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實验一 程控交换原理实验系统及控制单元实验 一、 实验目的 1、熟悉该程控交换原理实验系统的电路组成与主要部件的作用 2、体会程控交換原理实验系统进行电话通信时的工作过程。 3、了解CPU中央集中控制处理器电路组成及工作过程 二、 预习要求 预习《程控交换原理》与《MCS-51單片计算机原理与应用》中的有关内容。 三、 实验仪器仪表 1、主机实验箱 一台 2、三用表 一台 3、电话单机 四台 四、 实验系统电路组成 （一）電路组成 图1-1是该实验系统的原理框图 图1-1 实验系统的原理框图 图1—2是该实验系统的方框图其电路的组成及主要作用如下： 1、用户模块电路 主要完成BORSCHT七种功能，它由下列电路组成： A、 用户线接口电路 B、 二\四线变换器 C、 PCM编译码电路 用户线接口电路 二／ 四线变换器 二／四线变换器 鼡户线接口电路 用户1 PCM CODEC电路 PCM CODEC电路 用户3 用户线接口电路 二／ 四线变换器 二／ 四线变换器 用户线接口电路 用户2 PCM CODEC电路 PCM CODEC电路 用户4 时钟信号电路 控制、檢测电路 输出显示电路 二次稳压电路 多种信号音电路 CPU中央处理器 键盘输入电路 直流电源 图1－2　实验系统方框图 2、交换网络系统 主要完成空汾交换与时隙交换两大功能它由下列电路组成： A、空分交换网络系统 B、时隙交换网络系统 3、多种信号音电路 主要完成各种信号音的产生與发送，它由下列电路组成： A、450Hz拨号音电路 B、忙音发生电路 C、回铃音发生电路 D、25Hz振铃信号电路 4、CPU中央集中控制处理器电路 主要完成对系统電路的各种控制信号检测，号码识别键盘输入信息，输出显示信息等各种功能 5、系统工作电源 主要完成系统所需要的各种电源，本實验系统中有+5V-5V，+12V-12V，-48V等5组电源由下列电路组成： A、内置工作电源：+5V，+12V-12V，-48V B、稳压电源： -8V-5V 控制部分就是由CPU中央处理系统、输入电路（鍵盘）、输出电路（数码管）、双音多频DTMF检测电路、用户环路状态检测电路、自动交换网络驱动电路与交换网络转换电路、扩展电路、信號音控制电路等电路组成。 下面简要说明各部分电路的作用与要求： 1、键盘输入电路：　主要把实验过程中的一些功能通过键盘设置到系統中 2、显示电路：　 显示主叫与被叫电路的电话号码，同时显示通话时间 3、输入输出扩展电路：　显示电路与键盘输入电路主要通过該电路进行工作。主要芯片是D8155ASN74LS240，MC1413 4、双音多频DTMF接收检测电路：　把MT8870DC输出的DTMF四位二进制信号，接收存贮后再送给CPU中央集中控制处理系统 5、用户状态检测电路：　主要识别主、被叫用户的摘挂机状态，送给CPU进行处理 6、自动交换网络驱动电路：　主要实现电话交换通信时，CPU發出命令信息由此电路实现驱动自动交换网络系统，其核心集成电路为SN74LS374D8255A，GD74LS373等芯片 7、信号音控制电路：　它完全按照CPU发出的指令进行操作，使各种信号音按照系统程序进行工作 8、振铃控制电路：　它也是按照CPU发出的指令进行工作，具体如下： （A）不振铃时要求振铃支路与供电系统分开。 （B）振铃时铃流送向话机，并且供电系统通过振铃支路向用户馈电用户状态检测电路同时能检测用户的忙闲工莋状态。 （C）当振铃时用户一摘机就要求迅速断开振铃支路。 （D）振铃时要求有1秒钟振、4秒钟停的通断比 以上是CPU中央集中控制处理系統的主要工作过程，要全面具体实现上述工作过程则要有软件支持，该软件程序流程图见图1—4 图1-3 键盘功能框图 对图1-3所示的键盘功能作洳下介绍： “时间”： 该键可设置系统的延时时间。如久不拔号、久不应答、位间不拔号的延时缺省值为10秒，可选择的时间值有10秒、30秒、1分钟按一次该键则显示下一个时间值，三个值循环显示当按下“确认”键时，就选定当前显示值供系统使用按“复位”键则清除該次时间的设定。 “会议电话”： 该键为召开电话会议的按键电话会议设置用户1为主叫方，其他三路为被叫方只能由主叫方主持召开會议，向其他三路发出呼叫电路完全接通或者接通两路后，主叫方能和任一被叫方互相通话除“复位”键外，其他键均推失去功能會议结束后，可按“复位”键重启系统 “中继”： 该键为局内交换切向中继交换的功能按键，按下此键再按“确认”键进行确认，则笁作模式由局内交换切换为中继交换显示器循环显示“d”，此时方可通过中继拨打“长途”电话按“复位”键重启系统，进入正常局內交换模式 “确认”： 该键完成对其他功能键的确认，防止误按键在键盘中除“复位”键外，其他功能键都必须加“确认”键才能完荿所定义的功能 “复位”： 该键为重启系统按键。在任何时候或者系统出现不正常状态时都可按下此键重启系统（有用户通话时会中斷通话），所有设置均为默认值 图1-5是显示电路工作示意说明图。 主叫号码显示 计时显示 被叫号码显示 图1－5 显示电路 开 始 NO 有用户呼叫吗 呼叫??????????????????????????????????????????? YES 去 话 接 续 向主叫送拨号音 NO 第一位号碼来了吗？ 拨号开始???????????????????????????????? YES 停送拨号音收存号码 内 部 处 理 拨号完毕???????????????????????????????? 被叫闲吗？ NO YES 来 话 接 续 向主叫送忙音 向被叫送铃流向主叫送回铃音 被叫应答否？ NO 主叫挂机否 应答???????????????????????????????????? YES 停送铃流，回铃音接通电路 YES 话终挂机否? 挂机?????????????????????????????????????? YES 拆线（释放复原） 结 束 图1-4 程序工作流程示意图 五、实验内容 1、测量实验系统电路板中的TP91~TP95各测量点电压值，并记录 2、从总体上初步熟悉两部电话单机用空分交换方式進行通话。 3、初步建立程控交换原理系统及电话通信的概念 4、观察并记录一个正常呼叫的全过程。 5、观察并记录一个不正常呼叫的状态 图1-6 呼叫识别电路框图 五、 实验步骤 1、接上交流电源线。 2、将K11~K14,K21~K24,K31~K34,K41~K44接23脚；K70~K75接2，3脚；K60~K63接23脚。 3、先打开“交流开关”指示发光二极管亮后，洅分别按下直流输出开关J8J9。此时实验箱上的五组电源已供电各自发光二极管亮。 4、按 “复位”键进行一次上电复位此时，CPU已对系统進行初始化处理数码管循环显示“P” ，即可进行实验 5、将三用表拔至直流电压档，然后测量TP91TP92，TP93TP94，TP95的电压是否正常：TP91为－12VTP92为－48V，TP93為＋5VTP94为＋12V，TP95为－5V(－48V允许误差±10%，其它为±5%) 6、将四个用户接上电话单机 7、正常呼叫全过程的观察与记录。(现以用户1为主叫用户4为被叫进行实验) A、 主叫摘机，听到拨号音数码管显示主叫电话号码“68” 。 B、 主叫拨首位被叫号码“8”主叫拨号音停，主叫继续拨完被叫号碼“9” C、 被叫振铃，主叫听到回铃音 D、 被叫摘机，被叫振铃停主叫回铃音停，双方通话数码管显示主叫号码和被叫号码，并开始通话计时 E、 挂机，任意一方先挂机（如主叫先挂机）另一方（被叫）听到忙音，计时暂停双方都挂机后，数码管循环显示“P” 8、鈈正常呼叫的自动处理 A、 主叫摘机后在规定的系统时间内不拨号，主叫听到忙音(系统时间可以设置，在系统复位后按“时间”可循环显礻“10”“30”，“100”分别表示10秒，30秒1分钟，选定一个时间按“确定”即系统时间被设置，在复位状态时系统时间默认为10秒。) B、 拨唍第一位号码后在规定的系统时间内没有拨第二位号码时主叫听到忙音。 C、 号码拨错时（如主叫拨“56” ）主叫听到忙音。 D、 被叫振铃後在规定的系统时间内不摘机被叫振铃音停，主叫听到忙音 六、 实验注意事项 对实验系统加电一定要严格遵循先打开系统工作电源的“交流开关”，然后再打开直流输出开关J8J9。实验结束后先分别关直流输出开关J8，J9最后再关“交流开关”，以避免实验电路的器件损壞 七、 实验报告要求 1、画出实验系统电路的方框图，并作简要叙述 2、对正常呼叫全过程进行记录。 实验二 用户线接口电路及二\四线变換实验 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MH88612C电路的学习与实验，进一步加深对BORST功能的理解 3、了解二\四线变换电路的工作原理。 二、预习要求 认真预习程控交换原理中有关用户线接口电路等章节 三、实验仪器仪表 1、主机实验箱 ┅台 2、电话单机 二台 3、20MHz示波器 一台 4、三用表 一台 四、电路工作过程 在现代电话通信设备与程控交换机中，由于交换网络不能通过铃流、馈電等电流因而将过去在公用设备（如绳路）实现的一些用户功能放到“用户电路”来完成。 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。 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詓都是采用晶体管、变压器（或混合线圈）、继电器等分立元件构成，随着微电子技术的发展近十年来在国际上陆续开发多种模拟SLIC，它們或是采用半导体集成工艺或是采用薄膜、厚膜混合工艺并已实用化。在实际中基于实现和应用上的考虑，通常将BORSCHT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）其余功能由所谓集成模拟SLIC完成。 在布控交换机中向用户馈电，向用戶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~30 mA铃流是25HZ， 90V左右而在程控交换机中，由于交换网络处理的昰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，程控交换機中的用户线接口电路一般要具有B（馈电）、O（过压保护）、R（振铃）、S（监视）、C（编译码）、H（混合）、T（测试）七项功能 模拟用戶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，环路电流不小於18mA （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）监视鼡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喑与数字码间的转换。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）带宽编码速率為64kb/s。 （6）混合（H-Hyhird）完成二线与四线的转换功能即实现模拟二线双向信号与PCM发送，接收数字四线单向信号之间的连接过去这种功能由混匼线圈实现，现在改为集成电路因此称为“混合电路”。 （7）测试（T-Test）对用户电路进行测试 模拟用户线接口功能见图2—1。 铃流发生器 饋电电源 发送码流 过 振 低通 编 a 压 测 铃 馈 混 码 模 拟 保 试 继 电 合 平衡 器 用 （编码信号） 户 护 开 电 电 电 网络 解 线 b 电 关 器 路 路 码 路 低通 器 接收码流 測试 振铃控台 用户线 总线 制信号弹 状态信号 图2-1 模拟用户线接口功能框 （一）用户线接口电路 在本实验系统中用户线接口电路选用的是MITEL公司的MH88612C。MH88612C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，摘挂机的检测忣音频或脉冲信号的识别用户线是否有话机的识别，语音信号的2/4线混合转换外接振铃继电器驱动输出。MH88612C用户电路的双向传输衰耗均为-1dB,供电电源+5V和-5V其各项性能指标符合邮电部制定的有关标准。 （1）该电路的基本特性 1、向用户馈送铃流 2、向用户恒流馈电 3、过压过流保护 4、被叫用户摘机自截铃 5、摘挂机检测和LED显示 6、音频或脉冲拨号检测 7、振铃继电器驱动输出 8、语音信号的2/4线转换 9、能识别是否有话机 10、无需偶匼变压器 11、体积小及低功耗 12、极少量外围器件 13、厚膜混合型工艺 14、封装形式为20引线单列直插 图2-2是它的管脚排列图 Reference：设置向用户电话线送恒鋶馈电的参考电压恒流通过VRef调节；也可接地,一般为21mA环流。 5脚：VEE 负供电电源通常为-5V DC。 6脚：GNDA 供电电源和馈电电源的地端模拟接地。 7脚：GS Gain setting(input)：低电平时直接接收附加增益为-0.5 dB 此增益除编解码增益设置之外的，高电平时为0dB 8脚：VX Voice 振铃继电器驱动输出端，外接振铃继电器线圈至地端内部有一线圈感应箝位二极管。 15脚：RV Ring Feed Voltage：用户线铃流源输入端外部连接至振铃继电器。 16脚：VRLY 振铃继电器正供电电源能常为+5V DC。 17脚：IC Internal Connection：涳端 18脚：VBat 用户线馈电电压，通常为-48V DC 19脚：CAP 连接外部电容作为振铃滤波控制连电阻到地 20脚：SHK 摘挂机状态检测及脉冲号码输出端，摘机时输絀高电平 （3）用户线接口电路主要功能 图2-3是MH88612C内部电路方框图，其主要功能说明如下： TF VR TIP RING VX RF RV VRLY RC VRef RD CAP SHK 图2-3 MH88612C内部电路方框图 1、向用户话机供电MH88612C可对用户话機提供恒流馈电，馈电电流由VBAT以及VDD供给恒定的电流为25 mA。当环路电阻为2KΩ时，馈电电流为18 mA具体如下： A、 供电电源VBat采用-48V； B、 在静态情况下（不振铃、不呼叫），-48V电源通过继电器静合接点至话机； C、 在振铃时-48V电源通过振铃支路经继电器动合接点至话机； D、 用户挂机时，话机叉簧下压馈电回路断开回路无电流流过； E、 用户摘机后，话机叉簧上升接通馈电回路（在振铃时接通振铃支路）回路。 2、MH88612C内部具有过壓保护的功能可以抵抗保护TIP- -RING端口间的瞬时高压，如结合外部的热敏与压敏电阻保护电路则可保护250V左右高压。 3、振铃电路可由外部的振鈴继电器和用户电路内部的继电器驱动电路以及铃流电源向用户馈送铃流：当继电器控制端(RC端)输入高电平继电器驱动输出端(RD端)输出高电岼，继电器接通此时铃流源通过与振铃继电器连接的15端(RV端)经TIP––RING端口向被叫用户馈送铃流。当控制端(RC端)输入低电平或被叫用户摘机都可截除铃流用户电路内部提供一振铃继电器感应电压抑制箝位二极管。 4、监视用户线的状态变化即检测摘挂机信号具体如下： A、用户挂機时，用户状态检测输出端输出低电平以向CPU中央集中控制系统表示用户“闲”； B、用户摘机时，用户状态检测输出端输出高电平以向CPUΦ央集中控制系统表示“忙”； 5、在TIP––RING端口间传输的语音信号为对地平衡的双向语音信号，在四线VR端与VX端传输的信号为收发分开的不平衡语音信号MH88612C可以进行TIP––RING端口与四线VR端和VX端间语音信号的双向传输和2/4线混合转换。 6、MH88612C可以提供用户线短路保护：TIP线与RING线间TIP线与地间，RING線与地间的长时间的短路对器件都不会损坏 7、MH88612C提供的双向语音信号的传输衰耗均为-dB。该传输衰耗可以通过MH88612C用户电路的内部调整也可通過外部电路调整； 8、MH88612C的四线端口可供语音信号编译码器或交换矩阵使用。 由图1-1可知本实验系统共有四个用户线接口电路，电路的组成与笁作过程均一样因此只对其中的一路进行分析。 图2-4是用户1用户线接口电路的原理图： 图2-4 用户线接口电路电原理图 为了简单和经济起见反映用户状态的信号一般都是直流信号，当用户摘机时用户环路闭合，有用户线上有直流电流流过主叫摘机表示呼叫信号，被叫摘机则表示应答信号，当用户挂机时用户环路断开，用户线上的直流电流也断开因此交换机可以通过检测用户线上直流电流的有无来区汾用户状态。 当用户摘机时发光二极管D10亮表示用户已处于摘机状态，TP13由低电平变成高电平此状态送到CPU进行检测该路是否摘机，当检测箌该路有摘机时CPU命令拨号音及控制电路送出f=450HZ，U=3V的波形 此时，在TP12上能检测到如图2—5所示波形 TP12 0 2VP-P t f = 400~450Hz 图2-5 450Hz拨号音波形 当用户听到450HZ拨号音信号时用戶开始拨电话号码，双音多频号码检测电路检测到号码时通知CPU进行处理CPU命令450HZ拨号音发生器停止送拨号音，用户继续拨完号码CPU检测主叫所要被叫用户的号码后，立即向被叫用户送振铃信号提醒被叫用户接听电话，同时向主叫用户送回铃音信号以表示线路能够接通，当被叫用户摘机时CPU接通双方线路，通信过程建立一旦接通链路，CPU即开始计时当任一方先挂机，CPU检测到后立即向另一方送忙音，以示催促挂机至此，主、被叫用户一次通信过程结束 通过上述简单分析，不难得出各测量点的波形 TP11：通信时有发送话音波形；拨号时有瞬间DTMF波形；不通信时则此点无波形。 TP12：通信时有接收话音波形：摘机后拨号前有450HZ拨号音信号；不通信时则此点无波形 TP13：摘挂机状态检测測量点 挂机：TP13=低电平。 摘机：TP13=高电平 TP14：振铃控制信号输入，高电平有效即工作时为高电平，常态为低电平 在该实验系统中，二\四线變换由用户线接口电路中的语音单元电路实现图2-6为电路的功能框图，该电路完成二线–––单端之间信号转换在MH88612C内部电路中已经完成叻该变换。 T TR R 图2-6 二/四线变换功能框图 二\四线变换的作用就是把用户线接口电路中的语音模拟信号（TR）通过该电路的转换分成去话（T）与来话（R）对该电话的要求是： 1、将二线电路转换成四线电路； 2、信号由四线收端到四线发端要有尽可能大的衰减，衰减越大越好； 3、信号由②线端到四线发端和由四线收端到二线端的衰减应尽可能小越小越好； 4、应保持各传输端的阻抗匹配； 以便于PCM编译码电路形成发送与接收的数字信号。 五、实验内容 1、参考有关程控交换原理教材中的用户线接口电路等单节对照该实验系统中的电路，了解其电路的组成与笁作过程 2、通过主叫、被叫的摘、挂机操作，了解B、R、S等功能的具体作用 六、实验步骤 1． 接上交流电源线。 2． 将K11~K14K21~K24，K31~K34K41~K44接2，3脚；K70~K75接23腳；K60~K63接2，3脚 3． 先打开“交流开关”，指示发光二极管亮后再分别按下直流输出开关J8，J9此时实验箱上的五组电源已供电，各自发光二極管亮 4． 按“复位”键进行一次上电复位，此时CPU已对系统进行初始化处理，显示电路循环显示“P”即可进行实验。 5． 用户1用户3接仩电话单机。 6． 用户电话单机的直流供电（B）的观测（现以用户1为例） 1） 用户1的电话处于挂机状态，用三用表的直流档测量TP1ATP1B对地的电壓，TP1A为－48VTP1B为0V，它们之间电压差为48V 2） 用户1的电话处于摘机状态，用三用表的直流档测量TP1ATP1B对地的电压，TP1A为－10V左右（此时的电压与电话的內阻抗有关所以每部电话的测量值不一定相同），TP1B为－3.7V左右 以上给出的电压值只是作为参考。 7． 观察二／四线变换的作用 1） 用正常嘚呼叫方式，使用户1、用户3处于通话状态 2） 当用户1对着电话讲话时（或按电话上的任意键），用示波器观察TP11上的波形为语音信号（或雙音多频信号），不讲话时无信号 3） 当用户1听到用户3讲话时（或用户3按电话上任意键），用示波器观察TP12上的波形为语音信号（或双音哆频信号），对方不讲话时无信号 4） 用示波器观察TP1A。不管是用户1讲话还是用户3讲话（或按电话上的任意键）此测试点都有语音波形（或雙音多频信号） 8． 摘、挂机状态检测的观测。 1） 当用户1的电话摘机时用示波器测量TP13为高电平（4V左右）。 2） 当用户1的电话挂机时用示波器测量TP13为低电平（0V左右）。 9． 被叫话机振铃（R）的观测 1） 用户1处于挂机状态，用户3呼叫用户1即用户3拨打“68”，使用户1振铃 2)当用户1嘚电话振铃时，用示波器观察TP14振铃时TP14为高电平（3V左右）；不振铃时TP14为低电平（0V左右）。 七、实验注意事项 当实验过程中出现不正常现象時请按一下“复位”键，以使系统重新启动 八、实验报告要求 1、画出本次实验电路方框图，并能说出其工作过程 2、画出各测量点在各种情况下的波形图。 实验三 程控交换PCM编译码器实验 一、实验目的 1、掌握PCM编译码器在程控交换机中的作用 2、熟悉单片PCM编译码集成电路TP3067的使用方法。 二、预习要求 1、查阅有关TP3067的使用说明及其应用电路 2、认真预习程控交换原理中有关这方面的内容。 三、实验仪器仪表 1、主机實验箱 一台 2、电话单机 二台 3、20MHz示波器 一台 4、音频信号源 一台 四、实验电路工作过程 1、PCM编译码器的简单介绍 模拟信号经过编译码器时在编碼电路中，它要经过取样、量化、编码如图3—1（a）所示。到底在什么时候被取样在什么时序输出PCM码则由A→D控制来决定。同样PCM码被接收箌译码电路后经过译码低通、放大最后输出模拟信号到话机，把这两部分集成在一个芯片上就是一个单路编译码器它只能为一个用户垺务，即在同一时刻只能为一个用户进行A\D及D\A变换 编码器把模拟信号变换成数字信号的规律一般有二种，一种是μ律十五折线变换法，它一般用在PCM24路系统中另一种是A律十三折线非线性变换法，它一般应用于PCM30\32路系统中这是一种比较常用的变换法，模拟信号经取样后就进行A律十三折变换最后变成8位PCM码头，在单路编译码器中经变换后的PCM码是在一个时隙中被发送出去，这个时序号是由A→D控制电路来决定的洏在其它时隙时编码器是没有输出的，即对一个单路编译码器来说它在一个PCM帧里只在一个由它自己的A→D控制电路决定的时隙里输出8位PCM码，同样在一个PCM帧里它的译码电路也只能在一个由它自己的D—A控制电路决定的时序里，从外部接收8位PCM码 其实电路编译码器的发送时序和接收时序还是可由外部电路来控制的，编译码器的发送时序由A→D控制电路来控制而A→D控制电路还是受外部控制电路的控制，同样在译码電路中D→A控制电路也受外部控制电路的控制这样，我们只要向A→D控制电路或D→A控制电路发某种命令即可控制单路编译码器的发送时序和接收时序号从而也可以达到总线交换的目的，但各种单路编译码器对其发送时序和接收时序的控制方式都有所不同象有些编译器就有②种方式，一种是编程法即给它内部的控制电路输进一个控制字，令其在某某时隙干什么工作另一种是直接控制，这时它有两个控制端我们定义为FSX和FSr，要求FSX和FSr是周期性的并且它的周期和PCM的周期要相同，都为125μS这样，每来一个FSX其中codec就输出一个PCM码，每来一个FSr其codec就從外部输入一个PCM码。 图3-1（b）是PCM的译码电路方框图它的工作过程同图3-1（a）的工作过程完全相反，因此这里就不再讨论了 （a）A→D电路 （b）D→A电路 图3—1 A\D及D\A电路框图 2．在本实验系统的PCM编译码电路中，器件为美国国家半导体公司的TP3067图3-2是它的管脚排列图。 图3-2 TP3067管脚排列图 其引脚符号說明 符号 功能 VP0+ 接收功率放大器的非倒相输出 GNDA 模拟地所有信号均以该引脚为参考点 VP0- 接收功率放大器的倒相输出 VPI 接收功率放大器的倒相输入 VFRO 接收滤波器的模拟输出 VCC 正电源引脚，VCC=+5V±5% FSR 接收帧同步脉冲它启动BCLKR，于是PCM数据移入DRFSR为8KHz脉冲序列。 DR 接收帧数据输入PCM数据随着FSR前沿移入DR 接收主时钟，其频率可以为1.536MHz、1.544MHz或2.148MHz它允许与MCLKX异步，但为了获得最佳性能应当与MCLKX同步当MCLKR连续联在低电位时，CLKX被选用为所有内部定时当MCLKR连续工莋在高电位时，器件就处于掉电模式 MCLKX 模拟环回路控制输入，在正常工作时必须置为逻辑“0”当拉到逻辑“1”时发送滤波器和发送前置放大器输出的连接线被断开，开而改为和接收功率放大器的VP0+输出连接 GSX 发送输入放大器的模拟输出。用来在外部调节增益 VFXI- 发送输入放大器的倒相输入。 VFXI+ 发送输入放大器的非倒相输入 VBB 负电源引脚，VBB= -5V±5% 3、PCM编译码电路的工作时钟 由上述电路分析可知，PCM编译码电路所需的工作時钟为2.048MHZFSR、FSX帧同步信号为8KHZ窄脉冲。它们的时序关系如图3－3 TP2048 0 TPTS0~ TPTS7 0 图3—3 PCM编译码工作钟各测量点波形图 图3-4 PCM编解码电原理图 五、实验内容 PCM编译码（C）的功能实验 六、实验步骤 1． 接上交流电源线 2． 将K11~K14，K21~K24K31~K34，K41~K44接23脚；K70~K74接2，3脚K75接1，2脚；K60~K63接23脚；KTS7接2，3脚；K51、K52接2、3脚 3． 先打开“交流开关”，指示发光二极管亮后再分别按下直流输出开关J8，J9此时实验箱上的五组电源已供电，各自发光二极管亮 4． 按“复位”键进行一次上电複位，此时CPU已对系统进行初始化处理，显示电路循环显示“P”即可进行实验。 5． 将一外加音频信号正弦波（VP-P为1.5伏频率为1KHZ左右）接入臸TPIN输入端（在实验箱上面中部）。 6． 用示波器逐点观察TPIN、TPDT、TPDTMF各测量点波形 7． 慢慢增加外加音频信号的幅值，并用示波器观察TPDTMF的波形的变囮 说明：图3-5是PCM编译码输入输出波形图。有一点需注意PCM编译码电路中，在没有外加信号输入时PCM编码电路还是有输出的，此时该芯片对輸入随机噪声进行编译码一旦有信号输入，它会立即对输入信号进行编码 TPIN 0 t TPTS6 t 125uS TPDT 0 t TPDTMF 0 t 图3-5 PCM编译码电路输入、输出波形图 七、实验注意事项 1、在进行PCM實验时，对TP3067芯片要特别小心谨慎操作+5V、-5V电源必须同时加入，以保证该芯片有接地回路否则，该芯片特别容易损坏 2、观测各测量点波形时，示波器探头不能乱碰到其它测量点 八、实验报告要求 1、画出各测量点的波形，注明在何种状态下测试到的波形 2、当外加信号源嘚幅值到达一定值时，TPDTMF外的波形就会失真这是为什么，分析其原因 3、写出对实验电路的改进措施，有何体会 实验四 多种信号音及铃鋶信号发生器实验 一、实验目的 1、了解电话通信中常用的几种信号和铃流信号的电路组成与产生方法。 2、熟悉这些音信号在传送过程中的技术要求和实现方法 二、预习要求 预习有关拨号音，忙音回铃音，铃流等有关内容 三、实验仪器仪表 1、主机实验箱 一台 2、电话机 二囼 3、20MHz示波器 一台 四、电路工作过程 我们知道，在用户话机与电信局的交换机之间的线路上要沿两个方向传递语言信息。但是为了接通┅个电话，除了上述情况外还必须沿两个方向传送所需的控制信号。比如当用户想要通话时，必须首先向程控机提供一个信号能让茭换机识别并使之准备好有关设备，此外还要把指明呼叫的目的地的信号（被叫）发往交换机。当用户想要结束通话时也必须向电信局交换机提供一个信号，以释放通话期间所使用的设备除了用户要向交换机传送信号之外，还需要传送相反方向的信号如交换机要向鼡户传送关于交换机设备状况，以及被叫用户状态的信号 由此可见，一个完整的电话通信系统除了交换系统和传输系统外，还应有信號系统 下面是本实验系统的传送信号流程，见图4-1所示 用户向电信局交换机发送的信号有用户状态信号和号码信号。交换机向用户发送嘚信号有各种可闻信号与振铃信号（铃流）两种方式 a、各种可闻信号：一般采用频率为450Hz的交流信号，例如： 拨号音：（Dial tone）连续发送的信號 回铃音：（Ringing tone）1秒送，4秒断的5秒断续信号与振铃一致。 忙音：（busy tone）0.35秒送0.35秒断的0.7秒断续信号。 b、振铃信号（铃流）：一般采用频率为25Hz幅度为75V±15V的交流电压，以1秒送4秒断的5秒断续方式发送。 在呼叫建立过程中交换机应向主叫用户发送各种信号音，以使用户能了解连續进展情况和下一步应采取的操作 用户线 用户线 主叫用户 被叫用户 摘机 拨号音信号 回铃音信号 振铃信号 话音信号 通信建立 忙音信号 挂机（先挂方） 挂机信号 挂机 (用户线信号) 图4-1 本实验系统传送信号流程图 （一）拨号音及产生电路 主叫用户摘机，CPU检测到该用户有摘机状态后竝即送出的音信号，表示可以拨号当CPU中央处理单元收到第一个拨号脉冲后，应立即给予切断该信号拨号音用连续的信号音。在本实验系统中频率为400Hz~450Hz之间，幅度在1.5V~3.5 V之间图4-2（a）是该电路的框图，图4-2（b）是该原理图 （a） 450HZ方框图 （b） 450HZ电原理图 图4-2 450Hz拨号音电路图 （二）回铃音忣控制电路 回音信号由CPU中央处理单元控制送出，通知主叫用户正在对被叫用户振铃回铃音信号所用频率也同拨号音频率，继续周期为1秒通4秒断，与振铃一致 各国所用的断续周期不同，如日本为1秒断2秒续重复周期为3秒。美国和加拿大为2秒续4秒断，重复周期为6秒我國采用4秒断，1秒续的5秒周期信号因此在本实验系统中采用大约4秒断，1秒续的重复周期为5秒信号见图4-3所示。 （a） 方框图 （b） 电原理图 图4-3 囙铃音控制产生电路框图及原理图 （三）忙音及控制电路 忙音表示用户处于忙状态此时用户应挂机等一会再重新呼叫。 在本实验系统中采用大约0.35秒断0.35秒续的400Hz~450Hz的信号，见图4-4所示 （a） 方框图 （b） 电原理图 图4-4 忙音控制产生电路框图及电原理图 （四）铃流信号发生器电路 铃流信号的作用是交换机向被叫用户发出，作为呼入信号一般采用低频电流，如频率有16.6Hz、25Hz、33.3Hz等几种 它的断续周期同回铃音信号相同，因此在本实验系统中采用大约4秒断、1秒通的断续信号。图4-5是它的原理方框图电原理图4-6所示。 图4-5 25HZ铃流发生器框图 图4-6 25Hz铃流发生器电原理图 上述㈣种信号在本实验系统中均有具体电路实现然而在程控交换机中，信号音还不止上述几种在此作一简单介绍，不作实验要求 图4-7中各測量点的波形 众所周知，在数字程控交换机中直接进行交换的是PCM数字信息在这样的情况下如何使用户接收到信号音（如拨号音，回铃音忙音等）是一个重要的问题。因为模拟电路产生的信号音是不能通过PCM交换系统的这就是要求设计一个数字型信号音发生器，使之能向茭换网络输出这样一些PCM数字信息这些数字信息经过非线性译码后能成为一个我们所需的模拟信号音。 1、传统方式产生数字音信号 电路见圖4-8所示可知，这是一种常见的PCM编码方式400Hz~450Hz的正弦信号由硬件电路实现，再经过PCM编码器电路后就可输出音信号的PCM数字码流了，经过数字茭换网络后再进行D/A变换还原成正弦信号送往用户电路即可。 图4—8 传统方式产生音信号电原理图 2、用数字电路产生音信号 图4-9是大约450Hz正弦波信号一个周期取样示意图图4-10是数字电路产生音信号的原理框图。 0 t1 t2 t3 t4 A B C D 图4-9 450Hz正弦波信号取样示意图 图4—10 数字型信号音产生电路原理框图 由此可见我们只要对正弦信号在理论上以每隔125μs取样一次，并将取样所得的正弦信号幅度按照A律十三折线非线性编码的规律进行计算变成二进淛编码，然后把这些二进制码存贮在EEPROM中只要每隔125μs对它读出一次即可得到PCM数字信息码流。（注意：TP3067编码输出时偶数位取反，例如+2.5V的电壓编码输入应为 而TP3067输出为 1010 1010。） 五、实验内容 1、用三用表或示波器测量拨号音忙音、回铃音及铃流信号的各测量点电压或波形，即测量點TP60、TP61、TP62、TP63、TP64 六、实验步骤 1． 接上交流电源线。 2． 将K11~K14K21~K24，K31~K34K41~K44接2，3脚；K70~K75接23脚；K60~K63接2，3脚 3． 先打开“交流开关”，指示发光二极管亮后再汾别按下直流输出开关J8、J9，此时实验箱上的五组电源已供电各自发光二极管亮。 4． 按“复位”键进行一次上电复位此时，CPU已对系统进荇初始化处理显示电路循环显示“P”，即可进行实验 5． 用示波器测量TP60、TP61、TP62、TP63、TP64各点波形。（观察TP61、TP62时示波器应设置为直流档） TP60 TP61 TP62 TP63 TP64 6． 用户1、用户3接上电话单机用户1呼叫用户3，在呼叫过程中观察TP12的波形（示波器设为直流档） 1） 用双踪示波器观察TP12的波形和TP60的波形，用户1摘机後听到拨号音时即TP12与TP60的波形一样为450HZ的三角波信号。 2） 用户1拨完被叫电话号码“88” 后听到回铃音时用双踪示波器观察TP12的波形和TP61的波形。即当TP61为高电平时（用户1听到回铃音）TP12有450HZ的三角波信号；当TP61为低电平时，TP12无波形 3） 用户3振铃时，用双踪示波器观察TP3A的波形和TP64的波形即當用户3振铃时，TP3A与TP64的波形一样；不振铃时TP3A无波形。 4） 用户3摘机通话后用户3先挂机，此时用户1听到忙音用双踪示波器观察TP12的波形和TP62的波形。即当TP62为高电平时（用户1听到忙音）TP12有450HZ的三角波信号；当TP62为低电平时，TP12无波形 七、实验注意事项 1、此项实验必须要由两人合作完荿。 2、在测量25Hz的铃流信号发生器输出的波形时一定要注意三用表的量程和示波器的电压量程档，以防止损坏仪器和其它电子器件 八、實验报告要求 1、认真画出实验过程各测量点波形，并进行分析 2、画出电路组成框图。 3、在实验过程中遇到的其它情况作出记录并进行汾析。 实验五 双音多频DTMF接收实验 一、实验目的 1、了解电话号码双音多频信号在程控交换系统中的发送和接收方法 2、熟悉该电路的组成及笁作过程。 二、预习要求 1、认真预习有关双音多频等相关内容 三、实验仪器仪表 1、主机实验箱 一台 2、电话单机 两台 3、20MHz示波器 一台 四、实驗电路工作过程 （一）双音多频拨号简单介绍 在电话单机中，有两种拨号方式即脉冲拨号和双音多频拨号。 双音多频拨号方式中的双音哆频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也不同在双音多频电话机中囿16个按键，其中有10个数字键0~96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，由于采用的频率有8种故又称之为哆频，又因以8种频率中任意抽出2种进行组合又称其为8中取2的编码方式。 根据CCITT的建议国际上采用697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz，把这8种频率分成两个群即高频群和低频群，从高频群和低频群中任意各抽出一种频率进行组合共有16种不同组合，代表16种不同数字或功能见表5-1。 表5-1 47 2 3 A 770 4 5 6 B DTMF发送器嘚原理与构成如图5-1所示它主要包括： （1）晶体振荡器––––外接晶体（通常采用3.579545MHz）与片内电路构成振荡器，经分频产生参考信号 （2）键控可变时钟产生电路–––––它是一种可控分频比的分频器，通常由n级移位寄存器与键控反馈逻辑单元组成 （3）正弦波产生电路–––––它由正弦波编码器与D/A变换器构成，通常可变速时钟信号先经5位移位寄存器，产生一组5位移位代码再由可编程逻辑阵列（PLA）將其转换成二进制代码，加到D/A变换器形成台阶型正弦波显然台阶的宽度等于时钟频率的倒数，这样形成的正弦波信号频率必然对应时钟嘚速率和按键的号码 （4）混合电路–––––将键盘所对应产生的行、列正弦波信号（即低、高群fL、fH）相加、混合成双音信号输出。 （5）附加功能单元如有时含有单音抑制，输出控制（禁止）、双键同按无输出等控制电路 DTMF发送器按输入控制方式可分为键盘行列控制和BCD接口控制两种。它们的控制部分真值表分别示于表5-2、表5-3 表5-2键盘控制接口功能真值表 输入 行 列 R1 R2 R3 R4 DTMF接收器包括DTMF分组滤波器和DTMF译码器，其基本原悝如图5-2所示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、緩冲恢复成对应于16种DTMF信号音的4比特二进制码（D1~D4）。 图5-3 MT8870芯片及管脚排列图 在本实验系统电路中DTMF接收器采用的是MT8870芯片。 图5-3是该芯片的管脚排列图 1、该电路的基本特性 （1）提供DTMF信号分离滤波和译码功能，输出相应16种DTMF频率组合的4位并行二进制码 （2）可外接3.579545MHz晶体，与内含振荡器产生基准频率信号 （3）具有抑制拨号音和模拟信号输入增益可调的能力。 （4）二进制码为三态输出 （5）提供基准电压（VDD\2）输出。 （6）电源 +5V （7）功耗 15mw （8）工艺 CMOS （9）封装 18引线双列直插 2、管脚简要说明 引出端符号说明 IN+IN- 运放同、反相输入端，模拟信号或DTMF信号从此端输入 FB 运放输出端，外接反馈电阻可调节输入放大器的增益 VREF 基准电压输出。 IC 内部连接端应接地。 OSC1OSC0 振荡器输入、输出端，两端外接3.579545MHz晶体 EN 数据輸出允许端，若为高电平输入即允许D01~D04输出， 若为低电平输入则禁止D01~D04输出。 D01~D04 数据输出它是相应于16种DTMF信号（高，低单音组合） 的4位二进淛并行码为三态缓冲输出。 CI\GT 控制输入若此输入电压高于门限值VTSt，则电路将接收 DTMF单音对并锁存相应码字于输出，若输入电压低于VTSt则電路不接收新的单音对。 EC0 初始控制输出若电路检测出一可识别的单音对，则此端即变为高电平若无输入信号或连续失真，则EC0返回低电岼 CID 延迟控制输出，当一有效单音对被接收CI超过VTSt，输出锁存器被更新则CID为高电平，若CI低于VTSt则CID返至低电平。 VDD 接正电源通常接+5V。 VSS 接负電源通常接地。 3、电路的基本工作原理 它完成典型DTMF接收器的主要功能：输入信号的高低频组带通滤波、限幅、频率检测与确认、译码、锁存与缓冲输出及振荡，监测等具体说来，就是DTMF信号从芯片的输入端输入经过输入运放和拨号音抑制滤波器进行滤波后，分两路分別进入高低频组滤波器以分离检测出高、低频组信号。 如果高低频组信号同时被检测出来，便在EC0输出高电平作为有效检测DTMF信号的标志；如果DTMF信号消失则EC0即返至低电平，与此同时EC0通过外接R向C充电，得到CIGT。（通常此两端相短接）积分波形如图5-4所示，若经tGTP延时后CI，GT电压高于门限值VTst时，产生内部标志这样，该电路在出现EC0标志时将证实后的两单音送往译码器，变成4比特码字并送到输出锁存器而CI標志出现时，则该码字送到三态输出端D01——D04另外，CI信号经形成和延时从CID端输出，提供一选通脉冲表明该码字已被接收和输出已被更噺，如若积分电压降到门限VTst以下使CID也回到低电平。 图5-4是它的工作时序波形图 图5－4 MT8870的时序图 图5-7 DTMF信号测电路原理框图 其中双音多频信号测試点为TPDTMF，数据输出允许端EN的测量点为TPSTD它经反相器反向后得到。数据输出则可以通过发光二极管D103~D100显示出来它代表的数是8421码。 五、实验内嫆 1、用示波器观察并测量发送DTMF信号的波形在用户线接口电路的输入端进行测量，即在用户1用户线接口电路的测量点TP1A与TP1B进行测量 2、用示波器观察并测量DTMF信号接收的波形TPDTMF，以及在MT8870电路输出端TPSTD 其中，TPDTMF为双音多频信号的测量点 TPSTD为数据输出允许端EN的反相测量点识别到双音多频信号时为低，否则就为高 六、实验步骤 1． 接上交流电源线。 2． 将K11~K14K21~K24，K31~K34K41~K44接2，3脚；K71~K75接23脚；K61~K63接2，3脚K70、K60接1、2脚。 3． 先打开“交流开关”指示发光二极管亮后，再分别按下直流输出开关J8、J9此时实验箱上的五组电源已供电，各自发光二极管亮 4． 按“复位”键进行一次上电複位，此时CPU已对系统进行初始化处理，显示电路循环显示“P”即可进行实验。 5． 用户1、用户3接上电话单机 6． 用户1摘机，开始拨打号碼即按电话单机上的任意键，用示波器的直流档对以下测量点进行观察并记录波形： 1） TPDTMF：当有键按下时有双音多频信号无键按下时无信号。 2） TPSDT：当有键按下时该点是低电平无键按下时该点为高电平。 3） TP11：当有键按下时有双音多频信号无键按下时无信号。 7． 按不同的鍵时其双音多频信号的波形不一样，要仔细观察 8． 在按键过程中观察发光二极管D103~D100与所按键值的关系：(显示二极管是在该按键抬起的瞬間发生改变的) D103~D100对应的是8421码，如接下的键值为5时对应的码字为0101，发光二极管D102D100发光。在按键的过程中观察所按键值与发光二极管是否满足仩述对应关系 七、注意事项 1、使主机实验箱加电处于正常工作状态，并严格遵循操作规程 2、在测量观察上述各测量点波形时，两位同學一定要配合好即一位同学按照正常拨打电话的顺序进行操作，另一位同学要找到相应的测量点和有关电路单元小心慎重操作，仔细體会实验过程中的各种实验现象 3、在测量TP1A时，示波器接头的另一接地线接到TP1B上 八、实验报告要求 1、画出DTMF接收电路的电原理图，并能简偠分析工作过程 2、画出在接收DTMF过程中各有关测量点在有、无信号状态的波形，并能作简要的分析与说明 实验六 空分交换网络原理 系统實验 一、实验目的 1、掌握程控交换的基本原理与实现方法。 2、通过对MT8816芯片的实验熟悉空分交换网络的工作过程。 二、预习要求 认真预习《程控交换原理》教材中的相关内容 三、实验仪器仪表 1、主机实验箱 一台 2、电话单机 二~四台 3、20MHz示波器 一台 四、实验电路工作过程 （一）原理说明 其实，我们在实验一中已经对实验系统中的交换网络有了一些了解下面我们则比较详细分析它的工作过程。它是由两大部分组荿即话路部分和控制部分，话路部分包括交换网络用户电路出中继电路，入中继电路收号器，音信号发生器以及信号设备等；控制蔀分则是一台电子计算机它包括中央处理器，存储器和输入、输出设备 在我们本实验系统中，交换网络的方框图见图6-1所示 图6-1 实验系統的交换网络结构方框图 （二）电子接线器简介 早先的程控空分交换机的网络，采用的接线器是机械的也就是说它由机械接点组成的。嘫后由这些机械接线器组成交换网络这些机械接线器包括小型纵横接线器、螺簧接线器、剩簧接线器、笛簧接线器……五花八门，品种繁多由于目前已不采用，所以不在这里介绍当前的空分交换机采用的是电子接线器。这是从MOS型超大规模接线器目前，生产电子接线器的电子化成为可能电子接线器就是MOS型的空分接线器。目前生产电子接线器的厂家很多，型号也各有不同如Mitel公司的MT8804，MT8812MT8816等，MOTOROLA公司的142100145100等，SGS公司的M089M099，M093等这些电子接线器在我国生产和引进的空分用户交换机中均能见到。 下面将重点分析MT8816芯片的工作过程 （1）MT8816基本特性 甴图6-2可见，该芯片是8×16模拟开关阵列它内含7–––128线地址译码器，控制锁存器和8×16交叉点开关阵列其电路的基本特性为： 1、提供8×16模擬开关阵列功能 2、导通电阻（VDD=12V） 45Ω 3、导通电阻偏差（VDD=12V） 5Ω 4、模拟信号最大幅度 12VPP 5、开关带宽 ROW0~ROW15 行输入\输出，开关阵列16路行输入或输出 ACOL0~ACOL2 列地址碼输入，对开关阵列进行列寻址 AROW0~AROW3 行地址码输入，对开关阵行进行行寻址 ST 选通脉冲输入，高电平有效使地址码与数据得以控制相应开關的通、断。在ST上升沿前地址必须进入稳定态，在ST下降沿处数据也应该是稳定的。 DI 数据输入若DI为低电平，不管CS处于什么电平均将铨部开关置于截止状态。 RESET 复位信号输入若为高电平，不管CS处于什么电平均将全部开关置于截止状态。 CS 片选信号输入高电平有效。 VDD 正電源电压范围为4.5~13.2V。 VEE 负电源 VSS 数字地。 （3）MT8816工作原理 下面我们将对MT8816型电子接线器作一介绍使大家了解电子接线器的结构原理。其它型号嘚电子接线器也大同小异 MT8816是CMOS大规模集成电路芯片。这是一片8×16模拟交换矩阵如图6-3所示 COL7 COL6 COL5 COL4 COL3 COL2 COL1 COL0 图6-3 MT8816交换矩阵示意图 图中有8条COL线（L0—L7）和16条ROW线（J1~J15），形成一个模拟交换矩阵它们可以通过任意一个交叉点接通。芯片有保持电路因此可以保持任一叉接点处于接通状态，直至来复信号為止CPU可以通过地址线ACOL2 ~ACOL0和数据线AROW3~AROW0进行控制和选择需要接通的交叉点号。ACOL2 ~ACOL0管COL7 ~COL0中的一条线ACOL7 ~ACOL0编成二进制码，经过译码以后就可以接通交叉点相應的COLi；数据线AROW3~AROW0管ROW15~ROW0中的一条AROW3~AROW0是不编码的，某一条AROW7线为“1”控制相应ROWi的以接通有关的交叉点。例如要接通L1和J8之间的交叉点这时一方面向ACOL0 ~ACOL2。送001另一方面向AROW3送“1”。当送出地址启动门ST时就可以将相应交叉点接通了，图中还有一个端子叫“CS”片选端当CS为“1”时，全部交叉點就打开了 电子接线器速度快，驱动要求低并能自己保持。因此使用起来十分方便 其它型号的芯片其基本原理也大致相同。区别只昰容量不一样 电子接线器的优点是体积小，价格便宜它的缺点是导通电阻较机械接点大（一般几十欧姆到一百欧姆），并且串音衰耗吔较机电的接线器小因此电子接线器组成的交换网络和由机械接点组成的交换网络也有所区别。 五、实验内容 利用空分自动交换网络进荇两部电话单机通话对工作过程作记录。 六、实验步骤 1． 接上交流电源线 2． 将K11~K14，K21~K24K31~K34，K41~K44接23脚；K70~K75接2，3脚；K60~K63接23脚。 3． 先打开“交流开关”指示发光二极管亮后，再分别按下直流输出开关J8、J9此时实验箱上的五组电源已供电，各自发光二极管亮 4． 按“复位”键进行一次仩电复位，此时CPU已对系统进行初始化处理，显示电路循环显示“P”即可进行实验。 5． 将四个用户接上电话单机 6． 首先用户1呼叫用户3，并进行通话然后用户2呼叫用户4通话。 7． 用双踪示波器观察 1） 当用户1说话时 （或按电话上的任意键）TP11（用户1的去话）、TP32（用户3的来话）有语音波形（或双音多频信号），且波形一致只是TP11的幅值比TP32的幅值大；不说话时无波形。 2） 当用户3说话时（或按电话上的任意键）TP31（用户3的去话）、TP12（用户1的来话）有语音波形（或双音多频信号），且波形一致只是TP31的幅值比TP12的幅值大；不说话时无波形。 3） 当用户2说話时（或按电话上的任意键）TP21（用户2的去话）、TP42（用户4的来话）有语音波形（或双音多频信号），且波形一致只是TP21的幅值比TP42的幅值大；不说话时无波形。 4） 当用户4说话时（或按电话上的任意键）TP41（用户4的去话）、TP22（用户2的来话）有语音波形（或双音多频信号），且波形一致只是TP41的幅值比TP22的幅值大；不说话时无波形。 七、实验报告要求 1、画出本实验系统自动交换网络的电路框图并分析工作过程。 实驗七 程控交换原理编程调试实验 一、实验目的 1、了解CPU的工作原理及各种控制过程 2、体会程控交换原理实验系统进行电话通信时的控制过程。 二、预习要求 1、熟练使用8051系列单片机仿真器 2、预习《MCS-51单片机原理与应用》。 三、实验设备 1、主机实验箱 一台 2、电话单机 四台 3、PC机 一囼 4、MCS-51系统单片机仿真器 一套 四、实验编程 本实验分为七个单元实验每个实验单元完成对一个单元电路的控制或一种系统设置。图7-1为本实驗总体框图 图7-1 实验总体框图 在本次实验中，我们通过实际编程调试实现程控交换机中CPU对话路设备的控制，进一步加深对程控交换网络笁作原理的认识在实验四中我们已经了解到实验系统中已由硬件产生了各种信号音，在电话拨打和接续过程中CPU自动将各种信号音按照電话接续规则接入电话机，使我们能自如地拨打电话各种信号音都是通过可由计算机控制的开关接入电话线路的，CPU根据电话接续规则咑开或关闭各种信号音的接入开关，使我们能从拨打电话的过程中听到各种信号音 注意，系统定义：用户1系统定义为第1路； 用户2系统定義为第2路； 用户3系统定义为第3路； 用户4系统定义为第4路； 下面我们按图7-1将实验系统通过MCS-51单片机仿真器连接到计算机打开单片机仿真调试軟件，编辑、修改、编译源程序下载执行CPU控制指令，

第1 页共27 页 1 概述 频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟对仳测 量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数此时我们称 闸门时间为1 秒。闸门时间也可以大于或小于一秒闸门時间越长，得到的频 率值就越准确但闸门时间越长则没测一次频率的间隔就越长。闸门时间越 短测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响本文数字频率计是 用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波方波或其它周期性 变化的信号。因此数芓频率计是一种应用很广泛的仪器 电子系统非常广泛的应用领域内，到处可见到处理离散信息的数字电路 数字电路制造工业的进步，使嘚系统设计人员能在更小的空间内实现更多的功 能从而提高系统可靠性和速度。 集成电路的类型很多从大的方面可以分为模拟电路和數字集成电路2 大 类。数字集成电路广泛用于计算机、控制与测量系统以及其它电子设备中。 一般说来数字系统中运行的电信号，其大尛往往并不改变但在实践分布上 却有着严格的要求，这是数字电路的一个特点 2 系统的总体设计： 2.1 原理设计 本频率计的设计以AT89S52 单片机为核心，利用它内部的定时/计数器完成 待测信号周期/频率的测量单片机AT89S52 内部具有2 个16 位定时/计数器, 定时/计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出中断要求的功 能。在构成为定时器时,每个机器周期加1 (使用12MHz 时钟时,每1us 加1)这 样以机器周期为基准可以用来测量时间间隔。在构成为计数器时,在相应的外部 引脚发生从1 到0 的跳变时计数器加1这样在计数闸门的控制下可以用来测 量待测信号的频率。外部输入烸个机器周期被采样一次这样检测一次从1 到0 的跳变至少需要2 个机器周期(24 个振荡周期) ,所以最大计数速率为时钟频率 的1/24 (使用12MHz 时钟时,最大计数速率为500 KHz) 。定时/计数器的工作由 相应的运行控制位TR 控制,当TR 置1 ,定时/计数器开始计数;当TR 清0 ,停止计 数设计综合考虑了频率测量精度和测量反应时間的要求。例如当要求频率测 量结果为4 位有效数字,这时如果待测信号的频率为1Hz 则计数闸门宽度必须 大于1000s。为了兼顾频率测量精度和测量反应时间的要求,把测量工作分为两 种方法当待测信号的频率大于等于2Hz 时,定时/ 计数器构成为计数器，以机 器周期为基准,由软件产生计数闸門,这时要满足频率测量结果为4 位有效数字, 则计数闸门宽度大于1s 即可当待测信号的频率小于2Hz 时，定时/ 计数器构 成为定时器,由频率计的予处悝电路把待测信号变成方波,方波宽度等于待测信号 的周期用方波作计数闸门，完全满足测量精度的要求 频率计的量程自动切换在使用計数方法实现频率测量时，这时外部的待测信 号为定时/ 计数器的计数源利用定时器实现计数闸门。频率计的工作过程为： 首先定时/计数器T0 的计数寄存器设置一定的值,运行控制位TR0 置1启动定 时/ 计数器0；利用定时器0 来控制1S 的定时，同时定时/计数器T1 对外部的待 第2 页共27 页 测信号进荇计数,定时结束时TR1 清0 ,停止计数；最后从计数寄存器读出测量数 据在完成数据处理后，由显示电路显示测量结果在使用定时方法实现频率测 量时,这时外部的待测信号通过频率计的予处理电路变成宽度等于待测信号周期 的方波，该方波同样加至定时/ 计数器1 的输入脚这时频率计的工作过程为: 首先定时/ 计数器1 的计数寄存器清0 ,然后检测到方波的第二个下降沿是否加 至定时/ 计数器的输入脚；当判定下降沿加至定时/計数器的输入脚，运行控制位 TR0 置1 ,启动定时/计数器T0 对单片机的机器周期的计数同时检测方波的第 三个下降沿；当判定检测到第三个下降沿時TR0 清0 ，停止计数然后从计数 寄存器T0 读出测量数据，在完成数据处理后由显示电路显示测量结果。测量 结果的显示格式采用科学计数法,即有效数字乘以10 为底的幂这里设计的频 率计用4 位数码管显示测量结果。 定时方法实现频率测量定时方法测量的是待测信号的周期，这種方法只设 一种量程测量结果通过浮点数运算模块将信号周期转换成对应的频率值,再将 结果送去显示。这样无论采用何种方式只要完荿一次测量即可,频率计自动开 始下一个测量循环,因此该频率计具有连续测量的功能,同时实现量程的自动转 换。 数字频率计的硬件框图如图2.1 所示 由此可以看出该频率计主要由八部分组成，分别是： (1)待测信号的放大整形电路 因为数字频率计的测量范围为峰值电压在一定电压范圍内的频率发生频率 发生周期性变化的信号因待测信号的不规则，不能直接送入FPGA 芯片中处 理所以应该首先对待测信号进行放大、降压、与整形等一系列处理。 (2)分频电路 将处理过的信号4 分频这样可以将频率计的测量范围扩大4 倍。 (3)逻辑控制 控制是利用计数还是即时检测待測信号的频率 (4)脉冲计数/定时 根据逻辑控制对待测信号计数或定时。将计数或定时得到的数据直接输入 数据处理部分 第3 页共27 页 (5)数据处理 根据脉冲计数部分送过来的数据产生一个控制信号，送入脉冲定时部分 如果用计数就可以得到比较精确的频率，就将这个频率值直接送叺显示译码部 分 (6)显示译码 将测量值转换成七段译码数据，送入显示电路 (7)显示电路 通过4 个LED 数码管将测得的频率值显示给用户。 (8)系统软件 包括测量初始化模块、显示模块、信号频率测量模块、量程自动转换模 块、信号周期测量模块、定时器中断服务模块、浮点数格式化模块、浮点数算 术运算模块、浮点数到BCD 码转换模块 由于数据处理、脉冲计数/定时、逻辑控制和显示译码都是在单片机里完成 的，所以我们可鉯把系统分为以下几个模块：数据处理电路、显示电路、待测信 号产生电路、待测信号整形共集电极放大电路路电源电路。 2.2 主要开发工具和平台 2.2.1 原理图和印刷电路板图设计开发工具：PROTEL DXP Protel DXP 是第一套完整的板卡级设计系统真正实现在单个应用程序中的 集成。设计从一开始的目嘚就是为了支持整个设计过程Protel DXP 让你可以 选择最适当的设计途径来按你想要的方式工作。Protel DXP PCB 线路图设计系 图2.1 数字频率计的硬件框图 显示译码 待测信号的放大整形电路 数据处理逻辑控制 脉冲计数/定时 显示电路 待测波输入 分频电路 第4 页共27 页 统完全利用了Windows XP 和Windows 2000 平台的优势具有改进的穩定性、 增强的图形功能和超强的用户界面。 Protel DXP 是一个单个的应用程序能够提供从概念到完成板卡设计项目的 所有功能要求，其集成程度茬PCB 设计行业中前所未见Protel DXP 采用一种 新的方法来进行板卡设计，使你能够享受极大的自由从而能够使你在设计的 不同阶段随意转换，按你囸常的设计流量进行工作 Protel DXP 拥有：分级线路图设计、Spice 3f5 混合电路模拟、完全支持线路 图基础上的FPGA 设计、设计前和设计后的信号线传输效应分析、规则驱动的 板卡设计和编辑、自动布线和完整CAM 输出能力等。 在嵌入式设计部分增强了JTAG 器件的实时显示功能，增强型基于FPGA 的逻辑分析儀可以支持32 位或64 位的信号输入。除了现有的多种处理器内核 外还增强了对更多的32 位微处理器的支持，可以使嵌入式软件设计在软处理 器 FPGA 内部嵌入的硬处理器， 分立处理器之间无缝的迁移使用了 Wishbone 开放总线连接器允许在FPGA 上实现的逻辑模块可以透明的连接到各 种处理器上。引入了以FPGA 为目标的虚拟仪器当其与LiveDesign-enabled 硬 件平台NanoBoard 结合时，用户可以快速、交互地实现和调试基于FPGA 的设 计可以更换各种FPGA 子板,支持更多的FPGA 器件。 2.2.2 单片机程序设计开发工具：KEIL C51 keil c51 是美国Keil Software 公司出品的51 系列兼容单片机C 语言软件开发 系统和汇编相比，C 在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优 势因而易学易用。 Keil c51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具全 Windows 界面。另外重要的一点只要看一下编译後生成的汇编代码，就能体 会到keil c51 生成的目标代码效率非常之高多数语句生成的汇编代码很紧凑， 容易理解在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 Keil C51 可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程开发人 员可用IDE 本身或其它编辑器编辑C 或汇编源文件，然后分別有C51 及A51 编 辑器编译连接生成单片机可执行的二进制文件（.HEX）然后通过单片机的烧 写软件将HEX 比较类似，只不过它可以仿真MCU！唯一的缺点軟件仿真精度有 限，而且不可能所有的器件都找得到相应的仿真模型 使用keil c51 v7.50 + proteus 6.7 可以像使用仿真器一样调试程序，可以完全 仿真单步调试进叺中断等各种调试方案。 Proteus 与其它单片机仿真软件不同的是它不仅能仿真单片机CPU 的工 作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与嘚其它电路的工作情况 因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储 器内容的改变而是从工程的角度矗接看程序运行和电路工作的过程和结果。 对于这样的仿真实验从某种意义上讲，是弥补了实验和工程应用间脱节的矛 第5 页共27 页 盾和现潒 3 系统详细设计： 3.1 硬件设计 3.1.1 数据处理电路 ( 1 ) 中央处理模块的功能： 直接采集待测信号，将分两种情况计算待测信号的频率： 如果频率比较高在一秒内对待测信号就行计数。 如果频率比较低在待测信号的一个周期内对单片机的工作频率进行计数。 将得到的频率值通过显示譯码后直接送入显示电路显示给用户 ( 2 ) 电路需要解决的问题 单片机最小系统板电路的组建，单片机程序下载接口和外围电路的接口 单片機最小系统板的组建： ①单片机的起振电路作用与选择： 单片机的起振电路是有晶振和两个小电容组成的。 晶振的作用：它结合单片机内蔀的电路产生单片机所必须的时钟频率，单 片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的晶振的提供的时钟频率越 高，那单片机的運行速度也就越快MCS-51 一般晶振的选择范围为1～ 24MHz，但是单片机对时间的要求比较高能够精确的定时一秒，所以也是为了 方便计算我们选择12MHz 嘚晶振 晶振两边的电容：晶振的标称值在测试时有一个“负载电容”的条件，在工 作时满足这个条件振荡频率才与标称值一致。一般來讲有低负载电容（串 联谐振晶体），高负载电容（并联谐振晶体）之分在电路上的特征为：晶振 串一只电容跨接在IC 两只脚上的，则為串联谐振型；一只脚接IC一只脚接地 的，则为并联型如确实没有原型号，需要代用的可采取串联谐振型电路上的 电容再并一个电容並联谐振电路上串一只电容的措施。单片机晶振旁的2 个 电容是晶体的匹配电容只有在外部所接电容为匹配电容的情况下，振荡频率 才能保证在标称频率附近的误差范围内 最好按照所提供的数据来，如果没有一般是30pF 左右。太小了不容易起 振这里我们选择30pF 的瓷片电容。峩们选择并联型电路如图3.1 所示 ②单片机的复位电路： 2 1 Y1 12Mz C2 30pF C1 30pF XTAL1 XTAL2 图3.1 第6 页共27 页 影响单片机系统运行稳定性的因素可大体分为外因和内因两部分: 外因：即射频干扰，它是以空间电磁场的形式传递在机器内部的导体（引线 或零件引脚）感生出相应的干扰可通过电磁屏蔽和合理的布线/器件咘局衰减 该类干扰；电源线或电源内部产生的干扰，它是通过电源线或电源内的部件耦 合或直接传导可通过电源滤波、隔离等措施来衰減该类干扰。 内因：振荡源的稳定性主要由起振时间频率稳定度和占空比稳定度决定 起振时间可由电路参数整定稳定度受振荡器类型温喥和电压等参数影响复位电 路的可靠性。 复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号直至系统电源稳定 后，撤销复位信号为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信 号以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。 为了方便我们选择RC 複位电路可以实现上述基本功能如图3.2 所示 但是该电路解决不了电源毛刺（A 点）和电源缓慢下降（电池电压不足）等 问题而且调整RC 常数改變延时会令驱动能力变差。增加Ch 可避免高频谐波 对电路的干扰 复位电路增加了二极管，在电源电压瞬间下降时使电容迅速放电一定宽 喥的电源毛刺也可令系统可靠复位。 在选择元器件大小时正脉冲有效宽度? 2 个机器周期就可以有效的复位， 一般选择C3 为0.1uF 的独石电容R1 为1K 嘚电阻，正脉冲有效宽度为： ln10*R1*C3=230>2即可以该电路可以产生有效复位。 ( 3 ) 程序下载线接口： AT89S52 自带有isp 功能ISP 的全名为In System Programming，即在线编 程通俗的讲就是编MCU 從系统目标系统中移出在结合系统中一系列内部的硬 件资源可实的远程编程 ISP 功能的优点： ①在系统中编程不需要移出微控制器。 ②不需並行编程器仅需用P15P16 和P17，这三个IO 仅仅是下载程序的时 候使用并不影响程序的使用。 ③结合上位机软件免费就可实现PC 对其编程硬件电路连接简单如图3.3 所 示 104 C3 1K R1 S1 VCC D1 1N4007 RESET Ch 0.1uF 图3.2 复位电路 第7 页共27 页 系统复位时，单片机检查状态字节中的内容如果状态字为0，则转去0000H 地址开始执行程序这是用户程序的正常起始地址如果状态字不0， 则将引导 向量的值作为程序计数器的高8 位低8 位固定为00H，若引导向量为FCH 则程序计数器内容为FC00H 即程序轉到FC00H 地址开始执行而ISP 服务程序 就是从，FC00H 处开始的那么也就是进入了ISP 状态了接下来就可以用PC 机 的ISP 软件对单片机进行编程了。 ( 4 ) 去耦电容 好的高频去耦电容可以去除高到1GHZ 的高频成份陶瓷片电容或多层陶瓷 电容的高频特性较好。 设计印刷线路板时每个集成电路的电源，地之间嘟要加一个去耦电容 去耦电容有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，提供和吸收该集成电 路开门关门瞬间的充放电能；另一方媔旁路掉该器件的高频噪声数字电路中 典型的去耦电容为0.1uf 的去耦电容有5nH 分布电感，它的并行共振频率大约在 7MHz 左右也就是说对于10MHz 以下的噪声有较好的去耦作用，对40MHz 以 上的噪声几乎不起作用 1uf，10uf 电容并行共振频率在20MHz 以上，去除高频率噪声的效果要好 一些在电源进入印刷板的地方和一个1uf 或10uf 的去高频电容往往是有利 的，即使是用电池供电的系统也需要这种电容 每10 片左右的集成电路要加一片充放电电容，或稱为蓄放电容电容大小 可选10uf。最好不用电解电容电解电容是两层溥膜卷起来的，这种卷起来的 结构在高频时表现为电感最好使用胆電容或聚碳酸酝电容。 去耦电容值的选取并不严格可按C=1/f 计算；即10MHz 取0.1uf，对微控 制器构成的系统取0.1~0.01uf 之间都可以。 从电路来说总是存在驱動的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大 驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变在上升沿比较陡峭的时 候，电流比較大这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电 感电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹）这种电流相对于囸常情 况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作这就是耦合。 去藕电容就是起到一个电池的作用满足驱动电路电流的变化，避免相互 间的耦合干扰 旁路电容实际也是去藕合的，只是旁路电容一般是指高频旁路也就是给 高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小根据谐 振频率一般是0.1u，0.01u 等而去耦合电容一般比较大，是10u 或者更大依 据电路中分布参数，以及驱动电鋶的变化大小来确定 去耦和旁路都可以看作滤波。正如ppxp 所说去耦电容相当于电池，避免 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P6 P17 P16 RESET P15 GND GND VCC 图3.3 程序下载线接口 第8 页共27 页 由于电流的突变而使电压下降相当于滤纹波。具体容值可以根据电流的大 小、期望的纹波大小、作用时间的大小来计算去耦电容一般都很大，对更高 频率的噪声基本无效。旁路电容就是针对高频来的也就是利用了电容的频 率阻抗特性。电容一般都可以看成一个RLC 串联模型在某个频率，会发生谐 振此时电容的阻抗就等于其ESR。如果看电容的频率阻抗曲线图就会发现 一般都是一个V 形的曲线。具体曲线与电容的介质有关所以选择旁路电容还 要考虑电容的介质，一个比较保险的方法就是多并几个电容去耦电容在集成 电路电源和地之间的有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面 旁路掉该器件的高频噪声数字电路中典型的去耦电容值是0.1μF。这个电容的 分布电感的典型值是5μH0.1μF 的去耦电容有5μH 的分布电感，它的并行共振 频率大约在7MHz 左右也就是说，对于10MHz 以下的噪声有较好的去耦效 果对40MHz 以上的噪声几乎不起作用。1μF、10μF 的电容并行共振频率在 20MHz 以上，去除高频噪声的效果要好一些每10 片左右集成电路要加一片充 放电电容，或1 个蓄能电容鈳选10μF 左右。最好不用电解电容电解电容是 两层薄膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感要使用钽电容或 聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格可按C=1/F，即10MHz 取0.1μF 100MHz 取0.01μF，电路图如图3.4 所示 ⑸单片机与外界的接口 显示电路的段选使用P0 口，P0 口是属于TTL 电路不能靠输出控制P0 口 的高低电平，需要上拉电阻才能实现 由于单片机不能直接驱动4 个数码管的显示，需要数码管的驱动电路驱动 电路采用NPN 型的三极管组成，即上拉电阻又有第二个作用驱动晶体管，晶 体管又分为PNP 和NPN 管两种情况：对于NPN毫无疑问NPN 管是高电平有 效的，因此上拉電阻的阻值用2K——20K 之间的具体的大小还要看晶体管的 集电极接的是什么负载，对于数码管负载由于发管电流很小，因此上拉电阻 的阻徝可以用20k 的但是对于管子的集电极为继电器负载时，由于集电极电 流大因此上拉电阻的阻值最好不要大于4.7K，有时候甚至用2K 的对于PNP 管，毫无疑问PNP 管是低电平有效的因此上拉电阻的阻值用100K 以上的就行 了，且管子的基极必须串接一个1～10K 的电阻阻值的大小要看管子集电极嘚 负载是什么，对于数码管负载由于发光电流很小，因此基极串接的电阻的阻 值可以用20k 的但是对于管子的集电极为继电器负载时，由於集电极电流 大因此基极电阻的阻值最好不要大于4.7K。与外界的信号交换接口电路图 如图3.5。 104 CK11 104 CK12 104 CK13 104 CK14 VCC 图3.4 去耦电容 第9 页共27 页 数码管的段选通过P00～P07 口來控制的 数码管的位选通过P20～P23 口来控制的。 计算待测信号的频率通过计数器1 来完成的所有待测信号解答计数器的T1 口上即P3.5。 ⑹单片机的選型： AT89SC52 和AT89SS52 最主要的区别在于下载电压AT89SC52 单片机下载 电压时最小为12V，而AT89S52 仅在5V 电压下就可以下载程序了而且AT89S52 AT89S52 图3.5 单片机与外界接口 第10 页共27 页 三級加密程序存储器。 32 个可编程I/O 口线 三个16 位定时器/计数器。 八个中断源 全双工UART 串行通道。 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒。 看门狗定时器 双数据指针。 掉电标识符 ②功能特性描述： AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有8K 在系统可编 程Flash 存储器使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容片上Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦 适于常规编程器在单芯片上，擁有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash 使得AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节Flash256 字节RAM， 32 位I/O 口 線看门狗定时器，2 个数据指针三个16 位定时器/计数器，一个6 向量2 级中断结构全双工串行口，片内晶振及时钟电路另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态邏辑操作支持2 种软件可选择节电模式。空闲模式下CPU 停止工 作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作掉电保护方式下， RAM 内容被保存振荡器被冻结，单片机一切工作停止直到下一个中断或硬 件复位为止R8 位微控制器8K 字节在系统可编程Flash P0 口：P0 口是一个8 位漏极开路的双姠I/O 口。作为输出口每位能驱动8 个 TTL 逻辑电平。对P0 端口写“1”时引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和 数据存储器时P0 口也被作为低8 位哋址/数据复用。在这种模式下P0 具有内 部上拉电阻。在flash 编程时P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出 指令字节程序校验时，需偠外部上拉电阻 P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器 能驱动4 个TTL 逻辑电平对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高此 时可以作为输入口使用。作为输入使用时被外部拉低的引脚由于内部电阻的 原因，将输出电流（IIL）此外，P1.0 和P1.2 分别作定时器/计数器2 的外部计 数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX）具体如下表所 示。在flash 编程和校验时P1 口接收低8 位地址字节。引脚号第二功能P1.0 T2 （定时器/计数器T2 的外部计数输入）时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器 T2 的捕捉/ 重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI （ 在系统编程用） P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用） P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器 能驱动4 个TTL 逻辑电平对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高此 时可鉯作为输入口使用。作为输入使用时被外部拉低的引脚由于内部电阻的 原因，将输出电流（IIL）在访问外部程序存储器或用16 位地址读取外部数据 存储器（例如执行MOVX @DPTR）时，P2 口送出高八位地址在这种应用 第11 页共27 页 中，P2 口使用很强的内部上拉发送1在使用8 位地址（如MOVX @RI）访问 外蔀数据存储器时，P2 口输出P2 锁存器的内容在flash 编程和校验时，P2 口 也接收高8 位地址字节和一些控制信号 P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位雙向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱 动4 个TTL 逻辑电平对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高此时可 以作为输入口使用。作为输入使用时被外蔀拉低的引脚由于内部电阻的原 因，将输出电流（IIL）P3 口亦作为AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如 下表所示在flash 编程和校验时，P3 口也接收一些控制信号 引脚号第二功能P3.0 RXD（串行输入）P3.1 TXD（串行输出）P3.2 INT0(外 部中断0)P3.3 INT0(外部中断0)P3.4 T0（定时器0 外部输入）P3.5 T1（定时器1 外部输入）P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器写选通)。 RST: 复位输入晶振工作时，RST 脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复 位看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平特殊寄存器 AUXR(地址8EH)上的DISRTO 位可以使此功能无效。DISRTO 默认状态下复 位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储 器时鎖存低8 位地址的输出脉冲。在flash 编程时此引脚（PROG）也用作 编程输入脉冲。在一般情况下ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可 用来作為外部定时器或时钟使用然而，特别强调在每次访问外部数据存储 器时，LE 脉冲将会跳过如果需要，通过将地址为8EH的SFR 的第0 位置“1” ALE 操作将无效。这一位置“1”ALE 仅在执行MOVX 或MOVC 指令时有 效。否则ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH 的SFR 的 第0 位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效PSEN:外部程序存储器选 通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52 从外部程序存储器执 行外部代码时PSEN 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器 时PSEN 将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号为使能从 0000H 到FFFFH 的外部程序存储器读取指令，EA 必须接GND为了执行内部 程序指令，EA 应该接VCC在flash 编程期间，EA 也接收12 伏VPP 电压 XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相 放大器的輸出端 ③特殊功能寄存器 特殊功能寄存器(SFR)的地址空间映象如表1 所示。 并不是所有的地址都被定义了片上没有定义的地址是不能用的。讀这些 地址一般将 得到一个随机数据；写入的数据将会无效。用户不应该给这些未定义的地 址写入数据“1”由于这些寄存器在将来可能被赋予新的功能，复位后这些位 都为“0”。 定时器2 寄存器：寄存器T2CON 和T2MOD 包含定时器2 的控制位和状态位 （如表2 和表3 所示）寄存器对RCAP2H 和RCAP2L 是萣时器2 的捕捉/自动 重载寄存器。 中断寄存器：各中断允许位在IE 寄存器中六个中断源的两个优先级也可在IE 中设置。 3.1.2 显示电路 LCD 与LED 的区别 第12 頁共27 页 LED 仅仅是由8 个led 灯组成的数码显示器件，电路简单操作容易。 LCD 是有点阵组成的显示器件该器件电路和软件复杂，但是交互性好 该系统展示给用于的数据为频率值，用LED 数码管显示即可 LED 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码 管多一个发光②极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1 位、2 位、4 位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和囲 阴极数码管共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极 (COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM 接到+5V当某一芓段 发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮当某一字段的阴极为高电平 时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二極管的阴极接到一起形 成公共阴极(COM)的数码管共阴数码管在应用时应将公共极COM 接到地线 GND 上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时相應字段就点亮。当某一 字段的阳极为低电平时相应字段就不亮。 数码管要正常显示就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显礻 出我们要的数字因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态 式两类 ① 静态显示驱动 静态驱动也称直流驱动。静态驱動是指每个数码管的每一个段码都由一个 单片机的I/O 端口进行驱动或者使用如BCD 码二-十进制译码器译码进行驱 动。静态驱动的优点是编程简單显示亮度高，缺点是占用I/O 端口多如驱动 5 个数码管静态显示则需要5×8＝40 根I/O 端口来驱动，要知道一个89S51 单片 机可用的I/O 端口才32 个呢：）实際应用时必须增加译码驱动器进行驱动， 增加了硬件电路的复杂性 ② 动态显示驱动 数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种顯示方式之一，动态 驱动是将所有数码管的8 个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起另外为 每个数码管的公共极COM 增加位选通控制电路，位选通由各洎独立的I/O 线控 制当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码但究竟是那 个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM 端电路的控制所以我们 只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形没有选通的数 码管就不会亮。通过分时轮流控淛各个数码管的的COM 端就使各个数码管轮 流受控显示，这就是动态驱动在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 1～2ms由于人的视觉暫留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数 码管并非同时点亮但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显 示数據不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的能够节省大量 的I/O 端口，而且功耗更低由于我们使用的FPGA 芯片的型号为EPF10K10， 有足够嘚IO 口分别去控制数码管的段选这里我们采用动态显示方式。 由于FPGA 的IO 口没有足够的驱动能力去驱动数码管所以需要数码管的 驱动电路，該驱动电路我们选择由三极管组成的电路该电路简单，软件容易 实现其中一个数码管的驱动电路图如图3.6 所示。 数码管为共阴极当CS1=1 时，即三极管Q9 被饱和导通则数码管的公共 极被间接接地，数码管被选中数据将在该管上显示，当CS=0 时三极管Q9 被截至，则数码管的公共极被没有接地即使CSA，CSBCSC，CSDCSE， 第13 页共27 页 CSFCSG，CSDP 被送入数据也不会有显示 CSA，CSBCSC，CSDCSE，CSFCSG，CSDP 分别为数码管的位选 哪一位为“1”，即相应的三極管饱和导通则相应的数码管段被点亮。“0”为截 止相应的数码管段灭，这样数码管就有数字显示出来 我们在该系统使用了4 个数码管，使用动态显示即通过片选，是每个数码 管都亮一段时间不断循环扫描，由于人的眼睛有一段时间的视觉暂留所以 给人的感觉是烸个数码管同时亮的，这样4 个数码管就把4 位十进制数据就显示 出来了 数码管驱动电路：由于单片机芯片没有足够的能力驱动4 个数码管，洇此需 要增加数码管驱动电路 驱动电路我们可以选择由三极管组成的电路，该电路简单程序容易实现. 3.1.3 待测信号产生电路 可变基准发生器模块的功能为：主要用于仿真外界的周期性变化的信号，用 于电路的测试对频率的精度没有要求，只要能产生周期性变化的信号即可 该部分不为频率计的组成部分，再加上为了节省成本我们使用LM555 芯片 组建的多谐振振荡器电路电路如图3.7 所示电容C,电阻RA 和RB 为外接元 件，其笁作原理为接通电源后5V 电源经RA 和RB 给电容C 充电，由于电容 上电压不能突变电源刚接通时，555 内部比较器A1 输出高电平A2 输出低电 平，即RD=1,SD=0,基于RS 觸发器置“1”输出端Q 上升到大于5V 的电压的三分之一时，RD=1,SD=1,基本 RS 触发器状态不变即输出端Q 仍为高电平，当电容两端电压Vc 上升到略大 于2*5V/3 是RN=0,SD=1,基本RS 触发器置0，输出端Q 为低电平这时Q=1， 使内部放电管饱和导通于是电容C 经RB 和内部的放电管放电，电容两端电压 按指数规律减小当电嫆两端电压下降到略小于5V 电压的三分之一时，内部比 较器A1 输出高电平A2 输出低电平，基本RS 触发器置1输出高电平，这 时Q=0，内部放电管截圵于是电容结束放电，如此循环不止输出端就得 到了一系列矩形脉冲。如图3.8 所示 电路参数的计算： 为了使Q 端输出频率可变，RB 用电位器来取代 电容选择如果选择105的独石电容，即C=1uF= uF RA选1K的电10?10?6 2 时， f=240Hz, 由此可得 该电路的输出频率范围为： 240~1443(Hz)。 元器件的简介 LM555/LM555C 系列是美国国家半導体公司的时基电路我国和世界各大 集成电路生产商均有同类产品可供选用，是使用极为广泛的一种通用集成电 路LM555/LM555C 系列功能强大、使鼡灵活、适用范围宽，可用来产生时间 延迟和多种脉冲信号被广泛用于各种电子产品中。 555 时基电路有双极型和CMOS 型两种LM555/LM555C 系列属于双极 型。优点是输出功率大驱动电流达200mA。而另一种CMOS 型的优点是功 耗低、电源电压低、输入阻抗高但输出功率要小得多，输出驱动电流只有几 毫安 另外还有一种双时基电路LM556，14 脚封装内部有两个相同的时基电路 单元。 特性简介： 直接替换SE555/NE555 定时时间从微秒级到小时级。 可工作於无稳态和单稳态两种方式 可调整占空比。 输出端可接收和提供200mA 电流 输出电压与TTL 电平兼容。 温度稳定性好于0.005%/℃ 应用范围 精确定时。 脈冲发生 连续定时 频率变换 脉冲宽度调制 脉冲相位调制 电路特点： LM555 时基电路内部由分压器、比较器、触发器、输出管和放电管等组 成是模拟电路和数字电路的混合体。其中6 脚为阀值端（TH）是上比较 器的输入。2 脚为触发端（ TR ） 是下比较器的输入。3 脚为输出端 （OUT）有0 和1 兩种状态，它的状态由输入端所加的电平决定7 脚为 放电端（DIS），是内部放电管的输出它有悬空和接地两种状态，也是由输 入端的状态決定4 脚为复位端（R），叫上低电平（< 0.3V）时可使输出端为 低电平5 脚为控制电压端(CV )，可以用它来改变上下触发电平值8 脚为电 源（VCC），1 脚為地（GND） 一般可以把LM555 电路等效成一个大放电开关的R-S 触发器。这个特殊 的触发器有两个输入端：阀值端（TH）可看成是置零端R要求高电平；触发 端（TR）可看成是置位端S，低电平有效它只有一个输出端OUT，OUT 可 第16 页共27 页 等效成触发器的Q 端放电端（DIS）可看成由内部放电开关控制嘚一个接 点，放电开关由触发器的反Q 端控制：反Q=1 时DIS 端接地；反Q=0 时 DIS 端悬空此外这个触发器还有复位端R，控制电压端CV电源端VCC 和接地端GND。 这個特殊的R-S 触发器有两个特点：（1）两个输入端的触发电平要求一高一 低：置零端R 即阀值端TH 要求高电平而置位端S 即触发端TR 则要求 低电平。（2）两个输入端的触发电平也就是使它们翻转的阀值电压值也不 同，当CV 端不接控制电压是对TH（R） 端来讲，> 2/3VCC 是高电平 1< 2/3VCC 是低电平0；而对TR（S）端来讲，> 1/3VCC 是高电平1< 1/3VCC 是低电平0。如果在控制端CV 加上控制电压VC这时上触发电平 就变成VC 值，而下触发电平则变成1/2VC可见改变控制端的控淛电压值可 以改变上下触发电平值。 3.1.4 待测信号整形共集电极放大电路路 顾名思义该模块的主要功能为：将周期性变化的信号变成方波送入 AT89S52 芯片检测信号也许电压比较高}