程控信令信號源

1、1 專業(yè)課程設(shè)計報告 題目： 程控交換信令音信號源的設(shè)計 姓名：專業(yè)：通信工程班級學(xué)號：同組人 ：指導(dǎo)教師： 20 14 年 6月25日 專業(yè) 課程設(shè)計任務(wù)書20132014學(xué)年 第 2 學(xué)期第 16 周 19 周 題目程控交換信令音信號源的設(shè)計內(nèi)容及要求（1）用單片機(jī)產(chǎn)生450Hz方波，經(jīng)濾波產(chǎn)生正弦信號；（2）用單片機(jī)產(chǎn)生控制信號。450Hz正弦波產(chǎn)生電路模擬開關(guān)電路控制信號產(chǎn)生電路進(jìn)度安排 第16周：查閱資料，確定方案，完成原理圖設(shè)計及仿真；第17周：領(lǐng)取元器件、儀器設(shè)備，制作、焊接電路；第18周：調(diào)試電路，完成系統(tǒng)的設(shè)計；第19周：檢查設(shè)計結(jié)果、撰寫課設(shè)報告。學(xué)生姓名：指導(dǎo)時間：第16

2、19周指導(dǎo)地點(diǎn)：E樓603室任務(wù)下達(dá)2014年 6 月2 日任務(wù)下達(dá)2014年 6 月2 日考核方式1.評閱 2.答辯 3.實(shí)際操作 4.其它指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師摘 要 在許多領(lǐng)域中，程控交換信令音信號源都得到了普遍應(yīng)用，比如在控制交換機(jī)動作，在通信中保護(hù)用戶信息有效可靠傳輸?shù)鹊取？梢姵炭亟粨Q信令音信號源的設(shè)計在現(xiàn)代社會中顯得尤為重要。該設(shè)計采用單片機(jī)通過定時器中斷產(chǎn)生頻率為450Hz的方波信號，方波信號通過一個帶通濾波器和一個低通濾波器得到一個同頻率的正弦波信號，再經(jīng)過模擬開關(guān)電路（單片機(jī)產(chǎn)生控制信號）得到一個信令音信號源。最終單片機(jī)通過定時器中斷產(chǎn)生頻率為450Hz的方波信號，方波信號通過帶通

3、濾波器的低通濾波器轉(zhuǎn)換成同頻率正弦波信號，再經(jīng)過模擬開關(guān)電路得到程控交換信令音信號源。關(guān)鍵字：程控交換、信令音、帶通濾波器、低通濾波器 目 錄前 言1第一章 系統(tǒng)組成及工作原理21.1 系統(tǒng)組成21.2 工作原理22.1 電路方案設(shè)計32.2 方案選擇4第三章 單元電路設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇53.1 方波產(chǎn)生器53.2 帶通濾波器63.3 模擬開關(guān)電路73.4 控制信號產(chǎn)生電路83.5 音頻輸出電路8第四章 軟件設(shè)計104.1 程序流程圖104.2 程序代碼11第五章 仿真和調(diào)試145.1 Proteus仿真電路的組成145.2 調(diào)試15第六章 結(jié)論17參考文獻(xiàn)18前 言自動電話交換由“機(jī)電

4、”方式向“程控”方式演變，是20世紀(jì)電話通信的又一次重大變革。程控電話交換機(jī)就是電子計算機(jī)控制的電話交換機(jī)。它是利用電子計算機(jī)技術(shù)，用預(yù)先編好的程序來控制電話的接續(xù)工作。從技術(shù)結(jié)構(gòu)上劃分為程控空分用戶交換機(jī)和程控數(shù)字用戶交換機(jī)。前者是對模擬信號進(jìn)行交換，屬于模擬交換范疇。后者交換的是PCM數(shù)字語音信號，是數(shù)字交換機(jī)的一種類型。在網(wǎng)絡(luò)中傳輸著各種信號，其中一部分是我們需要的（例如打電話的語音，上網(wǎng)的數(shù)據(jù)包等等），而另外一部分是我們不需要的（只能說不是直接需要）它用來專門控制電路的，這一類型的信號我們就稱之為信令，信令的傳輸需要一個信令網(wǎng)。信令是在電信網(wǎng)的兩個實(shí)體之間，傳輸專門為建立和控制接續(xù)的信

5、息。信令音分為撥號音、回鈴音、忙音和振鈴信號。目前國內(nèi)外本課題相關(guān)設(shè)計有主要以下幾個方法：（1）、采用軟件設(shè)計的方法，即用定時器中斷產(chǎn)生一個450Hz的方波信號，通過一個濾波器得到正弦波信號，再通過模擬開關(guān)電路驅(qū)動蜂鳴器得到程控信令音信號源；（2）、用555芯片產(chǎn)生一個頻率為450Hz的方波信號，通過一個帶通濾波器得到正弦波信號，再通過模擬開關(guān)電路驅(qū)動蜂鳴器得到程控信令音信號源。（3）、直接用單片機(jī)產(chǎn)生一個頻率為450Hz的正弦波信號，通過模擬開關(guān)電路驅(qū)動蜂鳴器得到程控信令音信號源。第一章 系統(tǒng)組成及工作原理1.1 系統(tǒng)組成本次課程設(shè)計題目程控交換信令音信號源主要由五個模塊組成，方波產(chǎn)生器，濾

6、波器，模擬開關(guān)電路，控制信號產(chǎn)生電路，蜂鳴器產(chǎn)生信令音信號源。系統(tǒng)的模塊組成如圖1.1所示。模擬開關(guān)電路方波經(jīng)濾波器變成正弦波方波產(chǎn)生器控制信號產(chǎn)生電路蜂鳴器產(chǎn)生信令音圖1.1 系統(tǒng)模塊組成1.2工作原理450Hz方波信號由單片機(jī)定時器中斷產(chǎn)生。方波信號經(jīng)過帶通濾波器和低通濾波器轉(zhuǎn)換成同頻率的正弦波信號，與此同時，單片機(jī)產(chǎn)生控制信號控制模擬開關(guān)電路工作，最終驅(qū)動蜂鳴器產(chǎn)生信令音信號源。單片機(jī)控制信號是由單片機(jī)學(xué)習(xí)板上的獨(dú)立按鍵來完成的，模擬開關(guān)電路可以采用芯片4066來實(shí)現(xiàn)。 第二章 電路方案設(shè)計及方案選擇2.1 電路方案設(shè)計方案一：采用單片機(jī)定時器中斷產(chǎn)生450Hz方波信號，再通過帶通濾波器

7、濾波和低通濾波器變成同頻率的正弦波信號，再通過單片機(jī)產(chǎn)生控制信號控制4066芯片的通斷來驅(qū)動蜂鳴器產(chǎn)生三種不同的信令音信號源。單片機(jī)產(chǎn)生控制信號是由單片機(jī)學(xué)習(xí)板自帶的獨(dú)立按鍵來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)按下三個不同的按鍵時分別產(chǎn)生三種不同的信令音信號源。模擬開關(guān)電路是由4066芯片來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)4066芯片的控制引腳接上高電平時，信號通過。當(dāng)接上低電平時，信號則不能通過。設(shè)計總原理圖如圖2.1所示。圖2.1 方案一方案二：采用單片機(jī)定時器中斷產(chǎn)生450Hz方波信號。經(jīng)過一個五階的低通濾波器得到同頻率的正弦波信號。再通過單片機(jī)產(chǎn)生控制信號控制4066芯片的通斷來驅(qū)動蜂鳴器產(chǎn)生三種不同的信令音信號源。單片機(jī)產(chǎn)生控制

8、信號是由單片機(jī)學(xué)習(xí)板自帶的獨(dú)立按鍵來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)按下三個不同的按鍵時分別產(chǎn)生三種不同的信令音信號源。模擬開關(guān)電路是由4066芯片來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)4066芯片的控制引腳接上高電平時，信號通過。當(dāng)接上低電平時，信號則不能通過。設(shè)計總原理圖如圖2.2所示。圖2.2 方案二2.2 方案選擇 方案一和方案二的設(shè)計原理基本相同，都采用了單片機(jī)定時器中斷產(chǎn)生方波信號和單片機(jī)產(chǎn)生模擬開關(guān)電路控制信號，所不同的是方案一方波信號轉(zhuǎn)換成正弦波信號主要是由帶通濾波器完成的，而方案二主要采用低通濾波器。經(jīng)仿真以及成本比較，方案一的效果比方案二的效果要好，但是方案一的成本要比方案二要高。綜合分析，在保證設(shè)計盡可能的準(zhǔn)確，本次設(shè)

9、計采用方案一。第三章 單元電路設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇3.1 方波產(chǎn)生器 450Hz的方波信號可以由單片機(jī)定時器中斷產(chǎn)生。單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)、時鐘電路和復(fù)位電路組成。原理圖如圖3.1所示。圖3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖時鐘電路：在單片機(jī)XTAL1和XTAL2引腳上跨接上一個晶振和兩個穩(wěn)頻電容，可以與單片機(jī)片內(nèi)的電路構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。晶振的取值范圍一般為024MHz，此處我們選用12 MHz。外接電容的作用是對振蕩器進(jìn)行頻率微調(diào)，使振蕩信號頻率與晶振頻率一致，同時起到穩(wěn)定頻率的作用。原理圖如圖3.2所示。圖3.2 時鐘電路復(fù)位電路：上電復(fù)位電路中，利用電容充電來實(shí)現(xiàn)復(fù)位。在電源接通瞬

10、間，RST引腳上的電位是高電平，電源接通后對電容進(jìn)行快速充電，隨著充電的進(jìn)行，RST引腳的電位也會逐漸下降為低電平。只要保證RST引腳上高電平出現(xiàn)的時間大于兩個機(jī)器周期，便可以實(shí)現(xiàn)正常復(fù)位。原理圖如圖3.3所示。圖3.3 復(fù)位電路3.2 帶通濾波器 帶通濾波器是由低通濾波器和高通濾波器構(gòu)成的。帶通濾波器電路圖如圖3.4所示。圖3.4 帶通濾波器公式一3.3 模擬開關(guān)電路模擬開關(guān)電路是由4066芯片來完成的。控制信號是由單片機(jī)提供的。當(dāng)控制信號為高電平時，信號通過，當(dāng)控制信號為低電平時，信號截止。電路原理如圖3.5所示。圖3.5 模擬開關(guān)電路3.4 控制信號產(chǎn)生電路  控制信號是通過單

11、片機(jī)學(xué)習(xí)板的獨(dú)立按鍵來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)按下不同的按鍵時，蜂鳴器會發(fā)出不同的信令音。原理圖如3.6所示。圖3.6 控制信號產(chǎn)生電路3.5 音頻輸出電路音頻輸出電路（如圖3.4）由蜂鳴器和三極管構(gòu)成，三極管起開關(guān)作用，其基極的高電平使三極管飽和導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲；而基極低電平則使三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。音頻輸出電路圖如圖3.7所示。圖3.7 音頻輸出電路第4章 軟件設(shè)計4.1 程序流程圖主程序入口初始化判斷K2按鍵是否按下判斷K1按鍵是否按下否是 是 否P13一直輸出低電平。P13輸出4s低電平,1s的高電平矩形波信號P13輸出低電平350ms,高電平350ms的方波信號結(jié)束圖4.1 程序流程圖4.

12、2程序代碼#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit out_rectangle=P10;sbit key1=P20;sbit key2=P21;sbit key3=P22;sbit control=P13;uint num,i;void intial(void)control=0;num=0;TMOD=0x01;/設(shè)置定時器0為工作方式1TH0=(65536-1111)/256;/裝初值1.111ms一次中斷TL0=(65536-1111)%256;EA=1;/開總中斷ET0=

13、1;/開定時器0中斷TR0=1;/啟動定時器0void delayms(uint k)/延時函數(shù)uint k1,k2;for(k1=k;k1>0;k1-)for(k2=110;k2>0;k2-);void keyscan()/按鍵掃描函數(shù)if(key1=0)/按鍵1 450Hz的信號的撥號音delayms(10);if(key1=0)control=0;if(key2=0) /按鍵2 4s通，1s斷的5s斷續(xù)的450Hz信號的回鈴音delayms(10);if(key2=0)for(i=0;i<4;i+)control=0;delayms(4000);control=1;de

14、layms(1000); if(key3=0) /按鍵3 0.35秒送，0.35秒斷的0.7秒斷續(xù)的450Hz信號忙音delayms(10);if(key3=0)for(i=0;i<10;i+)control=0; /4066通delayms(350);control=1;delayms(350); /4066斷 void main()intial();while(1)keyscan();void T0_time() interrupt 1TH0=(65536-1111)/256;TL0=(65536-1111)%256;num+;if(num=1)num=0;out_rectangle

15、=out_rectangle;第五章 仿真和調(diào)試5.1 Proteus仿真電路的組成程控交換信令音信號源仿真電路圖如圖5.1所示，仿真結(jié)果圖如圖5.2所示。 圖5.1 仿真電路當(dāng)按下s1按鍵時，蜂鳴器一直在發(fā)出聲音；當(dāng)按下s2按鍵時，蜂鳴器發(fā)出4s的聲音和1s斷的聲音；當(dāng)按下s3按鍵時，蜂鳴器發(fā)生0.35ms通的聲音，0.35ms斷的聲音。5.2 調(diào)試 電路的調(diào)試具體步驟大致可分為：通電觀察、靜態(tài)調(diào)試和動態(tài)調(diào)試。（1）通電觀察：通電后不要馬上測量電氣指標(biāo)，如高低電平，脈沖信號等，而要觀察電路有無異常現(xiàn)象，例如有無冒煙，有無異味，手摸集成電路外殼是否發(fā)燙等，如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即斷開電源開關(guān)，

16、待排除故障后再通電。（2）靜態(tài)調(diào)試：通過和理論估算值比較，結(jié)合電路原理的分析，判斷電路直流工作狀態(tài)是否正常，及時發(fā)現(xiàn)電路中已損壞或處于臨界工作狀態(tài)的元器件。通過更換器件或調(diào)整電路參數(shù)，使電路直流工作狀態(tài)符合設(shè)計要求。（3）動態(tài)調(diào)試：動態(tài)調(diào)試是在靜態(tài)調(diào)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，在電路的輸入端加入合適的信號，按信號的流向，順序檢測各測試點(diǎn)的輸出信號，若發(fā)現(xiàn)不正?，F(xiàn)象，應(yīng)分析其原因，并排除故障，在進(jìn)行調(diào)試，直到滿足要求。圖5.2 實(shí)物圖前 言1第一章 系統(tǒng)組成及工作原理21.1 系統(tǒng)組成21.2工作原理22.1 電路方案設(shè)計32.2 方案選擇4第三章 單元電路設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇53.1 方波產(chǎn)生器53

17、.2 帶通濾波器63.3 模擬開關(guān)電路73.4 控制信號產(chǎn)生電路83.5 音頻輸出電路8第四章 軟件設(shè)計104.1 程序流程圖104.2程序代碼11第五章 仿真和調(diào)試145.1 Proteus仿真電路的組成145.2 調(diào)試15第六章 結(jié)論16參考文獻(xiàn)17第六章 結(jié)論在此次課程設(shè)計中，將課本理論知識與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來。按照書本上的知識和老師講授的方法，首先和同學(xué)一起分析研究此次電路設(shè)計任務(wù)和要求，然后按照分析的結(jié)果進(jìn)行實(shí)際連接操作，檢測和校正，再進(jìn)一步完善電路。在其中遇到一些不解和疑惑的地方，還有出現(xiàn)的一些未知問題，都認(rèn)真分析討論，然后對討論出的結(jié)果進(jìn)行實(shí)際檢測校正，對一些疑難問題也認(rèn)真向老師詢問請教，和老師一起探討解決。盡管本次設(shè)計結(jié)果很好地達(dá)到設(shè)計要求，最終電路能實(shí)現(xiàn)450Hz的方波信號轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的正弦波信號，也能通過單片機(jī)控制4066芯片使蜂鳴器發(fā)出三種不同的信令音。但是還存在很大的不足。主要有以下幾點(diǎn)：（1）電路設(shè)計的比較復(fù)雜，導(dǎo)致焊接時跳了好多線，而且制作的成本也比較高。（2）盡管