《现代交换原理》实验指导书二〇一七年
《现代交换原理》 实验指导书 二○一七年
目录实验一交换系统组成与结构1实验二电话用户接口模块实验实验三信令信号的产生与双音多频接收14实验四话路PCM编译码23实验五空分交换与时分交换原理.29实验六程控交换系统综合实验.41
目录 实验一 交换系统组成与结构.1 实验二 电话用户接口模块实验.7 实验三 信令信号的产生与双音多频接收. 14 实验四 话路 PCM 编译码. 23 实验五 空分交换与时分交换原理.29 实验六 程控交换系统综合实验.41
实验一交换系统组成与结构实验项目性质：验证性实验所属课程名称：现代交换原理一、实验目的1、全面了解交换系统组成与结构及实验操作方法。二、实验内容和要求WANVOIP网关全电话C电话A电话用户电话用户交换PCM编译码PCM编译码4P接口电路接口电路网络模块接口电话用户电话用户PCM编译码PCM编译码接口电路接口电路电话B电话D4存储器用户摘挂机时序与控制器电路交换控制器记发器单元电话A、B拨电话C、D拨双音多频检测1双音多频检测2号(共享）号 (共享)全中央处理器USB接口交换状态指示1液晶、键盘图1-1交换系统组成与结构方框图程控交换系统由11个主要功能电路模块组成，各模块的组1
1 实验一 交换系统组成与结构 实验项目性质：验证性实验 所属课程名称：现代交换原理 一、实验目的 1、全面了解交换系统组成与结构及实验操作方法。 二、实验内容和要求 图 1-1 交换系统组成与结构方框图 程控交换系统由 11 个主要功能电路模块组成，各模块的组 ＰＣＭ编译码 ＰＣＭ编译码 ＰＣＭ编译码 ＰＣＭ编译码 交换 网络 模块 接口 电话用户 接口电路 电话用户 接口电路 电话用户 接口电路 电话用户 接口电路 电话Ａ 电话Ｂ 电话Ｃ 电话Ｄ 记发器 单元 交换控制器 中央处理器 液晶、键盘 双音多频检测１ 双音多频检测２ USB 接口 存储器 电话Ａ、Ｂ拨 号（共享） 电话Ｃ、Ｄ拨 号（共享） 时序与控制器电路 用户摘挂机 交换状态指示 WAN 口 VOIP 网关
成及主要作用如下：1、电话用户接口电路提供了4路电话用户接口电路，其中电话B和电话D设计成可插拔的模块结构。用户接口电路使用的主芯片为PBL38710，可实现馈电（B）、二/四线变换（H），摘挂机检测（S）和铃流驱动（R）等功能。另外，用户接口电路对发送信号可进行放大、衰减调节。四路电话的呼叫号码分别为48、49、68、69。2、编译码和滤波器C(Codec&Filters）使用的主芯片为TP3057，主要实现单路语音的语音滤波、PCM编译码功能。3、双音多频（DTMF）检测电路使用的主芯片为MT8870，DTMF接收器先经高、低群带通滤器进行f／f.区分，然后过零检测、比较，得到相应于DTMF的两路f、f.信号输出。该两路信号经译码、锁存、缓冲，恢复成对应于16种DTMF信号的4比特二进制码（D1～D4），再送给记发器进行号码识别以便控制交换网络接通被叫用户话路。电话A，B共享一路DTMF检测器，电话C，D共享另一路DTMF检测器。4、信令处理器和记发器电路（中央处理器）它是U101（AVR单片机）及外围电路构成，在系统软件的作用下，完成键盘扫描和液晶显示、工作状态指示和接收计算机数据。同时完成对话机状态的监视、信号音及铃流输出控制、电话号码的识别、交换命令发送等功能。具体叙述如下：（1）用户状态检测电路：接收各个用户线接口电路输出的用户状态检测信号DETX（X是话路的序号），可以是A、B、C、D，例如DETA是第一话路的用户状态检测信号（下面文字说明中标号的X含义与此处相同），信号直接送入CPU的PE口，以识别主、被叫用户的摘挂机状态。（2）电话用户信令音控制电路：主要由单片机U101及电子开关CD4066组成，在单片机U101的作用下，分别分时地将上述EPM240产生拨号音、忙音、回铃音等三种信号通过电子开关CD4066送入主叫用户。（3）铃流控制电路：自动交换时，在单片机U101作用下，EPM240输出的铃流音信号（RING），由PBL38710提升铃流信号电压，使其有效值达到75V左右，送往电话机。（4）DTMF接收控制电路：当MT8870收到电话号码后，便发出使能信号向单片机U101申请中断，同时将译码的电话号码数据（DTMFD1～4）送给单片机U101进行处理。2
2 成及主要作用如下： 1、电话用户接口电路 提供了４路电话用户接口电路，其中电话 B 和电话 D 设计成 可插拔的模块结构。用户接口电路使用的主芯片为 PBL 38710， 可实现馈电（B）、二/四线变换（H），摘挂机检测（S）和铃流驱 动（R）等功能。另外，用户接口电路对发送信号可进行放大、 衰减调节。四路电话的呼叫号码分别为 48、49、68、69。 2、编译码和滤波器 C(Codec & Filters) 使用的主芯片为 TP3057，主要实现单路语音的语音滤波、PCM 编译码功能。 3、双音多频（DTMF）检测电路 使用的主芯片为 MT8870，DTMF 接收器先经高、低群带通滤 器进行 fL / fH区分，然后过零检测、比较，得到相应于 DTMF 的 两路 fL、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 DTMF 信号的 4 比特二进制码（D1～D4），再送给记 发器进行号码识别以便控制交换网络接通被叫用户话路。电话 A， B 共享一路 DTMF 检测器，电话 C，D 共享另一路 DTMF 检测器。 4、信令处理器和记发器电路（中央处理器） 它是 U101（AVR 单片机）及外围电路构成，在系统软件的作 用下，完成键盘扫描和液晶显示、工作状态指示和接收计算机数 据。同时完成对话机状态的监视、信号音及铃流输出控制、电话 号码的识别、交换命令发送等功能。具体叙述如下： （1）用户状态检测电路：接收各个用户线接口电路输出的 用户状态检测信号 DETX（X 是话路的序号），可以是 A、B、C、D， 例如 DETA 是第一话路的用户状态检测信号（下面文字说明中标 号的 X 含义与此处相同），信号直接送入 CPU 的 PE 口，以识别主、 被叫用户的摘挂机状态。 （2）电话用户信令音控制电路：主要由单片机 U101 及电子 开关 CD4066 组成，在单片机 U101 的作用下，分别分时地将上述 EPM240 产生拨号音、忙音、回铃音等三种信号通过电子开关 CD4066 送入主叫用户。 （3）铃流控制电路：自动交换时，在单片机 U101 作用下， EPM240 输出的铃流音信号（RING），由 PBL38710 提升铃流信号电 压，使其有效值达到 75V 左右，送往电话机。 （4）DTMF 接收控制电路：当 MT8870 收到电话号码后，便发 出使能信号向单片机 U101 申请中断，同时将译码的电话号码数 据（DTMFD1～4）送给单片机 U101 进行处理
5、时序与控制器电路主要由CPLD可编程数字逻辑器件EPM240及外围电路构成，它产生并输出下列信号：（1）500Hz连续方波（即拨号音信号）（2）忆忙音脉冲，即0.35秒通、0.35秒断的周期方波（3）回铃音脉冲，即1秒通、4秒断的周期方波（4）25Hz周期方波（振铃信号）（5）PCM编译码器的时序、时钟信号。（6）各接口电路间的控制片选信号。6、交换网络控制器主要由单片机U103和片外存储器U109构成，完成交换网络模块的交换控制工作。片外存储器U109可下载存储学生的二次开发程序。7、交换网络模块（1）人工交换：各电话用户发送、接收端信号通过铜铆孔开放出来，可通过手动连线完成电话信息的交换工作。（2）空分交换网络：主要由MT8816芯片构成，完成空分路由选通。（3）数字时分程控交换网络：分别由MT8980、CPLD、DSP等芯片构成三种不同实现方式的时分交换模块。（4）VOIP网关，支持SIP协议标准：支持的语音编码：G.711（u-1aw)a-1aw）、G.729、G.726、G.723：支持号码设定、来电显示、音量调节、回音抑制、T.38传真，支持转接、热线、免打扰、闹铃、号码簿等功能。（5）除人工交换外，其它交换方式的实验需通过更换相应的实验模块来完成。8、液晶键盘由字符型液晶和薄膜键盘电路组成：它们共同完成交换功能设置，和对话路交换状态的同步显示、话路时隙分配设置等功能。9、电源供给分别提供-12V、+5V、+12V、-48V、-5V、-24V、3、3V等直流电源。其中前四组直流电源的通断，通过平台左上角的发光二极管指示。10、接口电路时分中继接口、数字光纤通信接口和计算机通信接口，分别完成数学时分局内通信、数学时分的局间通信与计算机的通信等功能。3
3 5、时序与控制器电路 主要由 CPLD 可编程数字逻辑器件 EPM240 及外围电路构成， 它产生并输出下列信号： （1）500Hz 连续方波（即拨号音信号） （2）忙音脉冲，即 0.35 秒通、0.35 秒断的周期方波 （3）回铃音脉冲，即 1 秒通、4 秒断的周期方波 （4）25Hz 周期方波（振铃信号） （5）PCM 编译码器的时序、时钟信号。 （6）各接口电路间的控制片选信号。 6、交换网络控制器 主要由单片机 U103 和片外存储器 U109 构成，完成交换网络 模块的交换控制工作。片外存储器 U109 可下载存储学生的二次 开发程序。 7、交换网络模块 （1）人工交换：各电话用户发送、接收端信号通过铜铆孔 开放出来，可通过手动连线完成电话信息的交换工作。 （2）空分交换网络：主要由 MT8816 芯片构成，完成空分路 由选通。 （3）数字时分程控交换网络：分别由 MT8980、CPLD、DSP 等芯片构成三种不同实现方式的时分交换模块。 （4）VOIP 网关，支持 SIP 协议标准； 支持的语音编码：G.711(u-law\a-law)、G.729、G.726、 G.723；支持号码设定、来电显示、音量调节、回音抑制、T.38 传真，支持转接、热线、免打扰、闹铃、号码簿等功能。 （5）除人工交换外，其它交换方式的实验需通过更换相应 的实验模块来完成。 8、液晶键盘 由字符型液晶和薄膜键盘电路组成：它们共同完成交换功能 设置，和对话路交换状态的同步显示、话路时隙分配设置等功能。 9、电源供给 分别提供-12V、+5V、+12V、-48V、-5V、-24V、3、3V 等直 流电源。其中前四组直流电源的通断，通过平台左上角的发光二 极管指示。 10、接口电路 时分中继接口、数字光纤通信接口和计算机通信接口，分别 完成数字时分局内通信、数字时分的局间通信与计算机的通信等 功能
11、LAN接口每个实验箱的LAN接口和软交换中心相连，在拔打IP电话时LAN口通过网线和软交换中心交互SIP协议和IP包；LAN口也可和学生终端相连，配置VOIP网关IP地址等参数；要求：1、熟悉本实验平台的组成与结构：2、熟悉各组成模块的构成元器件及其完成的作用。复位欢迎使用通信综合实验平台南京润众科技有限公司开始主菜单子菜单1.人工交换2.空分交换空分交换13.时分交换主叫：XX被叫：YY4.时分中继接续成功5.中继通信00:00（通话时间）时隙分配话路1.04话路2.10话路3.16话路4.30图2液晶显示器的菜单4
4 11、LAN 接口 每个实验箱的 LAN 接口和软交换中心相连，在拔打 IP 电话 时 LAN 口通过网线和软交换中心交互 SIP 协议和 IP 包；LAN 口也 可和学生终端相连，配置 VOIP 网关 IP 地址等参数； 要求： 1、熟悉本实验平台的组成与结构； 2、熟悉各组成模块的构成元器件及其完成的作用。 图 2 液晶显示器的菜单
开始+NO有用户呼叫吗？YES呼叫去话接续向主叫送拨号音NO第一位号码来了吗？YES拨号开始停送拨号音，收存号码内部处理拨号结束+被叫闲吗？YESNO来话接续向主送忙音向被口送铃流，向主叫送国铃音NONO主叫挂机否？被叫应答否？YESYES应答停送铃流，回铃音，接通电路NO话终挂机否？挂机YES拆线（释放复原）结束图3系统工作流程5
5 图 3 系统工作流程
三、实验仪器设备和材料清单：小电话单机2部、程控交换实验箱、双综示波器四、实验步骤1、在关电情况下，交换网络接口上插上“空分交换模块MT8816）”。2、打开实验箱右侧的总电源开关，电源输入电路加电，电源指示灯（左上角的LED发光二极管）亮。3、按一下薄膜开关的“复位”键，系统复位一次，液晶显示“欢迎使用..….”。4、按“开始”键，进入菜单的主要工作状态选择，分“人工交换”，“空分MT8816”，...等多种工作方式。具体设置说明请参见实验5。5、选择空分交换方式“空分MT8816”，“空分”指示灯亮。6、分别给电话A、B接上电话单机，正常呼叫。注意液晶显示及其他一些指示灯的变化，熟悉信令程控交换与话音信号通信交换的全过程。7、电话A默认电话号码为：48电话B默认电话号码为：49。注：本实验平台上的跳线开关K301、K501、默认设置：跳线1-2脚连。五、实验报告要求根据对实验的初步认识，对系统结构方框图做简要叙述。六、思考题1、程控数字交换系统由哪些部分组成？2、根据实验步骤简要叙述呼叫接续过程。6
6 三、实验仪器设备和材料清单： 小电话单机 2 部、程控交换实验箱、双综示波器 四、实验步骤 1、 在关电情况下，交换网络接口上插上“空分交换模块 （MT8816）”。 2、打开实验箱右侧的总电源开关，电源输入电路加电，电 源指示灯（左上角的 LED 发光二极管）亮。 3、按一下薄膜开关的“复位”键，系统复位一次，液晶显 示“欢迎使用.”。 4、按“开始”键，进入菜单的主要工作状态选择，分“人 工交换”，“空分 MT8816”，.等多种工作方式。具体设置说明 请参见实验 5。 5、选择空分交换方式“空分 MT8816”，“空分”指示灯亮。 6、 分别给电话 A、B 接上电话单机，正常呼叫。注意液晶 显示及其他一些指示灯的变化，熟悉信令程控交换与话音信号通 信交换的全过程。 7、电话 A 默认电话号码为：48；电话 B 默认电话号码为： 49。 注：本实验平台上的跳线开关 K301、K501、默认设置：跳线 1-2 脚连。 五、实验报告要求 根据对实验的初步认识，对系统结构方框图做简要叙述。 六、思考题 1、程控数字交换系统由哪些部分组成？ 2、根据实验步骤简要叙述呼叫接续过程
实验二电话用户接口模块实验实验项目性质：验证性实验所属课程名称：现代交换原理一、实验目的1、全面了解用户线接口电路功能（BORST）的作用及其实现方法；2、通过对用户模块电路PBL38710电路的学习与实验，进一步加深对BORST功能的理解。二、实验内容和要求（一）电路工作原理介绍用户电路也可称为用户线接口电路（SubscriberLineInterfaceCircuit一SLIC)。任何交换机都具有用户线接口电路。根据用户电话机的不同类型，用户线接口电路（SLIC）分为模拟用户接口电路和数字用户接口电路两种。模拟用户线接口电路在实现上的最大压力是应能承受馈电、铃流和外界干扰等高压大电流的冲击，过去都是采用晶体管、变压器（或混合线圈）、继电器等分立元件构成。在实际中，基于实现和应用上的考虑，通常将BORSHCT功能中过压保护由外接元器件完成，编解码器部分另单成一体，集成为编解码器（CODEC），其余功能由集成模拟SLIC完成。在程控交换机中，向用户馈电，向用户振铃等功能都是在绳路中实现的，馈电电压一般是-60V，用户的馈电电流一般是20mA～30mA，铃流是25Hz，90V左右，而在程控交换机中，由于交换网络处理的是数字信息，无法向用户馈电、振铃等，所以向用户馈电、振铃等任务就由用户线接口电路来承担完成，再加上其它一些要求，程控交换机中的用户线接口电路一般要具有馈电（B)，振铃（R）、监视（S)、编译码（C)、混合（H)、测试（T）、过压保护（0）等七项基本功能。图2-1为模拟用户线接口功能框图。模拟用户线接口电路的功能可以归纳为BORSCHT七种功能，具体含义是：（1）馈电（B-Batteryfeeling）向用户话机送直流电流。通常要求馈电电压为-48伏或-24伏，环路电流不小于18mA.7
7 实验二 电话用户接口模块实验 实验项目性质：验证性实验 所属课程名称：现代交换原理 一、实验目的 1、全面了解用户线接口电路功能（BORST）的作用及其实现方法； 2、通过对用户模块电路 PBL 387 10 电路的学习与实验，进一步 加深对 BORST 功能的理解。 二、实验内容和要求 （一）电路工作原理介绍 用户电路也可称为用户线接口电路（Subscriber Line Interface Circuit—SLIC）。任何交换机都具有用户线接口电路。 根据用户电话机的不同类型，用户线接口电路（SLIC）分为模拟 用户接口电路和数字用户接口电路两种。 模拟用户线接口电路在实现上的最大压力是应能承受馈电、 铃流和外界干扰等高压大电流的冲击，过去都是采用晶体管、变 压器（或混合线圈）、继电器等分立元件构成。在实际中，基于 实现和应用上的考虑，通常将 BORSHCT 功能中过压保护由外接元 器件完成，编解码器部分另单成一体，集成为编解码器（CODEC）， 其余功能由集成模拟 SLIC 完成。 在程控交换机中，向用户馈电，向用户振铃等功能都是在绳 路中实现的，馈电电压一般是-60V，用户的馈电电流一般是 20mA～30mA，铃流是 25Hz,90V 左右，而在程控交换机中，由于 交换网络处理的是数字信息，无法向用户馈电、振铃等，所以向 用户馈电、振铃等任务就由用户线接口电路来承担完成，再加上 其它一些要求，程控交换机中的用户线接口电路一般要具有馈电 （B），振铃（R）、监视（S）、编译码（C）、混合（H）、测试（T）、 过压保护（O）等七项基本功能。图 2-1 为 模拟用户线接口功 能框图。 模拟用户线接口电路的功能可以归纳为 BORSCHT 七种功能， 具体含义是： （1）馈电（B-Battery feeling）向用户话机送直流电流。 通常要求馈电电压为-48 伏或-24 伏，环路电流不小于 18m A
（2）过压保护（0Overvoltageprotection）防止过压过流冲击和损坏电路、设备。（3）振铃控制（R一RingingControl）向用户话机馈送铃流，通常为25Hz/90Vrms正弦波。（4）监视（S-Supervision）监视用户线的状态，检测话机摘机、挂机与拨号脉冲等信号以送往控制网络和交换网络。（5）编解码与滤波（C-CODEC/Filter）在数字交换中，它完成模拟话音与数字码间的转换。通常采用PCM编码器（Coder）与解码器(Decoder)来完成，，统称为CODEC。相应的防混叠与平滑低通滤波器占有话路（300Hz-3400Hz）带宽，编码速率为64kb/s。本功能将在实验6中详细介绍。（6）混合（H一Hyhird）完成二线与四线的转换功能，即实现用户二线双向信号与发送，接收支路四线单向信号之间的连接。过去这种功能由混合线圈实现，现在改为集成电路，因此称为“混合电路”。本功能将在实验8中详细介绍。（7）测试（T一Test）对用户电路进行测试。铃流发生器馈电电源PBL38710TP3057发送码流振编过低通2铃馈混码压测模拟继电合保试器平衡（编码信号)用户线电电电护开解网络码关器路路电器路低通接收码流测试振铃控用户线总线制信号状态信号（二）用户电路组成原理在本实验系统中，用户线接口电路选用的是PBL38710集成电路。PBL38710是2/4线厚膜混合用户线接口电路。它包含向用户话机恒流馈电、向被叫用户话机馈送铃流、用户摘机后自行截除铃流，摘挂机的检测及音频或脉冲信号的识别，用户线是8
8 （2）过压保护（O—Overvoltage protection）防止过压过 流冲击和损坏电路、设备。 （3）振铃控制（R—Ringing Control）向用户话机馈送铃 流，通常为 25Hz/90Vrms 正弦波。 （4）监视（S-Supervision）监视用户线的状态，检测话机 摘机、挂机与拨号脉冲等信号以送往控制网络和交换网络。 （5）编解码与滤波（C-CODEC/Filter）在数字交换中,它完 成模拟话音与数字码间的转换。通常采用 PCM 编码器（Coder） 与解码器(Decoder)来完成,，统称为 CODEC。相应的防混叠与平 滑低通滤波器占有话路（300Hz-3400Hz）带宽，编码速率为 64kb/s。本功能将在实验 6 中详细介绍。 （6）混合（H—Hyhird）完成二线与四线的转换功能，即实 现用户二线双向信号与发送，接收支路四线单向信号之间的连 接。过去这种功能由混合线圈实现，现在改为集成电路，因此称 为“混合电路”。 本功能将在实验 8 中详细介绍。 （7）测试（T—Test）对用户电路进行测试。 图 2-1 模拟用户线接口功能框图 （二）用户电路组成原理 在本实验系统中，用户线接口电路选用的是 PBL 387 10 集 成电路。PBL 387 10 是 2/4 线厚膜混合用户线接口电路。它包含 向用户话机恒流馈电、向被叫用户话机馈送铃流、用户摘机后自 行截除铃流，摘挂机的检测及音频或脉冲信号的识别，用户线是