基于單片機(jī)的簡易程控交換系統(tǒng)的設(shè)計

1、吉林建筑大學(xué)電氣與計算機(jī)學(xué)院現(xiàn)代交換技術(shù)課程設(shè)計報告 設(shè)計題目：基于單片機(jī)的簡易程控交換系統(tǒng)的設(shè)計 專業(yè)班級： 電子信息工程 121 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 100212112 指導(dǎo)教師： 設(shè)計時間： 2015.12.282016.01.08 教師評語：成績 評閱教師 日期 摘要 本次課程設(shè)計介紹了一種基于單片機(jī)控制的小型程控空分交換系統(tǒng)。程控交換機(jī)是構(gòu)成現(xiàn)代交換式通信網(wǎng)的重要設(shè)備，主要由用戶線接口部分、交換網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)三大部分組成。交換網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行交換機(jī)的傳送功能?？刂破鲌?zhí)行交換機(jī)的控制面功能需要多種接口，以實現(xiàn)相應(yīng)的適配功能。根據(jù)交換機(jī)制式和應(yīng)用環(huán)境的不同，用戶電路也有多種類型，對于程控數(shù)字交

2、換機(jī)來說，目前主要有與模擬話機(jī)連接的模擬用戶線電路及與數(shù)字話機(jī)，數(shù)據(jù)終端(或終端適配器)連接的數(shù)字用戶線電路。 本次設(shè)計的程控空分交換系統(tǒng)是利用空分交換芯片MT8816、雙音多頻芯片MT8870、AT89S52單片機(jī)以及外圍電路組成。詳細(xì)介紹了 MT8816以及MT8870芯片的工作原理，給出單片機(jī)主控模塊、雙音多頻檢測模塊、數(shù)碼管顯示等模塊電路圖及工作原理，電路的設(shè)計思路清晰，性能穩(wěn)定滿足了設(shè)計的基本要求。關(guān)鍵詞: 程控交換；雙音多頻編解碼；單片機(jī)AT89S52；數(shù)碼管顯示目錄一、 設(shè)計的作用、目的1二、 設(shè)計任務(wù)及要求1三、設(shè)計內(nèi)容1四、設(shè)計原理24.1程控交換機(jī)工作原理24.2程控交換機(jī)

3、程序流程24.3 DTMF發(fā)送器的原理與構(gòu)成3五、硬件系統(tǒng)框圖4六、硬件系統(tǒng)設(shè)計56.1 設(shè)計思路56.2 器件介紹56.2.1單片機(jī)主控芯片介紹56.2.2 MT8816芯片的介紹76.2.3 MT8870芯片的介紹96.3 單元電路106.3.1上電復(fù)位電路106.3.2上電指示燈電路116.3.3 晶振電路116.3.4 電源電路116.3.5 數(shù)碼顯示電路126.3.6 解碼電路136.3.7 交換網(wǎng)絡(luò)電路146.4 器件清單15七、系統(tǒng)軟件設(shè)計167.1 軟件設(shè)計思路167.2 程序流程圖16八、心得體會17九、參考文獻(xiàn)18附錄I（電路原理圖）19附錄II（源程序）20I1、 設(shè)計的

4、作用、目的課程設(shè)計是理論學(xué)習(xí)的延伸，是掌握所學(xué)知識的一種重要手段，對于貫徹理論聯(lián)系實際、提高學(xué)習(xí)質(zhì)量、塑造自身能力等于有特殊作用。本次課程設(shè)計一方面通過對交換網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，使我們加深對理論知識的理解，同時增強其邏輯思維能力，另一方面對課堂所學(xué)理論知識作一個總結(jié)和補充。2、 設(shè)計任務(wù)及要求1、掌握時分交換網(wǎng)絡(luò)的原理及具體實現(xiàn)方法；2、掌握空分交換網(wǎng)絡(luò)的原理及具體實現(xiàn)方法；3、掌握基于單片機(jī)的時空交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計；4、利用相關(guān)軟件實現(xiàn)電路圖的繪制。三、設(shè)計內(nèi)容1、有上電指示燈；2、能正確手動復(fù)位；3、交換器采用T型接線器；4、使用雙音多頻解調(diào)電路讀取電話號碼；5、電話號碼在數(shù)碼管中顯示；6、其它擴(kuò)

5、展功能四、設(shè)計原理4.1程控交換機(jī)工作原理本課程設(shè)計是依據(jù)程控交換原理設(shè)計的微型空分交換系統(tǒng)。其基本工作原理：當(dāng)用戶1摘機(jī)呼叫用戶2時,交換機(jī)向主叫方發(fā)送撥號音,同時由單片機(jī)將主叫號碼送數(shù)碼管顯示,主叫方撥打相應(yīng)號碼后,程序控制將話機(jī)的輸出與DTMF模塊相連接，進(jìn)行雙音多頻信號的譯碼，每收到一個DTMF信號，DTMF模塊即可譯出相應(yīng)的BCD碼，同時給單片機(jī)送1個“己譯出”的信號，作為中斷信號使單片機(jī)中斷,單片機(jī)讀入數(shù)據(jù)同時顯示被叫號碼,此時交換機(jī)切斷撥號音并檢測被叫方狀態(tài),若被叫用戶忙則交換機(jī)向主叫方發(fā)送忙音,否則,向被叫方送鈴流、向主叫方送回鈴音。當(dāng)被叫方摘機(jī)后,交換機(jī)切斷鈴流和回鈴音,接續(xù)

6、話路,雙方開始通話并啟動通話計時。程序設(shè)計思路是根據(jù)程控交換機(jī)工作過程而制定的, 采用分時控制, 充分利用CPU 資源, 實現(xiàn)程控交換機(jī)功能： (1) 內(nèi)部分機(jī)間通話:撥打內(nèi)部分機(jī)需先按Flash 鍵,聽到內(nèi)線撥號音后,再輸入分機(jī)號碼18。如聽到忙音, 說明線路在“忙”或被叫分機(jī)未掛機(jī)。當(dāng)任何一根外線被占用為內(nèi)部分機(jī)間通話時, 為保證外線來電優(yōu)先接通。此時CPU將內(nèi)部通話分機(jī)調(diào)度到其它空線上或向占線分機(jī)發(fā)送“嘟嘟”提示音。 (2) 撥號:打外線電話時,摘機(jī)后聽到外線撥號音,直接撥號即可,也可按重?fù)苕I重?fù)?。直撥外線時,先掛A線,后掛B線。若外線忙時, 則直接掛內(nèi)線, CPU發(fā)送內(nèi)線撥號音; 若無

7、空線, 則送忙音。 (3) 還有另外有以下幾種情況:主叫方不掛機(jī),被叫方摘機(jī)主叫方和被叫方建立征詢通話時,外線聽回鈴音。當(dāng)主叫方或被叫方中有一方掛機(jī)后, 另一方將與外線繼續(xù)通話;雙方均不掛機(jī), 且有一方撥“#”號后,則三機(jī)共線構(gòu)成三方通話。三方通話時,只有當(dāng)二只分機(jī)全部掛機(jī)后才結(jié)束本次服務(wù)。主叫方不掛機(jī), 被叫方不摘機(jī)在被叫方響六聲鈴內(nèi)仍不摘機(jī)時, 被叫方停止振鈴,主叫方重新接通外線。主叫方掛機(jī), 被叫方摘機(jī)在主叫方撥打被叫方后掛機(jī), 被叫方摘機(jī)后接入外線通話，長途加鎖設(shè)置程控交換機(jī)上電時, 全部分機(jī)處于長途加鎖狀態(tài)也可設(shè)置密碼,任一分機(jī)解鎖使用 。4.2 程控交換機(jī)程序流程 根據(jù)程控交換機(jī)功

8、能, 整個程序分成初始化、摘機(jī)處理、按鍵處理、掛機(jī)處理、外線來電處理、振鈴處理和定時器處理七個模塊, 初始化模塊主要是定義常數(shù)變量、變量單元、位標(biāo)志、中斷設(shè)置、定時器設(shè)置/啟動分機(jī)工作初始狀態(tài)等。 摘機(jī)處理模塊主要判別是外線來電摘機(jī)、內(nèi)線來電摘機(jī)還是要撥打外線或內(nèi)線電話。掛機(jī)處理模塊比較復(fù)雜, 既有內(nèi)外線通話結(jié)束掛機(jī), 又有內(nèi)外線通話中止掛機(jī), 還有三方通話主叫機(jī)掛機(jī)或從叫機(jī)掛機(jī), 其它有中止撥打外線內(nèi)線掛機(jī)、1號分機(jī)功能設(shè)置完畢掛機(jī)等。外線來電處理模塊查詢外線有否來電, 若來電, 還要判別本外線是否被內(nèi)線占用; 占用的話, 則要將該繩路調(diào)度到其它繩路去; 無空繩路時, 則要給占用本繩路的分機(jī)

9、發(fā)送“嘟嘟”聲, 提示用戶有外線來電。振鈴處理模塊是在發(fā)生摘/掛機(jī)和撥號呼叫后, 產(chǎn)生相應(yīng)的分機(jī)振鈴聲、內(nèi)線撥號音、回音鈴、忙音和證實音及振鈴時間到后處理等等。根據(jù)交換機(jī)制式和應(yīng)用環(huán)境的不同，用戶電路也有多種類型，對于程控數(shù)字交換機(jī)來說，目前主要有與模擬話機(jī)連接的模擬用戶線電路及與數(shù)字話機(jī)，終端適配器連接的數(shù)字用戶線電路。4.3 DTMF發(fā)送器的原理與構(gòu)成典型DTMF發(fā)送器原理圖與結(jié)構(gòu)如圖4.1所示：圖4.1混合電路圖 （1）晶體振蕩器：外接晶體（通常采用3.5795Hz）與片內(nèi)電路構(gòu)成振蕩器，經(jīng)分頻產(chǎn)生參考信號。 （2）正弦波產(chǎn)生電路：它由正弦波編碼器與D/A變換器構(gòu)成，通常，可變速時鐘信號

10、先經(jīng)過5位移位寄存器，產(chǎn)生一種5位移位代碼，再由可編程邏輯陣列（PLA）將其轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼，加到D/A變換器形成臺階型正弦波。顯然臺階的寬度等于時鐘頻率的倒數(shù)，這樣形成的正弦波信號頻率必然對應(yīng)于時鐘的速率和按鍵號碼。 （3）鍵控可變時鐘產(chǎn)生電路：它是一種可空分頻比的分頻器，通常由N級移位寄存器與鍵控反饋邏輯單元組成。 （4）混合電路：將鍵盤所對應(yīng)產(chǎn)生的行、列正弦波信號（即低、高群FL、FH）相加、混合成雙音信號輸出，如上圖所示。五、硬件系統(tǒng)框圖本次設(shè)計系統(tǒng)框圖如圖5.1所示：MCU 單 片 機(jī) 主 控數(shù)碼管顯示 解碼電路 交換網(wǎng)絡(luò)電路圖5.1 硬件系統(tǒng)框圖電話交換機(jī)的主要任務(wù)是實現(xiàn)用戶間通話

11、的接續(xù)?；緞澐譃閮纱蟛糠郑涸捖吩O(shè)備和控制設(shè)備。話路設(shè)備主要包括各種接口電路(如用戶線接口和中繼線接口電路等)和交換(或接續(xù))網(wǎng)絡(luò)；控制設(shè)備在縱橫制交換機(jī)中主要包括標(biāo)志器與記發(fā)器，而在程控交換機(jī)中，控制設(shè)備則為電子計算機(jī)，包括中央處理器(CPU),存儲器和輸入/輸出設(shè)備。 解碼電路是主要由MT8870多音視頻芯片構(gòu)成，它是雙列直插解碼芯片。MT8870的STD接單片機(jī)的INTO,當(dāng)STD電平由低變高時引起單片機(jī)中斷讀取電話號碼。交換網(wǎng)絡(luò)電路電子接線器是空分交換網(wǎng)絡(luò)的核心部件,我們采用MT8816來完成通話雙方線路的接續(xù)。MT8816芯片是S X 16的模擬開關(guān)陣列,8路列輸人/輸出(YO一Y7

12、)和1 6路行輸人/輸出(XO一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(tài),直至接收到復(fù)原信號為止,其引腳如圖4所示。單片機(jī)的PO口通過列地址線AYOAYZ和行地址線AXOAX3控制列線與行線選擇需要接通的交叉點(例如,要接通YO和Xl間的交叉點需向AYOAYZ送000,向AXOAX3送1000)。DATA為交叉點開關(guān)控制位,高電平時交叉點開關(guān)連通相反則斷 開。RST為復(fù)位信號輸人,高電平時全部開關(guān)均置于截止?fàn)顟B(tài)。STB為選通脈沖輸人,單片機(jī)送人列、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(xù)工作,MT8816拆線復(fù)原的過程

13、與接續(xù)過程類似,此時只須將DATA置低電平即可。數(shù)碼管顯示電路是由74HC595是一款BCD碼轉(zhuǎn)端為7段輸出的集成電路芯片，利用它可以直接驅(qū)動共陽極的7段數(shù)碼管。74HC595是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件，兼容低電壓TTL電路，遵守JEDEC標(biāo)準(zhǔn)。74HC595是具有8位移位寄存器和一個存儲器，三態(tài)輸出功能。74HC595芯片驅(qū)動數(shù)碼管顯示不同的數(shù)。六、硬件系統(tǒng)設(shè)計6.1 設(shè)計思路本系統(tǒng)是依據(jù)程控交換原理設(shè)計的微型空分交換系統(tǒng)。其基本設(shè)計原理為：當(dāng)用戶1摘機(jī)呼叫用戶2時，交換機(jī)向主叫方發(fā)送撥號音，同時，由單片機(jī)將主叫號碼送七段顯示器顯示，主叫方撥打相應(yīng)號碼后，程序控制將話機(jī)的輸出與DTMF模塊相連接

14、，進(jìn)行雙音多頻信號的譯碼，每收到一個DTMF信號，DTMF模塊即可譯出相應(yīng)的BCD碼，同時給單片機(jī)送1個“己譯出”的信號，作為中斷信號，使單片機(jī)中斷，AT89S52單片機(jī)讀入數(shù)據(jù)同時顯示被叫號碼，此時交換機(jī)切斷撥號音，并檢測被叫方狀態(tài)，若被叫用戶忙，則交換機(jī)向主叫方發(fā)送忙音；否則，向被叫方送鈴流、向主叫方送回鈴音。當(dāng)被叫方摘機(jī)后，交換機(jī)切斷鈴流和回鈴音，接續(xù)話路，雙方開始通話，并啟動通話計時。當(dāng)一方掛機(jī)后，計時停止顯示通話時間，并向?qū)Ψ剿痛邟煲簦瑢Ψ綊鞕C(jī)后系統(tǒng)拆線復(fù)原。6.2 器件介紹6.2.1單片機(jī)主控芯片介紹AT89S52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8

15、k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大AT89S52是此系統(tǒng)的最佳選擇。單片機(jī)控制模塊的作用是控制各單元電路的運行并完成數(shù)據(jù)的換算或處理，主要由單片機(jī)、時鐘電路、復(fù)位電路組成。單片機(jī)引腳圖如圖6.1所示：圖6.1單片機(jī)引腳圖1、主要性能參數(shù)·與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容·4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器·1000次擦寫周期·全靜態(tài)操作

16、:0Hz-24MHz ·三級機(jī)密程序存儲器·128X8字節(jié)內(nèi)部RAM ·32個可編程I/O口線·2個16位定時/計數(shù)器·5個中斷源·可編程串行UART通道·低功耗空閑和掉電模式2、功能特性 AT89S52提供了一個標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash閃速存儲器，256字節(jié)內(nèi)部RAM,32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷機(jī)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩及時鐘電路。同時，AT89S52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，只允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口

17、及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。 3、引腳功能說明（1）VCC:電源電壓。（2）GND:地。（3）P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可使其成為高阻抗輸入端。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分別被地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線使用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口接受指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。（4）P1口：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/

18、O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，做輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。Flash編程和程序校驗期間，P1接受低8位地址。（5）P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，做輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVXD

19、PTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVXRI指令）時，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。Flash編程時，P2亦接受高位地址和其他控制信號。（6）P3口：P3是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫“1”，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉高，此時可作輸入口，做輸入口使用時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。（7）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。（8）ALE/PROG：

20、當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出拱頂?shù)恼}沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。禁止后，只有一條MOVX和MOVC指令可激活A(yù)LE。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE無效。（9）EA/VPP: 外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址

21、為0000H-FFFFH）。EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位IB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存E端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳要加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。（10） XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。（11） XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。6.2.2 MT8816芯片的介紹 MT8816是一個8x16的模擬開關(guān)陣列。開關(guān)陣列是8列乘16行。列是Y輸入/輸出而行是X輸入/輸出。交叉模擬開關(guān)陣列當(dāng)打開時將任何的Y輸入/輸出與任

22、何的X輸入/輸出互相連接，當(dāng)關(guān)掉時提供一個隔離的高程度。一個128位的控制存儲器有只寫位被地址輸入(AY0-AY2,AX0-AX3)選中的RAM。數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)輸入端被送到存儲器。只要CS(芯片選擇)和選通脈沖（STROBE）輸入是高電平，而且在選通脈沖（STROBE）下降沿被鎖存。存儲器單元被寫入邏輯"1"時對應(yīng)的交叉開關(guān)打開，而被寫入邏輯"0" 把對應(yīng)的交叉開關(guān)關(guān)掉。只有當(dāng)數(shù)據(jù)寫入存儲器時與地址存儲器地址相應(yīng)的交叉開關(guān)才改變。剩余的開關(guān)保持他們的原來狀態(tài)。通過在控制存儲器內(nèi)建立適當(dāng)?shù)哪Ｊ?，可以使任何X和Y的組合輸入/輸出互相連接。RESET輸入是邏輯&q

23、uot;1"時，不管CS是高或低電平，所有存儲器位置異步返回邏輯"0"關(guān)掉所有的交叉開關(guān)。數(shù)字信號的范圍是從VDD到VSS而模擬信號的范圍從VDD到VEE。MT8816引腳圖如圖6.2所示：圖6.2 MT8816引腳圖 表6.1 MT8816芯片引腳功能引腳功能作用AX0AX3行地址總線（輸入）AY0AY2列地址總線（輸入）CS片選信號DATA數(shù)據(jù)總線STROBE閥門開關(guān)RESET復(fù)位信號X0X15開關(guān)陣列16路行輸入/者輸出Y0Y7開關(guān)陣列8路列輸入/輸出NC空腳VSS數(shù)字地VEE電源-5VVDDVCC(+5V)6.2.3 MT8870芯片的介紹MT8870 雙

24、音多頻音調(diào)譯碼器（Tone Decoder）是MITEL 公司所開發(fā)生產(chǎn)為一顆常用復(fù)頻譯碼IC，這個電路可以接收DTMF 信號，是一個完整的DTMF 接收器。它接收了DTMF 信號后，內(nèi)部將信號分成高頻帶和低頻帶，并將此信號送至數(shù)字譯碼器，然后將訊號送至數(shù)字譯碼器以解出按鍵值，接著將解出的按鍵值以二進(jìn)制的方式以四條線（Q1、Q2、Q3、Q4）輸出到外部共享Bus 上。值得一提的是，當(dāng)MT8870 解出一個按鍵值且輸出到外部時，其STD 接腳會由低態(tài)升為高態(tài)，經(jīng)一段時間后再降為低態(tài)，我們便可利用此特點偵測到此腳有訊號時便馬上將Q1-Q4 接腳所產(chǎn)生的值讀入CPU，然后解出電話的按鍵值。用戶音頻電

25、路電話機(jī)發(fā)出的雙音多頻（DTMF）信號通過電容（0.1F）及電阻（100k）耦合到芯片的第2腳，2腳是芯片內(nèi)部運算放大器的反向輸入端，3腳是運放的輸出端，輸入輸出之間接一個100k的比例放大電阻。芯片的11腳至14腳是DTMF信號的二進(jìn)制代碼的輸出數(shù)據(jù)通道。它們與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連。芯片內(nèi)部的DTMF信號代碼可通過此通道進(jìn)入控制電路的RAM中。芯片的18腳接電源+5V，16、17腳與18腳之間所接的電阻（100k）及電容（0.1F）是識別DTMF信號時所需的時間常數(shù)電路。5、6、9腳接地，1腳與4腳相連，7、8腳之間接一個3.5795MHz的晶振，分頻產(chǎn)生芯片內(nèi)部所需的DTMF信號雙音對中的

26、各單音比較信號，芯片的15腳是DTMF信號檢測輸出，當(dāng)芯片接收到雙音多頻信號時，15腳輸出高電平，15腳通過反相器接到單片機(jī)的外部中斷0引腳，平時15腳為低電平。芯片的10腳為數(shù)據(jù)允許輸出端，允許芯片接收到的DTMF二進(jìn)制代碼從1114腳輸出，高電平有效。平時10腳保持低電平，1114腳為高阻態(tài)。這種接線方式是常規(guī)使用的接線方式。MT8870引腳圖如圖6.3所示：圖6.3 MT8870引腳圖其引腳功能如表6.2所示：表6.2 MT8870引腳功能PIN腳位說明PIN腳位說明1IN+OPA非反相輸入端18VDD電源正電壓2IN-OPA反相輸入端17St/GT動作輸入/監(jiān)視時間3GS增益選擇16E

27、st提前動作輸出4Vref參考電壓輸出15StD延遲動作輸出5INH禁制輸入信號檢出14Q4三態(tài)譯碼數(shù)據(jù)輸出6PWDN電源下降輸入13Q3三態(tài)譯碼數(shù)據(jù)輸出7OSC1內(nèi)部振蕩電路輸入端12Q2三態(tài)譯碼數(shù)據(jù)輸出8OSC2內(nèi)部振蕩電路輸出端11Q1三態(tài)譯碼數(shù)據(jù)輸出9VSS電源地線10TOE三態(tài)輸出端6.3 單元電路6.3.1上電復(fù)位電路復(fù)位電路如圖6.4所示：圖6.4 上電復(fù)位電路圖 單片機(jī)在啟動運行時都需要復(fù)位，復(fù)位使CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個確定的工作狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。在系統(tǒng)中，有時也會出現(xiàn)顯示不 正常，也為了調(diào)試方便，需要設(shè)計一個復(fù)位電路，復(fù)位電路主要完成系統(tǒng)的上電

28、 復(fù)位和系統(tǒng)在運行時用戶的按鍵復(fù)位功能。在此系統(tǒng)中單片機(jī)的復(fù)位靠外部電路實現(xiàn)的，單片機(jī)有一個復(fù)位引腳 RST，高電平有效。只要RST保持高電平，單片機(jī)便保持復(fù)位狀態(tài)。此時，ALE/PSEN、P0、P1、P2、P3口都輸出高電平。RST變成低電平后，退出復(fù)位狀態(tài)，CPU開始正常工作。需要注意的是，復(fù)位操作不影響片內(nèi)RAM的內(nèi)容。復(fù)位電路的基本功能是系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤銷復(fù)位信號。上圖為基本RC復(fù)位電路，其電路為高電平復(fù)位有效。S為手動復(fù)位開關(guān)，可以實現(xiàn)上述基本功能。 復(fù)位電路單片機(jī)的RST管腳為主機(jī)提供了一個外部復(fù)位信號輸入口。復(fù)位信號是高電平有效，高電

29、平有效的持續(xù)時間為2個機(jī)器周期以上。單片機(jī)的復(fù)位方式可由手動復(fù)位方式完成。電阻、電容器的參考值R=10K、C=10uF。6.3.2上電指示燈電路圖6.5 上電指示燈電路圖當(dāng)單片機(jī)上電時，上電指示燈亮起，系統(tǒng)開始工作。6.3.3 晶振電路圖6.6 晶振電路圖單片機(jī)時鐘電路是用來配合外部晶體實現(xiàn)振蕩的電路，這樣可以為單片機(jī)提供運行時鐘，如果運行時鐘為0 的話，單片機(jī)就不工作，當(dāng)然超出單片機(jī)的工作頻率的時鐘也會導(dǎo)致單片機(jī)不工作時鐘電路是微型計算機(jī)的心臟，它控制著計算機(jī)的二：作節(jié)奏。CPU就是通過復(fù)雜的時序電路完成不同的指令功能的。51單片機(jī)的時鐘信號可以由兩種方式，一種是內(nèi)部方式，利用芯片

30、內(nèi)部的振蕩電路，產(chǎn)生時鐘信號：另一種為外部方式，時鐘信號由外部引入。如果沒有時鐘電路來產(chǎn)生時鐘驅(qū)動單片機(jī)，單片機(jī)是無法工作的。6.3.4電源電路 電源由變壓部分、濾波部分、穩(wěn)壓部分組成。為整個系統(tǒng)提供5V或者12V電壓，確保電路的正常穩(wěn)定工作。 采用L7805穩(wěn)壓塊，輸出為5V。電子組件要正常運作都需要電源電壓供電，一般常用的電源電壓為+5V或+12V，因為數(shù)字IC （Ingegrated Circuit：集成電路）所供給的電壓為+5V，而CMOS IC所供給的電壓為+12V，7805是一個穩(wěn)壓塊。7805穩(wěn)壓管把高電壓轉(zhuǎn)換到低電壓，7805穩(wěn)壓管具有保護(hù)單片機(jī)的作用。L7805輸出端要并聯(lián)上

31、一個電解電容，濾除交流電干擾，防止損壞單片機(jī)系統(tǒng)。本設(shè)計采用只采用了穩(wěn)壓電源。黃色發(fā)光二極管表示保溫，紅色的表示加熱狀態(tài)。圖6.7電源電路圖6.3.5 數(shù)碼顯示電路74HC595是一款BCD碼轉(zhuǎn)為7段輸出的集成電路芯片，利用它可以直接驅(qū)動共陽極的7段數(shù)碼管。74HC595是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件，兼容低電壓TTL電路，遵守JEDEC標(biāo)準(zhǔn)。74HC595是具有8位移位寄存器和一個存儲器，三態(tài)輸出功能。 移位寄存器和存儲器是分別的時鐘。 數(shù)據(jù)在SHcp的上升沿輸入，在STcp的上升沿進(jìn)入到存儲寄存器中去。如果兩個時鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲寄存器早一個脈沖。 移位寄存器有一個串行移位輸入（D

32、s），和一個串行輸出（Q7）,和一個異步的低電平復(fù)位，存儲寄存器有一個并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE時（為低電平），存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。74HC595芯片驅(qū)動數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字。LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O埠多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O口來驅(qū)動，要知道一個單片機(jī)可用的I/O口才32個。所以采用動態(tài)掃描的方法。其原理圖如圖6.8所示：圖6.8 數(shù)碼顯示電路圖6.3.6 解碼電路解碼電路選用了編、解碼的傳輸方式進(jìn)行控制，編、解碼方

33、式采用雙音多頻（DTMF）。DTMF編、解碼方式在電話撥號系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，其突出的優(yōu)點是抗干擾能力很強，電視監(jiān)控系統(tǒng)的具體控制要求是：在主控臺或分控臺處，將所有控制信號進(jìn)行DTMF編碼，然后發(fā)送出去。DTMF是用2個特定的單音頻組合信號來代表數(shù)字信號以實現(xiàn)其功能的一種編碼技術(shù)。MT8870 雙音多頻音調(diào)譯碼器（Tone Decoder）是MITEL 公司所開發(fā)生產(chǎn)為一顆常用復(fù)頻譯碼IC，這個電路可以接收DTMF 信號，是一個完整的DTMF 接收器。它接收了DTMF 信號后，內(nèi)部將信號分成高頻帶和低頻帶，并將此信號送至數(shù)字譯碼器，然后將訊號送至數(shù)字譯碼器以解出按鍵值，接著將解出的按鍵值以二進(jìn)

34、制的方式以四條輸出線輸出到外部共享Bus 上。值得一提的是，當(dāng)MT8870 解出一個按鍵值且輸出到外部時，其STD 接腳會由低態(tài)升為高態(tài)，經(jīng)一段時間后再降為低態(tài)，我們便可利用此特點偵測到此腳有訊號時便馬上將輸出引腳所產(chǎn)生的值讀入CPU，然后解出電話的按鍵值。芯片內(nèi)部的DTMF信號代碼可通過此通道進(jìn)入控制電路的RAM中。芯片的18腳接電源+5V，16、17腳與18腳之間所接的電阻（100k）及電容（0.1F）是識別DTMF信號時所需的時間常數(shù)電路。5、6、9腳接地，1腳與4腳相連，7、8腳之間接一個3.5795MHz的晶振，分頻產(chǎn)生芯片內(nèi)部所需的DTMF信號雙音對中的各單音比較信號，芯片的15腳

35、是DTMF信號檢測輸出，當(dāng)芯片接收到雙音多頻信號時，15腳輸出高電平，15腳通過反相器接到單片機(jī)的外部中斷0引腳，平時15腳為低電平。芯片的10腳為數(shù)據(jù)允許輸出端，允許芯片接收到的DTMF二進(jìn)制代碼從1114腳輸出，高電平有效。平時10腳保持低電平，1114腳為高阻態(tài)。這種接線方式是常規(guī)使用的接線方式。 解碼電路如圖6.9所示：圖6.9 解碼電路圖6.3.7 交換網(wǎng)絡(luò)電路 交換網(wǎng)絡(luò)電路圖如圖6.10所示：圖6.10 交換網(wǎng)絡(luò)電路圖電子接線器是空分交換網(wǎng)絡(luò)的核心部件。所以本設(shè)計采用了MT8816來完成通話雙方線路的接續(xù)。MT8816是一個大小為8x16的模擬開關(guān)陣列。開關(guān)陣列是8列乘16行。列是

36、Y輸入/輸出而行是X輸入/輸出。交叉模擬開關(guān)陣列當(dāng)打開時將任何的Y輸入/輸出與任何的X輸入/輸出互相連接，當(dāng)關(guān)掉時提供一個隔離的高程度。一個128位的控制存儲器有只寫位被地址輸入(AY0-AY2,AX0-AX3)選中的RAM。數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)輸入端被送到存儲器。只要CS(芯片選擇)和選通脈沖（STROBE）輸入是高電平，數(shù)據(jù)被異步寫入存儲器，而且在選通脈沖（STROBE）下降沿被鎖存。存儲器單元被寫入邏輯"1"時對應(yīng)的交叉開關(guān)打開，而被寫入邏輯"0" 把對應(yīng)的交叉開關(guān)關(guān)掉。只有當(dāng)數(shù)據(jù)寫入存儲器時與地址存儲器地址相應(yīng)的交叉開關(guān)才改變。剩余的開關(guān)保持他們的原來狀態(tài)

37、。通過在控制存儲器內(nèi)建立適當(dāng)?shù)哪Ｊ?，可以使任何X和Y的組合輸入/輸出互相連接。RESET輸入是邏輯"1"時，不管CS是高或低電平，所有的存儲器位置異步返回邏輯"0"關(guān)掉所有的交叉開關(guān)。二個電壓叁考管腳(VSS和VEE)能使MT8816負(fù)模擬信號轉(zhuǎn)變。數(shù)字信號的范圍是從VDD到VSS而模擬信號的范圍從VDD到VEE。如果需要單電壓叁數(shù)VSS和VEE可以連在一起。6.4 器件清單表6.3 元件清單CommentDescriptionFootprintDesignatorQuantityCap Pol1PolarizedCapacitor (Radial)RB

38、7.6-15C1, C62CapCapacitorRAD-0.3C2 C86LED1Typical RED GaAs LEDLED-1D1, D32Bridge1Full Wave Diode BridgeE-BIP-P4/D10D21L7805L11Header 8Header, 8-PinHDR1X8P1, P3, P43Header 9Header, 9-PinHDR1X9P21Header 2Header, 2-PinHDR1X2P5, P62Res Pack4Isolated Resistor NetworkSOP65P780-16NR1, R22Res2ResistorAXIAL-

39、0.4R3 R1210SW-PB4SW-PB4S117-SEGSEGF1,SEGF2274HC595U1, U22AT89S52DIP40U31MT8816U41MT8870U51XTALCrystalOscillatorBCY-W2/D3.1Y1, Y22Trans CuplTransformerTRF_4變壓器11七、系統(tǒng)軟件設(shè)計7.1 軟件設(shè)計思路 首先對系統(tǒng)初始化，即對單片機(jī)設(shè)置中斷及內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器單元清零。然后，主叫摘機(jī)檢測程序，主叫方摘機(jī)后，數(shù)碼管顯示電路顯示主叫號碼，撥號音控制信號置高電平，交換網(wǎng)絡(luò)向主叫方送撥號音，等待主叫方撥打電話號碼。最后撥號檢測與等待摘機(jī)程序，檢測到撥號脈

40、沖后，立刻切斷撥號音，單片機(jī)響應(yīng)中斷讀取電話號碼對應(yīng)的二進(jìn)制編碼。若被叫號碼對應(yīng)的話機(jī)不存在或被叫方處于狀態(tài)，則忙音控制信號置高電平，交換網(wǎng)絡(luò)向主叫方送忙音，催其掛機(jī)；若號碼檢測正確則鈴流控制信號置、回鈴音控制信號置高電平，交換網(wǎng)絡(luò)向被叫方送鈴流信號，同時向主叫方送回鈴音。 向用戶1發(fā)送忙音向用戶2發(fā)送鈴流向用戶1發(fā)送回鈴用戶2摘機(jī)切斷鈴流、回鈴音程序初始化開始用戶2忙送催掛音，拆線復(fù)原一方掛機(jī)，計時停止啟動通話計時向用戶1發(fā)送撥號音用戶1摘機(jī)呼叫用戶2單片機(jī)用戶1號碼送7段數(shù)碼管MT8870信號譯碼檢測用戶2狀態(tài)單片機(jī)中斷并顯示號碼切斷撥號切斷鈴流、回鈴音音YN7.2 程序流程圖 圖7.1程

41、序流程圖八、心得體會 本次交換原理課程設(shè)計，設(shè)計了一個基于單片機(jī)的簡易程控交換系統(tǒng)的設(shè)計。整個系統(tǒng)由單片機(jī)主控模塊、雙音多頻檢測模塊、數(shù)碼管顯示等模塊部分組成。通過這次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了很多課本上的知識。在設(shè)計過程中我雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親自動手仿真調(diào)試，使我掌握的知識不再是紙上談兵。在課程設(shè)計過程中，我不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，通過努力，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實踐過程中，一定要

42、不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠(yuǎn)不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠(yuǎn)不可能得到社會及他人對你的認(rèn)可！課程設(shè)計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道里，給了我很多思考，給了我莫大的空間。同時，設(shè)計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。我認(rèn)為，在這次課程設(shè)計中，培養(yǎng)了我的獨立思考的能力，在各種其它能力上也都有了提高。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實踐，再學(xué)習(xí)

43、、再實踐。這對于我的將來也將有很大的幫助。 本次課題設(shè)計是在楊佳老師和王超老師的悉心指導(dǎo)下完成的，得到了老師很大的幫助。老師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和求實精神、忘我的工作作風(fēng)、學(xué)術(shù)上的遠(yuǎn)見和生活上的平易近人，時刻激勵著學(xué)生，是學(xué)生學(xué)習(xí)的榜樣。值此論文完成之際，特向指老師致以誠摯的感激和無盡的敬意！九、參考文獻(xiàn)1·金慧文·現(xiàn)代交換原理·電子工業(yè)出版社·2007·2·雷振明·現(xiàn)代電信交換基礎(chǔ)·人民郵電出版社·1995·3·劉增基·交換原理與技術(shù)·人民郵電出版社·2011·4·王忠明·微型計算機(jī)原理·西安電子科技大學(xué)出版社·2008·5·