模拟电话通信系统的硬件设计和实现 电子信息工程专业.docx

模拟电话通信系统的硬件设计Hardware9SDesignofCommunicationSystems模拟电话通信系统的硬件设计电子信息工程专业摘要随着现代通信技术的飞速发展与日益普及，程控交换是目前模拟电话通信系统中的核心。本文介绍的模拟电话通信系统的硬件设计以amt89c51单片机为中心控制交换芯片MT8816设计实现一种高性价比，实现一对一双工通信的程控交换设备。本文详细阐述了程控电路交换机在交换电话网中的作用、工作原理和系统的组成结构，将程控交换机的硬件设计分为几个功能模块，并分别加以详细地介绍。该系统硬件包括了：以单片机为核心的信号检测、信号音控制电路；双音多频解码电路；交换电路；两个用户接口电路等。关键词AT89C51；程控交换；模拟；硬件HardwaredesignofAnalogtelephonecommunicationsystemAbstract:Withtherapiddevelopmentofmoderncommunicationtechnologyandtheincreasingpopularityofprogram-controlledexchangeisthecoreofthecurrentfieldofcommunications.Analogtelephonecommunicationsystemtoamt89c51microcontrollerhardwaredesignasthecentralcontrolswitchchipMT8816DesignandImplementationofacost-effective,one-duplexcommunicationtoachieveprogram-controlledswitchingequipment.Thispaperdescribestheprogram-control1edcircuitswitchedtelephonenetworkswitchesintherole,workingprincipleandsystemstructure,theprogram-controlledswitches,thehardwaredesignisdividedintoseveralfunctionalmodules,respectively,tointroducethemindetail.Thesystemhardwareincludes:amicrocontrollerasthecoreofthesignaldetection,signaltonecontrolcircuit;DTMFdecodercircuit;switchingcircuit;twouserinterfacecircuit.Keywords:AT89C51>Program-controlledexchange>Simulation>hardware1概述O1.1 通信系统的一般模型01.2 模拟通信系统02模拟电话通信系统硬件组成12. 1系统的框架组成13. 2信号检测、信号音控制电路24. 3信号音电路35. 3.1拨号音产生电路36. 3.2铃流发生器电路47. 3.3信号音控制电路48. 4双音多频解调电路69. 4.1双音多频拨号方式介绍610. 4.2DTMF接收电路611. 交换网络电路712. 5.1MT8816的工作原理713. .2MT8816的接口电路82.6用户接口电路IO结束语12参考文献12附录13致谢错误!未定义书签。1概述1.1 通信系统的一般模型实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。以基本的点对点通信为例,通信系统的组成（通常也称为一般模型）如图1所示。图1图I中，信源（信息源，也称发终端）的作用是把待传输的消息转换成原始电信号，如电话系统中电话机可看成是信源。信源输出的信号称为基带信号。所谓基带信号是指没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号，其特点是信号频谱从零频附近开始，具有低通形式。发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的原始电信号（基带信号）变换成适合在信道中传输的信号。变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式。信道是指信号传输的通道，可以是有线的，也可以是无线的，甚至还可以包含某些设备。图中的噪声源，是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其它各处噪声的集合。在接收端，接收设备的功能与发送设备相反，即进行解调、译码、解码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号来。信宿（也称受信者或收终端）是将复原的原始电信号转换成相应的消息，如电话机将对方传来的电信号还原成了声音。图1给出的是通信系统的一般模型，按照信道中所传信号的形式不同，可进一步具体化为模拟通信系统和数字通信系统。1.2 模拟通信系统我们把信道中传输模拟信号的系统称为模拟通信系统。模拟通信系统的组成可由般通信系统模型略加改变而成，如图2所示。这里，一般通信系统模型中的发送设备和接收设备分别为调制器、解调器所代替。对于模拟通信系统，它主要包含两种重要变换。一是把连续消息变换成电信号（发端信息源完成）和把电信号恢复成最初的连续消息（收端信宿完成）。由信源输出的电信号（基带信号）由于它具有频率较低的频谱分量，一般不能直接作为传输信号而送到信道中去。因此，模拟通信系统里常有第二种变换，即将基带信号转换成其适合信道传输的信号，这一变换由调制器完成；在收端同样需经相反的变换，它由解调器完成。经过调制后的信号通常称为已调信号。已调信号有三个基本特性：一是携带有消息，二是适合在信道中传输，三是频谱具有带通形式，且中心频率远离零频。因而已调信号又常称为领带信号。必须指出，从消息的发送到消息的恢复，事实上并非仅有以上两种变换，通常在一个通信系统里可能还有滤波、放大、天线辐射与接收、控制等过程。对信号传输而言，由于上面两种变换对信号形式的变化起着决定性作用，它们是通信过程中的重要方面。而其它过程对信号变化来说，没有发生质的作用，只不过是对信号进行了放大和改善信号特性等。2模拟电话通信系统硬件组成2.1 系统的框架组成模拟电话通信系统包括交换机的所有基本组成部分：信号检测、信号音控制系统;接口和交换网络，能够完成交换机处理各类呼叫的基本操作。图3是在整个模拟电话通信的硬件结构框图。控制系统的CPU采用单片机89C51,接收器接收DTMF信号，经过译码后得到电话号码，检测电路检测电话的摘/挂机状态，键盘输入进行功能设定，1.ED显示电话号码和通话时间；接口部分由两个用户接口组成，接口电路将电话话音模拟信号编码为PCM数字信号，进入交换网络，交换网络采用一个8*16的接线器。信号音电路产生拨号音、忙音、催挂音、回铃音以及振铃音等。2.2 信号检测、信号音控制电路信号检测电路用来检测用户的状态并接收用户拨打的电话号码并根据用户状态启动相应的信号音控制信号。以2个通话用户为例，采用AT89C51的Pl与用户接口电路相连,用以检测是否有用户呼叫并控制DTMF解码电路。P1.0、P1.l用于接收主、被叫方的摘挂机信号，用户摘机则话机经P1.OP1.1向AT89C51发出一高电平信号，此时表示有用户呼叫。PI.3、P1.4通过模拟开关CD4066控制主、被叫双方的DTMF解码电路，高电平有效。采用8255的PC口接收话机经用户接口发送来的电话号码，单片机中断时从PC口读人数据。信号音控制电路采用8255芯片的PA、PB口进行控制,PAO、PAI作为铃流控制输出信号，PA4、PA5用作回铃音控制信号，PBO.PBl为忙控制信号，PB4、PB5为拨号音控制信号，各控制信号均为高电平有效。因此，1片8255可同时对2对用户的信号音进行控制。单片机根据检测到的用户状态产生相应信号音的控制信号，以便向用户端发送信号音。信号检测、信号音控制电路如图4所示。AT89C5IB!?PI2JP13lIP164PI7即g号土主主均长-21.J9-窗12口01234567POPOPOPO4POWPOP2P2P2P2P2P2P2P2741.S37361I234S7OI234567PBPBPBPBPB4PBPB6PBPCPCPCPCPCPCPCPC2.3信号音电路图5是整个系统在工作过程中的信号流程图。可见在用户话机与交换机之间的线路上，要沿两个方向传递话音信号。同时为了接通一个电话，除了上述情况之外，还必须一套信令系统，来指导呼叫过程的进行。交换机向电话机发送的信令有：1 .拨号音：持续的450Hz正弦波。2 .忙音：450Hz正弦波,每导通0.35S后间断0.35s3 .回铃音：450Hz正弦波，每导通Is后间断4so呼叫信号4 .振铃：25HZ正弦波，每导通Is后间断4s。摘机拨号音信号号码信号回铃音信号振铃信号应答信号话音信号通话建立摘机忙音信号先挂机挂机信号2.3.1拨号音产生电路主叫用户摘机，CPU检测到该用户有摘机状态后，立即送出的音信号，表示可以拨号，在CPU中央处理器收到第一个拨号音后，应立即切断该信号。在本系统中拨号音采用450Hz2V的正弦波。图6和图7分别是生成该信号的原理框图和原理图。555定时振荡电路的输出频率f=1.49(Ra+2Rb)*C632.3.2铃流发生器电路本系统的振铃信号即铃流为25Hz75V的交流信号。铃流发生电路如图8。图82.3.3信号音控制电路忙音和回铃音只要对450Hz的拨号音进行适当的控制，使其按要求进行适当的通断。图9中的方波1和方波2来自控制系统。图10为电子开关原理图。方波12. 4双音多频解调电路2.1.1 双音多频拨号方式介绍在电话拨号中有两种拨号方式，即脉冲拨号和双音多频(DTMF)拨号。双音多频拨号方式是指用两个特定的单音频信号的组合来代表数字或功能，两个单音频的频率不同，所代表的数字和功能不同。在双音多频电话中有16个按键，其中有十个数字键0-9,6个功能键*、#、A、B、C、D,按照组合的原理，它必须有8种不同的单音频信号。将这8种不同频率的信号分为高频群和低频群两组，再从两组中各任取一个进行组合，就得到16种不同的组合，代表了16种不同的数字或功能。由于脉冲拨号方式是按一定的断续比和速率来断续电话线环路而发出脉冲的，它与拨号脉冲相比有如下缺点：1 .拨号速度慢。2 .脉冲信号在线路的传输中容易产生波形畸变，可能产生错号。3 .脉冲信号的幅度较容易产生线间干扰。基于以上原因，本系统中采用现在电话中常用的DTMF拨号发送器。2. 4.2DTMF接收电路图11是DTMF接收电路的内部工作原理图。DTMF接收器先经高、低群带通滤波器进行f1./fH区分，然后过零检测、比较，得到相应于DTMF的两路F1.、FH信号输出。该两路信号经译码、锁存、缓冲，恢复成对应于16种信号音对的4bit二进制码。图11本系统中，DTMF接收器采用的是MT8870芯片，MT8870是双列直插DTMF解码专用电路。双音多频解调电路如图12所示。CD4066丁T-u.56i2一图12T89C51的Pl.3、P1.4接模拟开关CD4066的13>12脚来控制MT8870的解码,高电平时允许解码电路工作。2个用户的双音多频信号分别由CD4066的1、11脚输入,经过MT8870内部的前置放大器送入高低频组带通滤波器，再经幅度检测器进入译码电路