实验1 电话用户信令的产生与观测实验

实验1电话用户信令的产生与观测实验

一、实验目的

1.了解常用的几种信令信号音和铃流发生器的电路组成和工作过程；

2.熟悉这些信号音和铃流信号的技术要求及测量方法。

二、电路工作过程

在用户话机与交换机之间的用户线上，要沿两个方向传递语言信息。但是，为了实现

一次通话，还必须沿两个方向传送所需的控制信号。比如，当用户想要通话时，必须首先

向程控机提供一个信号，能让交换机识别并使之准备好有关设备，止匕外，还要把指明呼叫

的目的地的信号发往交换机。当用户想要结束通话时，也必须向电信局交换机提供一个信

号，以释放通话期间所使用的设备。除了用户要向交换机传送信号之外，还需要传送相反

方向的信号，如交换机要向用户传送关于交换机设备状况，以及被叫用户状态的信号。

由此可见，一个完整电话通信系统，除了交换系统和传输系统外，还应有信令系统。

用户向电信局交换机发送的信号有用户状态信号(一般为直流信号)和号码信号(地址信

号)。交换机向用户发送的信号有各种可闻信号与振铃信号(铃流)两种。

A.各种可闻信号：一般采用频率为500Hz的方波信号，例如：

拨号音：(Dialtone)连续发送的500Hz信号。

回铃音：(Echotone)1秒送，4秒断的5秒断续的500Hz信号。

忙音：(busytone)0.35秒送，0.35秒断的0.7秒断续的500Hz信号。

B.振铃信号(铃流)：一般采用频率为25Hz,幅度为75V±15V的交流电压，以1秒

送，4秒断的5秒断续方式发送。

在本实验系统中，CPLD可编程器件EPM240用作程控交换系统的交换/控制模块与各种

信号产生模块，简称信令信号产生单元。其内部逻辑组成框图如图3-1所示。

EPM240在系统编程时，无需专门的编程器，器件安装在系统中后，用户可以在不改变

电路结构或电路板硬件设置的情况下，不必拔出芯片即可为重构逻辑而对芯片进行编程或

重新编程。这将使设计修改更加方便，逻辑功能更加灵活，编程更加快捷。

通过对CPLD器件EMP240进行编程，产生程控交换所需各种用户信令信号的输出，

加电即运行。

CPLD可编程器件输出的信令及控制信号(请参见图2-3用户线接口电路电原理图)

1.用户信令选择控制信号，如SELAg,SELBO-B,SELCO-3,SELDO-3=

2.拨号音信号(Dialsignal)

3.回铃音信号(Echosignal)

4.忙音信号(Busysignal)

5.铃流信号(Ringsignal)

6.振铃通断控制信号CA,CB,CC,CD

7.其它工作时钟及片选信号

图3-1CPLD可编程器件内部框图

关于信令信号的波形可见图3-2波形示意图：

回铃音：由UOlEPM240可编程器件产生，为1秒通、4秒断的重复周期为5秒的信

号，幅度在IV左右。测量为TP08。测量时注意示波器的扫描周期的调节。

忙音：由UOlEPM240可编程器件产生，为0.35秒通，0.35秒断的重复周期为0.7S

的500Hz的信号，幅度在IV左右。测量点为TP09,测量时注意示波器的扫描周期的调节。

拨号音：由UOlEPM240可编程器件产生，频率为500Hz,幅度在IV左右。测量点为

TP10,测量时注意示波器的扫描周期的调节。

铃流音：由U01芯片EPM240可编程器件产生的25Hz方波经RC积分电路后形成，它

的测量点为TPU,测量时注意示波器的扫描周期的调节。铃流信号送入PBL38710后，

需要通过功率提升，向用户话机送出铃流，完成振铃。各电话用户的振铃通断控制信号分

别为CA、CB、CC、CD,在TP307可以测出CA,其他几个点和CA一样，省略了测量点。

TP08

回伎h0二M―।―।―।――।一।一।一山

Is2s3s4s5sP6sH118s19s110s1Ils1

TP09

ik

nnnrr

oJ_|___L\__^L|__Ll_i__LLL

0.35s0.35s0.35s0.35s0.35s0.35s0.35s0.35s0.35s

图3-2各测量点波形图示意图

三、实验内容

1.用示波器测量各测量点拨号音、忙音、回铃音及铃流控制信号的波形。

四、实验步骤

1.打开实验箱右侧电源开关，电源指示灯亮，系统工作，薄膜开关选择“人工交换”，

具体设置说明请参见实验5；

2.调整好示波器状态，先分别测量TP08、TP09、TP10及TP11各测量点的波形，了解

各点波形的特征；

3.下面我们将把上列CPLD产生的各信令信号波形与电话呼叫时具体信号音进行对比实

验，让学生对这些信号特征有个感性的认识；

电话A、电话B分别接上电话单机。

4.摘下电话A,听电话听筒中传出的声音，即拨号音，对照测量TP303点波形（此时情

况同TP10）,记录并画出波形的示意图；

5.电话A拨号49,拨号音停，然后听电话听筒中传出的声音，即回铃音，对照测量TP303

点波形（此时情况同TP08）,记录并画出波形的示意图；

6.此时，电话B振铃响，此信号是由TP11的信号送到电话接口电路后经功率提升，在

中央控制单元的控制下，铃流信号驱动电话B振铃（振铃信号功率较大，不要求测量）。

7.当电话A摘机后超过20秒无拨号、拨空号或电话B忙（已摘机）等，此时听电话A

听筒中传出的声音，即忙音，对照测量TP303点波形（此时情况同TP09）,记录并画出波

形的示意图；

8.更换电话B进行实验，实验步骤与上同，对应的测试点为TP403。

注意：TP303测试点上信号会因电话呼叫接续情况不同而不同。电话B、C、D对应的

测试点分别为：TP403、TP503、TP604。

五、实验注意事项

1.此项实验必须要由两人合作完成。

2.此时只有信令的自动交换而没有信息的交换，所以实际上是不能通话的。

3.TP08,TP09、TP10,TP11所测波形，只是CPLD直接产生的或者经过积分的波形，不

受电话呼叫接续的控制。

六、实验报告要求

1.认真画出实验过程各测量点波形。

2.对各测量点特性进行分析，熟悉他们之间的区别和各自的作用。

答1：拨号音：幅度5V周期500HZ的方波信号

1.OOU圈CH2<v2.08UTime500.0us

回铃音1：幅度5V周期500HZ

RIGOLSTOPI于o400mU

046.0730Hz

BUS1.00UI3CH2"2.00UTime500.Ous0^0.0000s

回铃音2：有声音：5V,无声音0,Is通4s断

RIGOLSTOPi<wwww\^/\zww"w»w^fO400mU

$lG<5Hz

甲---------------------------------------------

BHH1.00USCH2”2.00UTime1.000s0*40.00ms

忙音L幅度5V周期2nls

RIGOLSTOPfO400rnU

忙音2：有声音：0.4s,无声音：0.4s,0.4s通0.4s断

铃流音：幅度：6.5V周期：40ms

答2：

拨号音和铃流音是连续音，忙音和回铃音是通断音。

拨号音作用是正在拨通中，忙音是用户繁忙，回铃音是被呼叫状态，铃流音是正在接通中。

测量为TP08：测量时注意示波器的扫描周期的调节。回铃音：由U01EPM240可编程器

件产生，为1秒通、4秒断的重复周期为5秒的信号，幅度在IV左右。

测量点为TP09：测量时注意示波器的扫描周期的调节。忙音：由U01EPM240可编程器

件产生，为0.35秒通，0.35秒断的重复周期为0.7S的500Hz的信号，幅度在IV左右。

测量点为TP10：测量时注意示波器的扫描周期的调节。拨号音：由U01EPM240可编程器

件产生，频率为500Hz,幅度在IV左右。

测量点为TP11：测量时注意示波器的扫描周期的调节。铃流音：由U01芯片EPM240可编

程器件产生的25Hz方波经RC积分电路后形成，它的铃流信号送入PBL38710后，需要

通过功率提升，向用户话机送出铃流，完成振铃。

实验2双音多频（DTMF）接收与检测实验

一、实验目的

1.观测电话机发送的DTMF信号波形；

2.了解电话号码双音多频信号在程控交换系统中的接收和检测方法；

3.熟悉该电路的组成结构及工作过程。

二、实验电路工作过程

DTMF接收器包括DTMF分组滤波器和DTMF译码器，其基本原理如图4-1所示。DTMF

接收器先经高、低群带通滤器进行。/&区分，然后过零检测、比较，得到相应于DTMF

的两路。、f«信号输出。该两路信号经译码、锁存、缓冲，恢复成对应于16种DTMF信号

音对的4比特二进制码（D1〜D4）。

图4-1典型DTMF接收器原理框图

IN+VDD

ivqg

IN-CI/GT

217

FBECO

316

VREFCID

415

ICDO4

514

ICDO3

613

OSCIDO2

712

OSCODOI

811

VSSEN

910

图4-2MT8870芯片管脚排列

在本实验系统电路中，DTMF接收器采用的是MT8870芯片。图4-2为管脚排列图。

1.电路的基本特性

（1）提供DTMF信号分离滤波和译码功能，输出相应16种DTMF频率组合的4位

并行二进制码。

(2)可外接3.5795MHz晶体，与内含振荡器产生基准频率信号。

(3)具有抑制拨号音和模拟信号输入增益可调的能力。

(4)二进制码为三态输出。

(4)提供基准电压(VDD\2)输出。

(5)电源+5V

(6)功耗15mw

(7)工艺CMOS

(8)封装18引线双列直插

2.管脚简要说明

IN+,IN-运放同、反相输入端，模拟信号或DTMF信号从此端输入。

FB运放输出端，外接反馈电阻可调节输入放大器的增益。

VREF基准电压输出。

IC内部连接端，应接地。

OSCi,OSCo振荡器输入、输出端，两端外接3.5795MHz晶体。

EN数据输出允许端，若为高电平输入，即允许D01〜D04输出，若为

低电平输入，则禁止D01〜D04输出。

D01〜D04数据输出，它是相应于16种DTMF信号(高，低单音组合)的4位

二进制并行码，为三态缓冲输出。

CI\GT控制输入，若此输入电压高于门限值VTSt,则电路将接收DTMF单

音对，并锁存相应码字于输出，若输入电压低于VTSt,则电路不接

收新的单音对。

ECo初始控制输出，若电路检测出一可识别的单音对，则此端即变为高

电平，若无输入信号或连续失真，则EC。返回低电平。

CID延迟控制输出，当一有效单音对被接收，CI超过VTSt,输出锁存器

被更新，则CID为高电平，若CI低于VTSt,则CID返至低电平。

VDD接正电源，通常接+5V。

Vss接负电源，通常接地。

3.电路的基本工作原理

它完成典型DTMF接收器的主要功能：输入信号的高，低频组带通滤波、限幅、频率

检测与确认、译码、锁存与缓冲输出及振荡，监测等，具体说来，就是DTMF信号从芯片

的输入端输入，经过输入运放和拨号音抑制滤波器进行滤波后，分两路分别进入高、低频

组滤波器以分离检测出高、低频组信号。

如果高、低频组信号同时被检测出来，便在ECO输出高电平作为有效检测DTMF信号

的标志；如果DTMF信号消失，则ECO即返至低电平，与此同时，ECO通过外接R向C充电，

得至1JCI、GT„

若经tGTP延时后,CI、GT电压高于门限值VTst时，产生内部标志，这样，该电路在

出现ECO标志时，将证实后的两单音送往译码器，变成4比特码字并送到输出锁存器，而

CI标志出现时，则该码字送到三态输出端D01〜D04,另外，CI信号经形成和延时，从CID

端输出，提供一选通脉冲，表明该码字已被接收和输出已被更新，如若积分电压降到门限

VTst以下,使CID也回到低电平。

MT8870的译码表见3-1所示，图3-3为双音多频实验系统的电原理框图。其中，数据

输出允许端EN测量点为TP308,为电话A、B共用。

表3-1MT8870译码表

D()3Doi

fL(Hz)fH(Hz)NO.ENDO4DO2

69712091HLLLH

69713362HLLHL

69714773HLLHH

77012094HLHLL

77013365HLHLH

77014776HLHHL

85212097HLHHH

85213368HHLLL

85214779HHLLH

94113360HHLHL

9411209*HHLHH

9411477#HHHLL

6971633AHHHLH

7701633BHHHHL

8521633CHHHHH

9411633DHLLLL

LZZZZ

需要指出，本实验系统采用一片MT8870芯片对两路用户电路进行号码检测接入（资

源共享方式），为了不影响电路的正常工作，则由模拟开关来接通或断开DTMF信号，模拟

开关的第二个作用是它对非拨号状态下的话音信号进行隔离，阻止话音信号进入MT8870

芯片，防止误动作的发生。在实际应用中，一片MT8870可以最多接入检测16路用户电路

的DTMF信号，此时，采取排队等待方式进行工作。当然，在具体设计这方面的电路时，

可要全面考虑电路的设计，使之能正常工作而不出现漏检测现象。

来自第一路的DTMF信号输入

------------>--------------至

—►D01

记

DTMF发

开关1―>D02

来自CPU控制输入电路器

-►D03单

8870

来自第二路的DTMF信号输入元

-►D04

开关2

来自CPU控制输入

图3-3双音多频实验系统的电原理框

三、实验内容

1.用示波器观察并测量发送DTMF信号的波形。

2.用示波器观察DTMF接收器译码数据输出允许端EN的测量点，拨号时注意其相应允

许端的电平变化。

四、实验步骤

1.打开实验箱右侧电源开关，电源指示灯亮，系统开始工作，无需选择工作方式；

2.电话A、电话B分别接上电话单机；

3.将示波器一通道放在1VT连接钏孔上，即测量发送的DTMF信号的波形；另一通道放

在TP308上，即测量DTMF接收器译码数据输出允许端EN的信号波形（注意需选择DC直

流档和2V档；只有正常摘机拨号时，MT8870才工作）；

4.将电话A用户摘机，听到拨号音后开始拨打对方号码，即按49键，拨号时注意TP308

波形的电平变化（即通知系统中的记发器模块接收DTMF系统输出的译码数据）；

5.电话B振铃响，摘下话机（此时因没有信息交换，只是信令的自动交换，所以电话

间不能进行通话）；

6.拨电话A上的任意键，此时注意观察1VT连接钾孔的波形，即电话A发送的DTMF信

号的波形（此时TP308的波形应始终为低电平）；

7.长按电话A的“1”键不放，调整好示波器，观察1VT连接钾孔的波形，即两个不同

频率的正弦波的叠加波形（具体参数可见表3TMT8870译码表）；

8.长按电话B的某键（1、2、3……等）不放，调整好示波器，观察2VT连接钏孔的波

形。结合表3-1,观测对比1VT和2VT波形，思考电话号码双音多频信号频率组成和其在

程控交换系统中的工作原理。

五、实验报告要求

1.分析并叙述电话号码双音多频信号频率组成和工作原理。

2.了解DTMF接收器的工作原理，画出其原理框图，简要叙述工作过程。

答1:双音多频信号频率组成：

双音多频由高频群和低频群组成，高低频群各包含4个频率。一个高频信号和一个低

频信号叠加组成一个组合信号，代表一个数字。DTMF信令有16个编码。利用DTMF信令可

选择呼叫相应的对讲机。双音多频信号（DTMF）,电话系统中电话机与交换机之间的一种

用户信令，通常用于发送被叫号码。

双音多频信号频率工作原理：

双音多频的拨号键盘是4X4的矩阵，每一行代表一个低频，每一列代表一个高频。

每按一个键就发送一个高频和低频的正弦信号组合，比如’1'相当于697和1209赫兹（Hz）o

交换机可以解码这些频率组合并确定所对应的按键。

答2：DTMF接收器工作原理：

DTMF接收器先经高、低群带通滤器进行L/合区分，然后过零检测、比较，得到相

应于DTMF的两路。、心信号输出。该两路信号经译码、锁存、缓冲，恢复成对应于16种

DTMF信号音对的4比特二进制码（D1〜D4）。

EN信号与双音信号：EN信号出现双音频信号也会出现

双音信号：由两个频率叠加在一起的正弦波

实验3空分交换(MT8816)实验

一、实验目的

i.掌握程控交换中空分交换网络交换的基本原理。

二、电路原理

由图11-1可知，该实验系统是由4路模拟电话用户电路、空分交换网络、交换控制

电路、液晶显示和供电系统电路等组成，构成一个程控模拟交换机。

电话B

图11-1实验系统的交换网络结构方框图

电话用户电路在前面实验中已作详细的介绍，这里不再重复。空分交换网络采用一片

8X16模拟交换矩阵MT8816芯片，使用说明将在后面开发实验中详细介绍。交换网络控制

器由U103等器件构成,U103中写有模拟交换矩阵MT8816的交换控制子程序及地址接续表,

根据电话用户的呼叫情况，控制模拟交换矩阵对应的交叉点闭合，即完成模拟语音信号的

空分交换。图11T中的交换矩阵交叉闭合点即是电话A与电话B通信的示意图。图中1VT、

2VT、3VT、4VT分别为电话A、电话B、电话C和电话D的去话模拟语音信号；1VR、2VR、

3VR、4VR分别为电话A、电话B、电话C和电话D的来话模拟语音信号。

三、实验内容

利用空分交换网络进行两部电话单机通话，对工作过程作记录。

四、实验步骤

1.在关电的情况下，确认发送增益跳线K301、K401等均设置为广2相连左侧；交换网

络接口插上“空分MT8816”交换模块，保管好其它模块；

2.打开实验箱右侧电源开关，电源指示灯亮，系统开始工作；

3.通过薄膜开关将交换工作方式设置在“空分MT8816”进行实验；

4.以电话A、电话B为例，分别接上电话单机；

5.四路模拟电话用户的发话测试点，即空分网络输入信号；

1VT：电话A发话测试点；

2VT：电话B发话测试点；

3VT：电话C发话测试点；

4VT：电话D发话测试点；

四路模拟电话用户的收话测试点，即空分网络输出信号。

1VR：电话A收话测试点；

2VR：电话B收话测试点；

3VR：电话C收话测试点；

4VR：电话D收话测试点。

6.双踪示波器同时测试1VT、2VR两点或2VT、1VR两点，是否有波形，按键说话时是否

有变化；

7.示波器两探头放在1VT、2VR两点上。电话A摘机，拨号49,同时观察示波器，哪个

探头测到的波形；

8.两路电话用户间的正常呼叫，两路电话能正常通话。此时，按键或说话，同时观察

示波器，哪个探头测到的波形，波形是否一样；

9.更换其它电话呼叫组合，根据步骤5中列出的测量点说明，验证空分交换网络MT8816

的工作情况。

五、实验报告

1.简述空分交换电路接续过程，并简述正常呼叫的操作步骤。

2.按照图11-1中模拟交换矩阵示例，画出其它电话间空分交换的连接示意图。

答1：空分交换网络采用一片8X16模拟交换矩阵MT8816芯片，交换网络控制器由U103

等器件构成，U103中写有模拟交换矩阵MT8816的交换控制子程序及地址接续表，根

据电话用户的呼叫情况，控制模拟交换矩阵对应的交叉点闭合，即完成模拟语音信号

的空分交换。

电话A发送:电话A发送+电话B接收:

。:・回1.00UI3CH2-l.eeuTi»e5.000ms»*-4.093ms

电话A接收+电话B发送:电话B发送:

实验4时分交换(MT8980)实验

一、实验目的

i.掌握程控时分交换网络的基本原理；

2.了解MT8980芯片的工作原理和使用方法。

二、电路原理

本节时分交换是采用MT8980来实现的。由图12-1可知，该实验系统是由4路数字电

话用户电路、时分交换网络、交换控制电路、液晶显示和供电系统电路等组成，构成一个

程控数字交换机。

图12-1实验系统的交换网络结构方框图

数字电话用户电路包括模拟电话接口电路和PCM编译码电路，前面实验都已作详细介

绍。时分交换网络采用一片8线X32信道数字交换专用芯片(它内部包含串-并变换器，

数据存储器、帧计数器、控制接口电路、接续存储器、控制寄存器、输出复用电路及并-

串变换器等功能单元。输入和输出均连接8条PCM基群30/32路数据线，在控制信号作

用下，可实现240/256路数字话音或数据的无阻塞数字交换)，其使用说明将在后面开

发实验中详细介绍。交换网络控制器由U103等器件构成，U103中写有MT8980的交换控制

子程序及时隙搬移地址表，根据电话用户的呼叫情况，将一方发送的PCM基群上的某个时

隙数据搬移到对方接收的PCM基群上的某个时隙上去，即完成数据的时分交换。如图12-2

所示，为PCM基群中一帧数据的示意图。MT8980进行时分交换时采用的是顺序读入、控

制读出的T交换单元，四路话路的PCM数据按顺序读入芯片内部的数据存储器中，在呼叫

建立阶段根据呼叫命令,为每路PCM数据选定一个输出时隙，这样维持不变直到通话结束。

电话A、电话B、电话C和电话D的PCM编码数据数率为2.048Mb/s,各自的发送和

接收默认时隙相同，分别为第4时隙同P02)、第8时隙(TP03)、第16时隙(TP04)和第24

时隙(TP05)。参考0时隙为TP06(负向脉冲)，发送的PCM数据流在TP304、TP404、TP504

和TP604均可测试,接收的PCM数据流在TP305、TP405、TP505和TP605均可测试。此时，

交换方式应选择“时分MT8980”。在实际交换中，接收到的PCM数据流将比发送的PCM数

据流延迟一帧时间，测试波形时请注意观察。

第0时隙电话A电话B电话C电话D

TP06TP02TP03TP04TP05

L_1111

-------------►

发端PCM___________L,山i

/八、、r

；V

收端PCM___________一iir

图12-2时分交换中数据搬移示意图

三、实验内容

1.理解时分交换原理，利用时分交换网络进行两部电话单机通话，记录工作过程。

四、实验步骤

1.在关电的情况下，确认发送增益跳线K301、K401等均设置为广2相连左侧；交换网

络接口插上“时分MT8980”交换模块，保管好其它模块；

2.打开实验箱右侧电源开关，电源指示灯亮，系统开始工作；

3.通过薄膜开关将交换工作方式设置在“时分MT8980”进行实验；

4.以电话A、电话B为例，分别接上电话单机；

5.四路数字电话用户的PCM编码输出测试点，即时分网络输入信号；

TP304：电话A的PCM编码输出测试点，同步时隙脉冲测试点TP02；

TP404：电话B的PCM编码输出测试点，同步时隙脉冲测试点TP03；

TP504：电话C的PCM编码输出测试点，同步时隙脉冲测试点TP04；

TP604：电话D的PCM编码输出测试点，同步时隙脉冲测试点TP05；

四路数字电话用户的PCM译