现代交换原理课程设计任务书

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《现代交换原理课程设计》任务及要求

（2013级通信工程专业1321301-2班）

一、课程设计的目的与要求

1、教学目的

综合运用所学过的《现代交换原理》课程知识，进行现代通信网交换技术相关的课题设计研究与分析，掌握现代通信网交换节点所采用的技术，硬件组成及软件设计方法。

2、教学要求

从课程设计的目的出发，在实验室现代程控交换原理实验箱或者计算机上进行现代通信网交换技术相关的课题设计研究与分析。掌握相关课题的工作原理，深入研究相关课题系统组成及程序设计与分析

（1）主题鲜明，思路清晰，原理分析透彻,技术实现方案合理可靠；

（2）按照现代交换原理相关研究课题技术的原理及系统组成，完成从理论分析、系统软硬件组成、程序设计，调试及功能分析的全过程。

二、课程设计的题目、内容及要求

1、模拟中继接口通信

研究目的：了解模拟中继信号的接续过程。

原理:

中继通信接口框图

由前面的各单元实验可知，信令的产生与信号的交换可在一个实验箱内完成电话单机的工作。若将两台实验箱通过中继电缆线连接，则实现两台实验箱的长途通信。图8-1是它们的接口框图。

中继通信拨号方式：01+被叫号码，其中第一个“0”表示拨打长途，第二个“1”表示对方电话局局号（在本实验当中，即表示被叫方所在的实验箱）。

研究内容：

利用两台实验箱完成中继接口通信的信号流程。

画出本次实验电路方框图，并能说出其工作过程。

画出各测量点在各情况下的波形图并解释说明。

2、时分复用与时分交换原理

研究目的：

1．掌握时分复用原理。

2．熟悉数字程控交换网络的组成、原理与实现方法。

原理：

1．时分交换原理

图7-1时分交换系统时隙分配图

时分复用是建立在抽样定理基础上的，连续的模拟信号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲值所代替。这样，当抽样脉冲占据较短时间时，在抽样脉冲之间就留出了时间空隙。

利用这些空隙便可以传输其它信号的抽样值，因此，就可以沿一条信道同时传送若干个基带信号。时分交换就是利用时分复用实现多路话音在同一PCM总线上传输的。

由前面所讲，用户的语音输入输出时隙是由编解码时钟信号控制的，当编码时钟到来时编码芯片开始编码，当解码时钟到来时解码芯片开始解码。为了实现时分复用，本实验箱上提供多个编解码时钟，从TS0到TS7，各时隙之间相隔3.9us。本实验箱时隙分配如7-1图：用户1的编解码时隙为TS1,用户2的编解码时隙为TS2，用户3的编解码时隙为TS3，用户4的编解码时隙为TS4，外输入信号与收号器的编解码时隙为TS6，拨号音，忙音，回铃音的编码时隙分别为TS7,TS8,TS9。

时分交换的基本组成是一个话音存储器和一个控制存储器。话音存储器是暂时存储输入数字信号。如果是一条输入线只需要一个32X8的RAM存储器。而现在专用的交换芯片（如

MT8980）一般有8条2.048Kb/s输入线和8条输出线。它们内部的话音存储器的容量是256×8。控制存储器是用来寄存话音时隙的地址。话音存储器有两种工作方式，一种是时钟写入，控制读出。另一种是控制写入，时钟读出。如图7－2(a)所示，以时钟写入，控制读出为例：话音存储器等于复用线上的时隙数，本例为256个时隙。因此控制存储器每单元需要8bit，对应于256个时隙地址的二进制编码。线路上256个时隙话音信息分别存入256个话音存储单元中，在处理器的控制下将输入Ti存储单元的地址写入控制存储器,相当于输出时隙的存储单元中当输出时隙的地址。然后根据入时隙的地址取出话音存储器的内容送至输出端，完成了将某一入时隙内容转移到另一输出时隙去的作用。图7-2(a)中控制存储器255单元写入00000011(3)，表示入时隙3交换到出时隙255的情况。

控制写入，时隙读出如图7-2（b）所示。

读

（a）时钟写入，控制读出（b）控制写入，时钟读出

图时分交换的两种方式

呼叫接续过程一般是主叫摘机，送出拨号音，拨被叫号码，呼叫被叫用户，被叫应答，保持通话，话终拆线。

2．时分交换芯片MT8980的介绍

MT8980是加拿大MITEL公司的数字交换矩阵芯片。

(1)它的主要特点是：

①MITEL串行总线（ST-BUS）

②8×32时隙输入

③8×32时隙输出

④256个用户的无阻塞交换

⑤单电源（+5V）供电

⑥30mW的低功耗

⑦微处理器的接口

⑧三态串行输出

这个大规模集成电路是为PCM的语音或者数据交换设计的。可用在交换机中。它

共联接256个64kbps通道。8个串行输入均由32个64kbps组成，即形成一个2.048Mbps串行总线码流。另外，MT8980对串行总线的时隙可以进行读写，因此可以用这种方式进行串行通信。

(2)管脚说明（管脚顶视图如图7-3所示）：

图7MT8980的管脚图（顶视）

1脚/DTA：数据确认信号，当此管脚变低时，表示微处理器送来的信号已被处理。它在使用时需要一个909欧上拉电阻。

2~9脚STI0~STI7：8个2.048Mbps串行输入的数据码流。

30脚VDD、(10)脚VSS：供电电源。

13~18脚A0~A5：微处理器控制访问的地址线。

11脚/FOI：帧定位信号，在/C4I的下一个下降沿到来的时候，/FOI变成低电平使内部计数器复位。

12脚/C4I：4.096MHz时钟输入。

19脚DS：DS变高，输入数据（微处理器接口）有效。

20脚R/W：读写控制输入，高电平为读，低电平为写。

21脚/CS：片选信号。

29~22脚D0~D7：数据总线。

38~31脚STO0~STO7：串行总线输出，对应8个2.048Mbps的码流。

39脚ODE：输出允许，高电平有效，低电平时，8个串行输出为高阻。

40脚CST0：串行总线的输出。一帧中的每一位对应8路输入串行码流的256个时隙。此位输出由软件控制。

研究的内容：

时钟与时隙,掌握时分复用原理。

要使用户2能听见用户1说话,交换网络控制设计，使用户2能听见用户1说话将第0条输入PCM上的第1时隙交换到第0条输出PCM的第2时隙上，则要做如下操作：A5~A0置为“0XXXXX”，写控制寄存器（8位）为“10X10000”，其中低3位“000”表示输出的第

0条PCM。再置A5~A0为“100010”，对应第0条PCM的第2时隙。对应的数据总线上的一个字节是“00000001”，高3位为输入的PCM号（此时为sti0），低5位对应的时隙数（此时为1）。

3、时分交换系统编程调试

课题研究目的：

1．了解CPU的工作原理及各种控制过程。

2．体会程控交换原理时分交换系统进行电话通信时的控制过程。

原理:

本课题研究分为四个单元实验，每个实验单元完成对一个单元电路的控制或一种系统设置。图8-1为本实验总体框图。

在本次实验中，我们通过实际编程调试，实现程控交换机中CPU对话路设备的控制，进一步加深对程控交换网络工作原理的认识。本实验利用时分交换系统CPU完成对各种信号音的控制和话音接续控制。

系统定义：用户1系统定义为第1路；

用户2系统定义为第2路；

用户3系统定义为第3路；

用户4系统定义为第4路；

下面我们按图8-1将实验系统通过MCS-51单片机仿真器连接到计算机，打开单片机仿真调试软件，编辑、修改、编译源程序，下载执行CPU控制指令，来实际体会一下信号音是如何接入电话线路的，各条线路是如何进行交换的。

1．时分交换单片机控制模块的控制原理,如图8-2。

(1)时分交换控制模块主要完成以下功能：控制接续、环路检测、振铃控制、双音多频收号。

(2)控制接续主要完成以下功能：送各种信号音（如拨号音、忙音、回铃音）、停信号音和实现两个电话的接续与断开。

(3)环路检测主要是检测电话的环路状态，然后通过软件来判断电话的摘挂机。

(4)振铃控制主要完成给被叫送振铃。

(5)

2．控制模块各端口地址

控制模块主要是由单片机和两片8255组成；

U10（8255）的A口地址为＃FAF0，B口为＃FAF1，C口为＃FAF2，控制字口为＃FAF3。

U21（8255）的A口地址为＃F6F0，B口为＃F6F1，C口为＃F6F2，控制字口为＃F6F3。

下面对各扩展端口的作用作详细的说明：

(1)U10的B口。其地址为＃FAF1，它的作用是发出振铃控制命令，B口有8个数据输出信

号线，依次是PB7、PB6、PB5、PB4、PB3、PB2、PB1、PB0，其中低四位用来对四个用户发出振铃控制命令，并且是一一对应的，PB0控制用户1，PB1控制用户2，PB2控制用户3，PB3控制用户4，高四位未用，比如要使用户1振铃，只需向＃FAF1（U10的B口）送＃01H即可。

(2)U10的C口。其地址为＃FAF2，它的作用是读取双音多频收号器送来的电话号码，C口

也有8个数据输入信号线，依次是PC7、PC6、PC5、PC4、PC3、PC2、PC1、PC0，其中低四位PC3、PC2、PC1、PC0为4bit电话号码的输入口，PC4是STD信号的输入口，用户是否有拨号就是通过STD信号来判断。当用户拨号码时，STD为低电平；无拨号时，STD为高电平，以此来读取电话号码。

(3)U21的C口。其地址为＃F6F2，它的作用是读取四部电话的环路状态，C口有8个数据

输入信号线，依次是PC7、PC6、PC5、PC4、PC3、PC2、PC1、PC0，其中低四位PC3、PC2、PC1、PC0为四个用户环路状态输入口，并且是一一对应的，PC3对应用户4，PC2对应用户3，PC1对应用户2，PC0对应用户1。“1”为环路断开（即电话挂机）；“0”为环路闭合（即电话摘机），然后通过程序处理来判断四用户的摘挂机状态。

(4)U10的A口。其地址为＃FAF0，它的作用是控制MT8980的地址线。A口有8个数据输出

信号线，依次为PA7、PA6、PA5、PA4、PA3、PA2、PA1、PA0，其中PA5、PA4、PA3、PA2、PA1、PA0接MT8980的地址线，并且一一对应，PA5对应MT8980的A5，PA4对应MT8980的A4，PA3对应MT8980的A3，PA2对应MT8980的A2，PA1对应MT8980的A1，PA0对应MT8980的A0。(5)U21的A口。其地址为＃F6F0，它的作用是控制MT8980的数据线。A口有8个数据输出

信号线，依次为PA7、PA6、PA5、PA4、PA3、PA2、PA1、PA0，它们都与MT8980的数据线相连，并且一一对应，PA7对应MT8980的A7，PA6对应MT8980的A6，PA5对应MT8980的A5，PA4对应MT8980的A4，PA3对应MT8980的A3，PA2对应MT8980的A2，PA1对应MT8980的A1，PA0对应MT8980的A0。中央控制器对U10的A口和U21的A口的共同控制来实现对MT8980的接续控制（详细的控制方法可查阅MT8980的相关资料）。对MT8980的其它控制线（如DS、／CS、R／W）的控制已由相关的硬件电路完成，这里不在赘述。主要研究的内容：

1．编程调试实现给电话送拨号音、忙音、回铃音。2．编程调试实现CPU读取电话号码。3．编程调试实现两部电话的接续。

4．编程调试实现系统中两部电话的呼叫全过程。

4、程控交换实验箱与电信网通信

课题研究目的：

了解模拟中继的接续过程。原理：

由前面的各单元实验可知，在一个实验箱内可完成四部电话相互通话和在两台实验箱之间完成模拟中继通话。这里将实验箱通过电话线与电信的交换机连接，则可以完成实验箱与电信网中任何电话进行通信，图9-1是它们的接口框图。

在本实验系统中，当有外线呼入时，指示灯就会闪烁，然后会听到语音提示“如果打用户一，请拨打1234；如果打用户二，请拨打2345；如果打用户三，请拨打3456；如果打用户四，请拨打4567”。实验箱拨打外线的拨号方式：00+被叫号码，其中“00”表示拨打外线，具体操作见实验步骤。主要研究内容：

利用实验箱的外线接口与电信网中的电话进行通信。

画出实现本次研究的电路方框图，并能说出其工作过程。

5、数字程控交换系统数据配置

课题研究目的：

1.研究分析程控交换试验箱配套实验演示软件。

2.研究修改系统的各种配置数据来观察修改后的实际效果，理解各个参数的具体含义，

从而进一步了解数字程控交换系统软件中数据的分类、意义以及它们对数字程控交换系统工作的作用和影响，理解数字程控交换系统和电信网络的工作方式。

原理:

程控交换系统中不同交换局的地位和周边环境彼此不同，所提供的业务和功能也不一定相同。其外部参数如交换局容量、中继线数等也千差万别。因此不可能也没有必要为每个交换局单独制作控制程序软件，即数字程控交换系统的软件必须有通用性。实现数字程控交换系统软件通用性的第一步就是把程序和数据分开，其次就是把数据区分为不同局拥有的共同数据（叫做系统数据）和各局不同的数据（叫做局数据）。此外，交换局还应该有反映用户订购业务情况（如是否需要拨打国内长途电话的功能）的用户数据。这样，数字程控交换系统的数据就包括系统数据、局数据和用户数据三部分。

系统数据是数字程控交换系统工作的一些基本数据，它对不同交换局（如市话局、长话局或国际局等）均能适用，基本上不随交换局的外部条件改变而改变，但仍然是可以配置的。

局数据指示交换局设备安装条件和在电信网中的地位和寻址方式等，包括硬件配置、编号方式、中继线信号方式等，这部分内容随不同交换局而不同，包括局数据的文件叫做局数据文件。用户数据指示交换局中有关用户分配、业务类别、话机类型（DTMF话机还是脉冲拨号话机）和其他用户类别（如单机或同线电话等）。包括了用户数据的文件叫做用户数据文件。

在本次实验中可以配置的系统数据包括各种超时数据（如久不应答时间、久不拨号时间间隔、位间隔时间等）；用户数据包括用户名、用户地址、用户号码、用户余额等。实验者在对话框中修改各个参数时，控制软件并不马上修改系统参数，仅当实验者单击“确定”后，控制软件才修改系统参数，使用户可以观察到参数修改后的实际效果。在控制软件的设计和编写中，设计了对输入数据类型和数据大小的检查，如要求输入的数据为整型数据时，实验者如果输入字符，则将被认为是非法数据；同样数据的大小也不能超过限制，否则会被认为是非法数据。当系统提示用户输入数据错误时，请注意根据数据的实际意义和取值范围进行输入。

主要研究内容：

1.熟悉程控交换实验演示软件。

2.配置数字程控交换系统的系统数据（各种超时数据）。

3.修改用户数据，观察修改后的影响。

6、程控交换电话拨号号码分析

课题研究目的

了解号码分析的过程。

原理：

1．用程序判断分析

可用程序判断进行数字分析。数字的来源可能直接从用户话机接受下来，也可能通过局间信令，然后根据所拨号码查找译码表进行分析。分析步骤可分为两部分。

(1)预译处理：在收到用户所拨的“号首”以后，首先进行预译处理，分析用户提出什么样的要求。

预译处理所需要的号首一般为1～3位号。例如，用户第一位拨“0”，表明为长途全自动接续;用户第一位拨“1”表明为特服接续。如果第一位号为其它号码，则根据不同的可能是本局接续，也可能是出局接续。

如果“号首”为用户服务的业务号(例如叫醒服务)，则要按用户服务项目处理。

号首的确定和用户业务的识别也可以采用逐步展开法，形成多级表格来实现。

(2)拨号号码分析处理：这是对用户所拨号码进行分析。可以通过译码表进行，分析结果决定下一步要执行的任务。因此译码表应转向任务表。图11-1为数字分析程序流程图概况。

图11-1

2．用查表法分析

通常采用查表方法可适应编号制度的变化而具有灵活性。数字分析的过程就是不断查表的过程，有塔形结构和线性两种表格的组织方式。

(1)塔形结构

塔形结构由多级表组成，图11-2表示了三级表格。用收到的逐位号码依次检索各级表格，即第1位查第1级表，第2位查第2级表，等等。表中各单元用1个比特作为指示位，0表示继续查表。此时所得为下级表的首地址。1表示查找结束，得到对应于一定的接续任务的代码。第1级只有一张表，第2级最多有10张表，第3级最多有100张表，形成“金字塔”式的结构。

图11-2

(2)、线性结构

线性结构的表格见图11-3。要收到足够的位数后才开始查表，例如收到前三位后查表。在大多数情况下可以得到分析结果——接续任务代码。对应于未使用的号码则使用特殊号码，例如用“0”表示。少数情况可能要继续查表，为此可以加一个扩展表。查扩展表可用搜索法，将收到的号码与表中的号码组合比较，如一致即搜索成功，从而得到相应的接续任务代码。搜索有两种方法：一种是线性方法，从表首开始开始依次搜索到表尾；另一种是两分搜索法，即先搜索表的中部，然后再搜索上半部或下半部的中部，以此类推，用两分法时表中的号码组合应按数字依次排列。

图11-3

在本实验系统中，号码分析是由号码分析函数完成的。从DTMF收号器收取的号码以字符类型存放在一个字符型数组中，数组的长度为被叫号码的长度，从这个数组中取出有效字符的个数作为号码分析的循环次数，开始进行号码分析。此函数是基于塔型结构的查表方法，分析过程如下图所示：

下表地址

下表地址

1

2

3

4

1

0外线任务

1

2

下表地址

下表地址

3下表地址

1

4用户一

0下表地址

火警

9

1空号

3

1空号

5

第2位第3位第4位

#1

系统用户的号码分别为“1234”“2345”“3456”“4567”，火警和匪警分别定义为“119＃”“110＃”，拨外线为“00”。

主要研究内容：

1.分析与实现号码分析的几种方法。

2.记录实验步骤的过程与结果结果，体会号码分析的过程。

7、数字程控交换系统计费

课题研究目的：

研究数字程控交换系统计费的过程，通过设设计和设置一些计费参数来观察其对计费的影响。

原理:

系统中的通信设备的投资主要通过收取用户的服务费得到补偿，所以计费应该根据服务时所占用的设备情况决定。这些设备可分为两类，一类是用户单独占用的设备，包括话机、用户环线和相应的交换机用户线接口。这类设备一旦分配给某用户后，无论该用户是否通话，都无法再被其他用户使用。另一类是许多用户共享的设备，包括交换机的接续网络、控制单元和中继传输系统（包括交换机的中继接口等）。这类设备仅在用户通话时被占用，通话结束后立即释放。因此，电话收费也应该包括两个部分。第一部分是月租金，它是每部话机占用的专用设备的费用。用户无论通话与否，每部话机每月必须交纳一定数额的租金。第二部分是通话费，它应该按照通信话务量计算，当需要使用中继传输系统时，还应该考虑传输距离。目前实用的计费方法主要有以下几种：

1．包月制

在包月制中，每个月对每台话机收取固定的费用，通话不再收费，且通话的时间和次数不限。这类制度实际上无须专门的计费系统。包月制的优点是简单，但常会造成话务量失控和通信设备使用上的浪费。包月制目前主要用于市话通信中。

2．单式计次制

这种计费制度除收取每台话机的月租外，还对每次通话收取固定的通话费，每次通话的时间不限。这类计费系统较简单，但因未考虑通话时间的长短及发、受话双方的距离，收费不够合理准确。单式计次制同样主要用于市话通信中。

3．复式计次制

在复式计次制中，除收取每台话机的月租外，还根据每次通话的距离、时间、和服务种类收取通话费。这种收费是最合理、最准确但也是最复杂的。在复式计费中，通话时间一般从受话方摘机时算起，至任何一方挂机时截止。

对于固定电话用户，电信运营商将在每个月的固定日期对用户进行上个月费用的结算并针对每个用户进行分拣，即所谓“分拣月结”。结算出的费用通常包括该用户的月租、市话费用和长途电话费用。结算后该用户的费用被清零，重新开始对新的通话的计费记录。

本实验系统中只有一种计费方式，即市话计费方式，通话双方双向计费，能设置某一天以及一段时间的折扣率，也可以使用户免收费，能显示通话记录以及用户的余额。

主要研究内容：

数字程控交换系统计费的过程及计费设计。

8、仿真电话与状态监控

课程研究目的：

理解整个呼叫处理的过程。

原理

通过对程控交换试验演示软件中的仿真电话功能，一步一步的实现整个呼叫处理的过

程，即在软件中选择某个操作，实验箱就执行相应的操作，这样让学生进一步理解整个呼叫处理的过程。

在仿真电话中选择“主叫摘机”，并选择相应的号码，按“执行”后，相应的用户就会听到拨号音。按了一个号码后，主叫停拨号音。按完四个号码后，如果号码错误，送主叫忙音，如果号码正确，送主叫回铃音，被叫振铃。选择“主叫挂机”或“被叫挂机”，则拆除线路，送被叫或主叫忙音。

以上是仿真电话整个呼叫处理的基本过程，具体操