基于單片機控制的小型簡易程控交換系統

用戶交換機是構成現代交換式通信網的重要設備，主要由用戶線接口部分、交換網絡和控制系統3大部分組成。控制系統依靠存儲器中的程序和數據，引導微處理器對各種信令進行適當的處理，對交換網絡和接口實行必要的控制。由于微處理機功能的不斷增強和集成電路成本的不斷下降，人們已有可能用合理的造價生產出功能齊全的交換機。實際中實現交換系統的方案有較大差別，缺乏統一模式，這就給詳細、具體地掌握系統的內部結構帶來了一定的困難。基于以上原因，我們考慮將單片機知識與程控交換的基本原理相結合來設計簡易的交換系統。該系統采用單片機、網絡交換芯片和用戶接口電路芯片，以單片機為微控制器來實現通信系統的呼叫響應、處理、應答，話路接續，通話計時及復位拆線等基本功能。

1 系統的組成及原理

1.1 工作原理

本系統是依據程控交換原理設計的微型空分交換系統，系統原理框圖如圖1所示。其基本工作原理：當用戶1摘機呼叫用戶2時，交換機向主叫方發送撥號音，同時由單片機將主叫號碼送七段顯示器顯示，主叫方撥打相應號碼后，DTMF譯碼電路譯出對應的編碼并引起單片機中斷，AT89C51讀入數據同時顯示被叫號碼，此時交換機切斷撥號音并檢測被叫方狀態，若被叫用戶忙則交換機向主叫方發送忙音，否則，向被叫方送鈴流、向主叫方送回鈴音。當被叫方摘機后，交換機切斷鈴流和回鈴音，接續話路，雙方開始通話并啟動通話計時。當一方掛機后，計時停止顯示通話時間并向對方送催掛音，對方掛機后系統拆線復原。

1.2 硬件電路組成

(1)信號檢測、信號音控制電路

信號檢測電路用來檢測用戶的狀態并接收用戶撥打的電話號碼，并根據用戶狀態啟動相應的信號音控制信號。以2個通話用戶為例，采用AT89C51的P1口與用戶接口電路相連，用以檢測是否有用戶呼叫并控制DTMF解碼電路。P1.0、P1.1用于接收主、被叫方的摘掛機信號，用戶摘機則話機經P1.0、 P1.1向AT89C51發出一高電平信號，此時表示有用戶呼叫。P1.3、P1.4通過模擬開關CD4066控制主、被叫雙方的DTMF解碼電路，高電平有效。采用8255的PC口接收話機經用戶接口發送來的電話號碼，單片機中斷時從PC口讀入數據。

信號音控制電路采用8255芯片的PA、PB口進行控制，PA0、PA1作為鈴流控制輸出信號，PA4、PA5用作回鈴音控制信號，PB0、PB1為忙控制信號，PB4、PB5為撥號音控制信號，各控制信號均為高電平有效。因此，1片8255可同時對2對用戶的信號音進行控制。單片機根據檢測到的用戶狀態產生相應信號音的控制信號，以便向用戶端發送信號音。信號檢測、信號音控制電路如圖2所示。

(2)雙音多頻解調電路

MT8870是雙列直插DTMF解碼專用電路。雙音多頻解調電路如圖3所示。

AT89C51的P1.3、P1.4接模擬開關CD4066的13、12腳來控制MT8870的解碼，高電平時允許解碼電路工作。2個用戶的雙音多頻信號分別由CD4066的1、11腳輸入，經過MT8870內部的前置放大器送入高低頻組帶通濾波器，再經幅度檢測器進入譯碼電路，最后從輸出端輸出相應的編碼。采用CD4066還可起到隔離話音信號與DTMF信號的作用，以免對解碼造成干擾。MT8870的STD接AT89C51的INT0，當STD電平由低變高時引起單片機中斷讀取電話號碼。

(3)交換網絡電路

電子接線器是空分交換網絡的核心部件，我們采用MT8816來完成通話雙方線路的接續。MT8816芯片是8×16的模擬開關陣列，8路列輸入/輸出（Y0~Y7）和16路行輸入/輸出（X0~X15）形成模擬交換矩陣，芯片有保持電路，可保持任一交叉點處于接通狀態，直至接收到復原信號為止，其引腳如圖4所示。AT89C51 的P0口通過列地址線AY0~AY2和行地址線AX0~AX3控制列線與行線選擇需要接通的交叉點(例如，要接通Y0和X1間的交叉點需向AY0~AY2 送000，向AX0~AX3送1000)。DATA為交叉點開關控制位，高電平時交叉點開關連通相反則斷開。RST為復位信號輸入，高電平時全部開關均置于截止狀態。STB為選通脈沖輸入，AT89C51送入列、行地址碼后還必須給STB端送一脈沖信號同時DATA置高電平，才能使MT8816完成接續工作，MT8816拆線復原的過程與接續過程類似，此時只須將DATA置低電平即可。

交換網絡向用戶端發送的各種信號音的接通和切斷可通過相應的信號音控制信號(8255的PA、PB口)選通CD4066來實現。

(4)用戶接口電路

用戶接口電路是由用戶線接口芯片MH88612和PCM編解碼芯片TP3067組成，兩者共同完成BORSCHT七項功能。用戶線接口檢測到用戶1摘機后，MH88612的SHK引腳輸出一高電平至P1.0，AT89C51將8255的PB4端置高電平控制交換網絡向用戶1送撥號音，單片機收到正確號碼后控制系統發出振鈴控制信號即將8255的PA1置高電平并由MH88612的RC腳輸入，驅動繼電器K閉合向用戶線接口2送振鈴，同時將PA4置高電平控制交換網絡向用戶1送回鈴音。當用戶2摘機時，其接口電路的SHK腳輸入一高電平至P1.1，單片機控制MT8816接續通話線路。當任一方掛機時其相應的SHK輸出一低電平控制系統向另一方送催掛音。