑1时，不管CS是高或低电平，所有的存储器位置异步返回逻辑0关掉所有的交叉开关。二个电压叁考管脚(VSS和VEE)能使MT8816负模拟信号转变。数字信号的范围是从VDD到VSS而模拟信号的范围从VDD到VEE。如果需要单电压叁数VSS和VEE可以连在一起。 图6.1 MT8816引脚图 表6.2 MT8816芯片引脚功能引脚

22、功能作用AX0AX3行地址总线（输入）AY0AY2列地址总线（输入）CS片选信号DATA数据总线STROBE阀门开关RESET复位信号X0X15开关阵列16路行输入或者输出Y0Y7开关阵列8路列输入或输出NC空脚VSS数字地VEE电源-5VVDDVCC(+5V)6.3.2 MT8870芯片的介绍MT8870 音调译码器（Tone Decoder）是MITEL 公司所开发生产为一颗常用复频译码IC，这个电路可以接收DTMF 信号，是一个完整的DTMF 接收器。它接收了DTMF 信号后，内部将信号分成高频带和低频带，并将此信号送至数字译码器，然后将讯号送至数字译码器以解出按键值，接着将解出的按键值

23、以二进制的方式以四条线（Q1、Q2、Q3、Q4）输出到外部共享Bus 上。值得一提的是，当MT8870 解出一个按键值且输出到外部时，其STD 接脚会由低态升为高态，经一段时间后再降为低态，我们便可利用此特点侦测到此脚有讯号时便马上将Q1-Q4 接脚所产生的值读入CPU，然后解出电话的按键值。用户音频电路电话机发出的双音多频（DTMF）信号通过电容（0.1F）及电阻（100k）耦合到芯片的第2脚，2脚是芯片内部运算放大器的反向输入端，3脚是运放的输出端，输入输出之间接一个100k的比例放大电阻。芯片的11脚至14脚是DTMF信号的二进制代码的输出数据通道。它们与单片机的数据总线相连。芯片内部的

24、DTMF信号代码可通过此通道进入控制电路的RAM中。芯片的18脚接电源+5V，16、17脚与18脚之间所接的电阻（100k）及电容（0.1F）是识别DTMF信号时所需的时间常数电路。5、6、9脚接地，1脚与4脚相连，7、8脚之间接一个3.5795MHz的晶振，分频产生芯片内部所需的DTMF信号双音对中的各单音比较信号，芯片的15脚是DTMF信号检测输出，当芯片接收到双音多频信号时，15脚输出高电平，15脚通过反相器接到单片机的外部中断0引脚，平时15脚为低电平。芯片的10脚为数据允许输出端，允许芯片接收到的DTMF二进制代码从1114脚输出，高电平有效。平时10脚保持低电平，1114脚为高阻态

25、。这种接线方式是常规使用的接线方式。图6.2 MT8870引脚图其引脚功能如下表：表6.3 MT8870引脚功能PIN脚位说明PIN脚位说明1IN+OPA非反相输入端18VDD电源正电压2IN-OPA反相输入端17St/GT动作输入/监视时间3GS增益选择16Est提前动作输出4Vref参考电压输出15StD延迟动作输出5INH禁制输入信号检出14Q4三态译码数据输出6PWDN电源下降输入13Q3三态译码数据输出7OSC1内部振荡电路输入端12Q2三态译码数据输出8OSC2内部振荡电路输出端11Q1三态译码数据输出9VSS电源地线10TOE三态输出端6.3.3单片机STC90C516RD+介绍

26、STC90C516RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超高速、低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，内部集成MAX810专用复位电路，时钟频率在12MHz以下时，复位脚可直接接地。 STC90C516RD+单片机有一下特点：1.增强型6 时钟/ 机器周期，12 时钟/ 机器周期 8051 CPU2.工作电压：5.5V - 3.8V（5V 单片机）/3.8V - 2.4V（3V 单片机）3.工作频率范围：0-40MHz，相当于普通8051的 080MHz.4.用户应用程序空间 4K/6K/7K/8K/10K/12K/13K/16K/

27、32K/40K/48K/56K/ 61K/字节5.片上集成 1280字节/512/256字节 RAM6.通用I/O口（35/39 个），复位后为： P1/P2/P3/P4 是准双向口/ 弱上拉（普通8051 传统I/O 口）P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O 口用时，需加上拉电阻。7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器 / 仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K 程序3 - 5 秒即可完成一片8.EEPROM 功能9.看门狗10.内部集成MAX810专用复位电路，外部晶体12M以下时，可省外部复位电路，复位脚可直接接

28、地。11.共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用12.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒13.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART14.工作温度范围：0-75/-40-+8515.封装：LQFP-44,PDIP-40，PLCC-44管脚说明：P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIAS

29、H进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进

30、行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH

31、编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号出现。EA/VPP：当保持低电平时，则在此期间外部程序

32、存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，将内部锁定为RESET；当端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。如图6.3为STC90C516RD+芯片管脚图：图6.3 单片机STC90C516RD+6.4 单元电路6.4.1 上电复位电路 图6.4 上电复位电路 在单片机系统中，系统上电启动的时候复位一次，当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统还会复位。所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。在电路图中，电容的的大小是1

33、0uF，电阻的大小是10k。所以根据公式，可以算出电容充电到电源电压的0.7倍（单片机的电源是5V，所以充电到0.7倍即为3.5V），需要的时间是10K*10UF=0.1S。也就是说在电脑启动的0.1S内，电容两端的电压时在03.5V增加。这个时候10K电阻两端的电压为从51.5V减少（串联电路各处电压之和为总电压）。所以在0.1S内，RST引脚所接收到的电压是5V1.5V。在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号，而大于1.5V的电压信号为高电平信号。所以在开机0.1S内，STC90C516RD+单片机系统自动复位（RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1S左右）。在单

34、片机启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10K电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。 6.4.2 上电指示灯电路 图6.5 上电指示灯电路当打开开关时，系统开始工作，上电指示灯亮起。6.4.3 晶振电路图6.6 晶振电路晶体振

35、荡器，简称晶振。在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。一般的

36、晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。一般的晶振的负载电容为15p或12.5p，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种类型。无源晶振与有源晶振（谐振）的英文名称不同，无源晶振为crystal（晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。无源晶振需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来，所以“无源晶振

37、”这个说法并不准确；有源晶振是一个完整的谐振振荡器。谐振振荡器包括石英（或其晶体材料）晶体谐振器，陶瓷谐振器，LC谐振器等。晶振与谐振振荡器有其共同的交集有源晶体谐振振荡器。石英晶片所以能做振荡电路（谐振）是基于它的压电效应，从物理学中知道，若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场，这种现象称为压电效应。如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变形振动，同时机械变形振动又会产生交变电场。一般来说，这种机械振动的振幅是比较小的，其振动频率则是很稳定的。但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（决定于晶片的尺寸）相等时，机械振动的幅度

38、将急剧增加，这种现象称为压电谐振，因此石英晶体又称为石英晶体谐振器。其特点是频率稳定度很高。石英晶体振荡器与石英晶体谐振器都是提供稳定电路频率的一种电子器件。石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应来起振，而石英晶体谐振器是利用石英晶体和内置IC来共同作用来工作的。振荡器直接应用于电路中，谐振器工作时一般需要提供3.3V电压来维持工作。振荡器比谐振器多了一个重要技术参数为：谐振电阻（RR），谐振器没有电阻要求。RR的大小直接影响电路的性能，也是各商家竞争的一个重要参数。6.4.4电源电路 图6.7 电源电路电源电路为单片机提供电源，两个电容起到稳定电源电压的作用。电源电路与复位电路、晶振电路一起

39、构成STC90C516RD+单片机的最小系统，是STC90C516RD+单片机避不了少的组成部分。6.4.5 数码显示电路74HC595是一款BCD码转揣为7段输出的集成电路芯片，利用它可以直接驱动共阳极的7段数码管。74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。 移位寄存器和存储器是分别的时钟。 数据在SHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入到存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。 移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7）,和一个异步

40、的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。74HC595芯片驱动数码管显示不同的数字。（原理图如图图6.8所示）6.4.6 解码电路选用了编、解码的传输方式进行控制，编、解码方式采用双音多频（DTMF）。DTMF编、解码方式在电话拨号系统中应用非常广泛，其突出的优点是抗干扰能力很强，电视监控系统的具体控制要求是：在主控台或分控台处，将所有控制信号进行DTMF编码，然后发送出去。DTMF是用2个特定的单音频组合信号来代表数字信号以实现其功能的一种编码技术。6.4.7 交换网络电路电子接线器是空分交换网络的核心部件 我采用M

41、T8816来完成通话双方线路的接续。MT8816是一个大小为8x16的模拟开关阵列。开关阵列是8列乘16行。列是Y输入/输出而行是X输入/输出。交叉模拟开关阵列当打开时将任何的Y输入/输出与任何的X输入/输出互相连接，当关掉时提供一个隔离的高程度。一个128位的控制存储器有只写位被地址输入(AY0-AY2,AX0-AX3)选中的RAM。数据在数据输入端被送到存储器。只要CS(芯片选择)和选通脉冲（STROBE）输入是高电平，数据被异步写入存储器，而且在选通脉冲（STROBE）下降沿被锁存。存储器单元被写入逻辑1时对应的交叉开关打开，而被写入逻辑0 把对应的交叉开关关掉。只有当数据写入存储器时与

42、地址存储器地址相应的交叉开关才改变。剩余的开关保持他们的原来状态。通过在控制存储器内建立适当的模式，可以使任何X和Y的组合输入/输出互相连接。RESET输入是逻辑1时，不管CS是高或低电平，所有的存储器位置异步返回逻辑0关掉所有的交叉开关。二个电压叁考管脚(VSS和VEE)能使MT8816负模拟信号转变。数字信号的范围是从VDD到VSS而模拟信号的范围从VDD到VEE。如果需要单电压叁数VSS和VEE可以连在一起。图6.8 数码显示电路 图6.9 解码电路图6.10 交换网络电路七、系统软件设计7.1 软件设计思路1、系统初始化程序对STC90C516RD+设置中断及内部数据存储器单元清零。2

43、、主叫摘机检测程序主叫方摘机后，显示电路显示主叫号码，拨号音控制信号置高电平，交换网络向主叫方送拨号音，等待主叫方拨打电话号码。3、拨号检测与等待摘机程序检测到拨号脉冲后，立刻切断拨号音，STC90C516RD+响应中断读取电话号码对应的二进制编码。若被叫号码对应的话机不存在或被叫方处于状态，则忙音控制信号置高电平，交换网络向主叫方送忙音，催其挂机；若号码检测正确，则铃流控制信号、回铃音控制信号置高电平，交换网络向被叫方送铃流信号，同时向主叫方送回铃音。4.话路接续程序检测到被叫方摘机信号后，系统停止发送铃流和回铃音， STC90C516RD+启动MH8816接通通话线路。5、计时与通话检测程

44、序线路一旦接续成功，双方即可进行通话，STC90C516RD+内部时钟计时开始，通过8155芯片加以显示。对用户状态进行判断，当检测到任一方挂机信号后，跳出计时程序交换网络向未挂机用户送催挂音（本系统中催挂音用忙音代替），双方挂机后，STC90C516RD+控制MH88165拆除通话线路，回初始化程序重新等待用户摘机。6、显示程序动态显示主、被叫方的电话号码及通话时间。7.2 程序流程图程序流程图如图7.1所示： 首先给系统供电，打开电源开关，单片机启动，启动之后初始化，初始化完成进入主程序。刚开始交换机向用户1发出拨号音，用户1收到之后将接收到的拨号音号码送给数码管显示出来。然后单片机进行译

45、码，切换用户1，接收来之用户2的拨号音，单片机再将用户2的拨号音送给数码管显示出来，再检测用户2是否繁忙，如果不忙，则向用户2发送铃流向用户1发送回铃，用户2摘机，如果忙，则向用户1发出忙音，返回初始化重新开始。八、心得体会两周的现代交换技术课程设计结束了，通过这次的课程设计，使我加强了对现代交换技术这门课的学习和理解。更通过动手设计、计算、查阅资料等过程加深了对单片机以及一些相关芯片的了解，进一步提高了分析、解决实际问题的能力，实现了由课本知识向实际能力的转化。在加深了理论学习的同时，在动手操作方面，我对Altium Designer 软件的使用也更加的熟练，设计过程中，我运用Altium

46、Designer软件进行各部分电路图的设计、绘制，在此过程中，提高了我的动手操作能力以及自学能力。而且在把理论运用到实践的过程中，也使得我的理论知识更加扎实，对一些电路及芯片理解的更加深刻，掌握的更加牢固。但是在软件运用中，我也遇到了不少问题，但是在一次又一次的尝试后，才渐渐掌握方法，最终得到了电路图。由此可见，想要把理论知识运用到实践中去，还需要通过对软件实践以及理论知识中很多细节的更加深入学习，所以过程中也难免遇到各种困难。但是通过老师的讲解以及与同学的讨论学习后，最终问题一个一个解决，顺利的完成了这次课程设计。可见，在任何的学习或者是研究中，团队精神和虚心求教都是至关重要、必不可少的，它们能够让我们及时发现并改正自己的错误，学习到更多的理论与实践知识。总之，在这一次的课程设计中，我学习到了许多以前没有了解的知识，同时也发现了自己在学习以及实践中很多的不足之处与错误，让我加深对现代交换技术的学习的同时，也让我能熟练地使用Altium Designer软件进行绘制电路图，更加深入地了解到理论与实践结合的重要性。开始程序初始化用户1摘机呼叫用户2交换机向用户1发送拨号音STC9