微機交換系統的研制開發

引言
電力線載波機是電力系統專用的一種通信設備，主要由電力線載波通道和自動交換兩部分組成，目前的微機交換系統由單片機和大量數字集成電路組成，具有程控交換、功能完善、集成度和可靠性高等特點，可有效地提高設備利用率，減少維護工作量。這一部分相對來說功能繁多，邏輯關系復雜。
HDD微機交換系統是以MCS-51單片機為核心開發的電力線載波通信設備專用的接口交換應用系統裝置，它由硬件部分和軟件部分組成。硬件部分是整個系統構成的基礎，軟件部分則充分、合理地支持和使用系統的硬件，從而完成系統所設計的任務。HDD微機交換系統的研制開發包括單片機的硬件開發、軟件開發以及系統的仿真調試等過程。

總體設計
HDD微機交換系統的研制開發主要步驟有：預案研討、總體設計、系統硬件設計、系統軟件設計、仿真調試、固化應用程序，脫機運行等。
在HDD微機交換系統總體方案設計階段，從簡化電路結構、降低成本、減少故障率、提高系統的靈活性及通用性方面綜合平衡，提倡軟件能實現的功能盡可能由軟件來完成，如用軟件實現較困難時，則考慮用硬件完成，以獲得較好的性能價格比。

硬件設計
本系統硬件設計的主要任務是確定系統的核心控制電路、輸入輸出接口電路、外圍電路及各個功能模塊電路結構，最終設計出整個系統的原理框圖和電氣接線圖，并給出合理的原理描述。為簡化電路結構，確定選用MCS-51系列單片機中帶有內部EPROM的8751作為微機交換系統的核心控制芯片，不再外擴數據存儲器RAM和程序存儲器ROM。
整機電路由用戶電路、服務信號產生電路、四線E/M音轉電路、雙音多頻接收電路、自動復位電路及單片機等部分組成。

軟件設計
在HDD微機交換系統的研制開發過程中，軟件設計是工作量最大、最困難的任務。本系統由于其規模小，適用的場合不同于大型交換機，所以在編程方面有其獨特的要求與特色。雖然系統用戶較少，但用戶的類型復雜，除有普通用戶之外，還有四線E/M音轉用戶、載波接口、小號接口等。由于系統只有4KB的片內程序存儲器，所以編程時要將程序限制在4KB以內，內存的使用要限制在128B之內。
為降低成本和減少硬件電路，盡量以軟件代替硬件。例如各種信號音的產生不是由振蕩器而是由單片機完成的；另外，在系統的輸入信號中，一般都含有種種噪聲和干擾，它們主要來自被測信號本身或外界干擾，為了提高系統可靠性，減少各種干擾對系統的影響，除了采用硬件的電路措施抗干擾和濾波外，本系統也采用了軟件數字濾波的方法。軟件設計主要步驟為系統定義、軟件結構設計、繪制程序流程圖、編寫程序。

HDD微機交換系統的軟件開發
● 概述
程控交換軟件主要由兩部分組成，一部分是支持交換系統運行的主交換程序，另一部分是系統數據庫。主交換程序采取并發執行的機制，由前臺程序模塊和后臺程序模塊兩部分相對獨立運行的程序模塊組成。前、后臺程序是根據事件要求處理的緊急程度來劃分。交換系統必須對許多事件做相應的處理，如用戶摘機、掛機、用戶撥號的收集、用戶所撥號碼的分析、尋找被叫、向被叫振鈴、限時拆線等，這些處理的實時性是不一樣的。對于一般的處理系統，按其實時性可分為三類，第一類是按周期執行的，例如DTMF掃描每20ms執行一次；第二類是時間響應不緊迫，在0.5秒內執行就可以；第三類是通常不執行，但如果需要，就必須即時執行。從其實時性要求的觀點來安排處理程序，應該是3、1、2。第三類實時性要求的處理通常是指故障處理與恢復，第一類的處理通常是對用戶狀態的掃描以及對用戶撥號的檢測與收集等，而諸如號碼數字分析等則可列為第二類處理。
HDD型微機交換系統采用作業執行計劃表來分配處理器時間，按照各種處理的實時性要求，主要劃分為以下各種作業。
(1)10ms作業。該作業完成的處理功能包括檢測用戶的特殊服務請求、對于出中繼呼叫、控制向中央局發送脈沖、修改10ms計數單元。
(2)20ms作業。該作業完成的處理功能包括號盤話機撥號脈沖的收集、號盤話機所撥數字的累計、用戶各種服務請求的檢測、雙音多頻(DTMF)的檢測、話機撥號數字的存儲、修改100ms計數單元。將20ms作業分為兩組，一組和時間編號為偶數的10ms作業安排在一起，稱為偶次循環作業。另一組和時間編號為奇數的10ms作業安排在一起，稱為奇次循環作業。這樣做的目的是為了均衡處理器時間，使在每個時間編號內的處理負擔基本相同，否則如把所有處理集中在一起，就會造成在某一個10ms內的處理負擔輕，而在另一個10ms內的處理負擔較重。
(3)50ms作業。該作業主要是完成小號接口用戶、音轉用戶呼叫的掃描及處理。
(4)100ms作業。該作業是呼叫處理中最重要的作業，它完成對用戶狀態的掃描、對小號口和音轉口狀態的掃描、確認用戶的摘掛機狀態和接口的占用狀態、分配各種必須的系統資源等任務。
(5)1s作業。該作業負責處理各種定時。有許多定時是以秒作為基本單位的，如主叫用戶摘機到撥打第一個數字之間的最大時限為8～30s，向被叫振鈴最大不應答時限為60s等，這些定時的處理都在這個作業中完成。
(6)10s作業。此作業主要完成資源審核功能。有時因為某種不正常情況使得分配出去的資源得不到及時回收，這樣就使得呼叫的接通率大大下降，為此設置10s作業來定時審核各占用的資源是否真正在使用，若沒有使用則強行回收，以保證正常的接通率。
(7)空閑時作業。這個作業所完成的任務對時間緊迫性要求不高，例如對主叫所撥的號碼分析、識別后的處理等。這些任務的實時性要求不如上面所說的10ms作業及100ms作業那樣緊迫，可以在10ms作業、100ms作業等周期性作業執行后的空閑時間內進行，所以稱其為空閑時作業。
● 程序的組成
HDD型微機交換系統的程序總體上被分為兩大類，即基本級程序與時鐘級程序。基本級程序又稱為主程序，而時鐘級程序則可稱為中斷服務程序。這樣分類編寫的目的是由基本級程序完成實時性要求不太強的任務，而時鐘級程序則完成實時性要求較強的任務。
基本級程序完成對各用戶狀態的檢測、輸入號碼的分析與判斷、對各種表格的建立、填寫和清除、對各種標志的置位與復位、對用戶工作狀態的改寫等。時鐘級程序則完成信號音(包括800HZ、400Hz、忙音、回鈴音、強拆音及振鈴信號等)的產生，接收用戶輸入的撥號脈沖、雙音頻信號、轉發脈沖，以及用于定時的多個鬧鐘的運行等任務。
基本級程序與時鐘級程序之間相互配合，它們各自完成自己的任務，同時又依賴對方的服務。例如鬧鐘預置和清除由基本級程序做，但鬧鐘的運行則由時鐘級程序完成；忙音和回鈴音的產生由時鐘級程序做，而它們的送和停則由基本級程序控制。這樣分開來編寫程序，是交換機的工作特點所決定的。
基本級程序大體被分為以下模塊，普通用戶為主叫的模塊、載波接口為主叫的模塊、小號接口為主叫的模塊、內部交換模塊、音轉接口(四線E/M)為主叫的模塊、優先用戶模塊、自動回送800Hz測試信號模塊等。
● 基本級部分程序流程圖
基本級程序總體流程圖如圖1，普通用戶呼叫處理程序模塊流程圖如圖2所示。

HDD微機交換系統的開發調試
HDD微機交換系統經過了總體設計、硬件設計、軟件設計、制板、元器件安裝之后，在系統的程序存儲器中放入編制好的應用程序，系統便可運行。要使系統真正運轉起來，還需要運用SICE-IV型在線仿真器來進行軟硬件調試，發現并改正錯誤。聯機仿真調試過程包括連機、開啟電源、運行TERMSICE通信程序、硬件調試和軟件調試。
經過上述在線仿真調試成功后，便可在SICE-IV上接入8751固化讀出器及用戶單片機8751，在操作命令控制下將仿真RAM內的目標程序固化到8751內部的EPROM中。在固化過程中，自動檢測固化的正確性，及時提示出錯信息。固化完畢，將8751插入樣機，交換系統便可獨立工作。

結束語
HDD微機交換系統是根據電力線載波通信系統現場需求設計的新一代專用交換接口裝置，是一種高集成度、智能化、使用維護方便、接口多樣的微機交換系統。HDD微機交換系統的成功開發和使用可以大大提高電力系統通信的運行水平，降低維護成本，創造良好的經濟效益。

參考文獻：
1 馬崇良．單片微型計算機原理及應用．
中國紡織出版社, 1996
2 孫涵芳,徐愛卿．MCS-51/96系列單片機原
理及應用．北京航天航空大學出版社,1996
3 陳錫生,孫志萬．程控交換．電子工業出版
社,1989