专利名称：一种用于教学实验的程控数字交换机的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信教学实验仪器技术领域，尤其涉及一种用于教学实验的程控数字交换机。
背景技术：
程控数字交换机是基于存储程序控制、数字话音信号处理的电话交换设备。它在现代通信的电话交换网中起着核心的作用，也因此在大学的教学中是一门重要的专业课。市场上商用的电话交换机功能强大、电路集成度高、通过入网认证符合相关标准，但伴随而来的是高昂的价格，实验者看不到交换过程中各种信号的传递、控制关系，更无法通过手动控制交换的功能及过程。所以对于教学而言使用商用交换机一方面不能充分发挥其功能特性，大材小用，另一方面实验者又不能观察到交换的实际过程，起不到教学的目的。因此，需要一种专门设计为教学使用的交换机以解决上述问题，目前市场上用于教学目的的交换机用户接口部分控制电路直接接至中央控制及交换部分，许多信号状态要使用仪器测量，逻辑译码由许多中、小规模器件组成，微控制器中程序的修改需要专用设备，因此使用非常不便。
发明内容
针对现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供了一种用于教学实验的程控数字交换机，它实现了各种信号状态的直观显示，并且实现了对微控制器中程序的直接修改。
本发明的技术方案以如下方式实现一种用于教学实验的程控数字交换机，包括两路由用户线接口组成的用户线接口部分和中央控制及交换部分，所述的中央控制及交换部分包括信号音产生电路、交换网络、拨号检测电路、逻辑译码电路和微控制器，所述逻辑译码电路将译码后的控制信号输出给信号音产生电路和交换网络，所述信号音产生电路传送信号给交换网络，所述交换网络在所述用户线接口部分的返回信息控制下传送信号给拨号检测电路，所述微控制器根据接收到的拨号检测电路的拨号检测信息、用户线接口部分返回的信息控制逻辑译码电路、交换网络和用户线接口部分。其结构特点在于，它还包括分别与用户线接口部分和中央控制及交换部分相互传递信息的用户线语音处理单元。所述用户线接口部分还包括脱机手动控制电路一、摘挂机状态显示电路、振铃状态显示及发声电路、控制信号状态显示电路和用户线语音处理单元，所述脱机手动控制电路一控制用户线接口与用户线语音处理单元之间的相互信息传递并传递信号给控制信号状态显示电路，所述用户线接口的控制信号传送给摘挂机状态显示电路和振铃状态显示及发声电路。所述中央控制及交换部分还包括拨号号码显示电路、在线可编程接口、在线可编程接口电压变换和编程选择开关，所述拨号检测电路传递拨号号码值给拨号号码显示电路，所述逻辑译码电路为具备在线可编程功能的CPLD逻辑译码电路，其通过在线可编程接口与在线可编程下载电缆进行逻辑译码信息的交换，所述编程选择开关控制微控制器接收通过在线可编程接口电压变换电路和在线可编程下载电缆传递的处理程序。
上述脱机手动控制电路一包括手动/自动选择开关和手动状态输入开关，所述手动/自动选择开关连接用户线接口电路、用户线语音处理单元和手动状态输入开关。上述控制信号状态显示电路由信号驱动电路、发光二极管状态显示电路组成，所述信号驱动电路连接用户线接口电路、脱机手动控制一和发光二极管状态显示电路。上述摘挂机状态显示电路由信号驱动电路二和发光二极管显示电路二组成，信号驱动电路二连接用户线接口电路和发光二极管显示电路二。上述振铃状态显示及发声电路由两路信号驱动三、一路发光二极管状态显示电路三和一路蜂鸣器发声电路组成，第一路信号驱动电路三连接用户线接口电路、发光二极管状态显示电路三，第二路信号驱动电路三连接用户线接口电路、蜂鸣器发声电路。上述用户线语音处理单元包括用户线语音处理电路和与其相互传递信息的脱机手动控制二。上述脱机手动控制二由手动/自动选择开关、输入状态转换处理器、手动状态输入开关组成，所述手动/自动选择开关连接用户线语音处理单元、中央控制及交换部分和输入状态转换处理器，所述手动状态输入开关连接输入状态转换处理器。上述拨号号码显示电路由信号驱动四、发光二极管状态显示电路四组成，信号驱动电路四连接拨号检测电路和发光二极管状态显示电路。
本发明由于在用户线接口部分增加了脱机手动控制电路一，从而实现了用户线接口部分振铃、摘挂机检测等功能的脱离中央控制的手动控制实验。而且用户线接口部分的摘挂机状态显示电路、振铃状态显示及发声电路和控制信号状态显示电路也实现了用户线接口部分各种信号状态的直观显示。在语音处理单元采用用户线语音处理电路和脱机手动控制电路二消除了振铃电路中的高压铃流并且实现了线路状态的直观显示和声音提示。在中央控制及交换部分采用的CPLD逻辑译码电路和微控制器，可以通过在线可编程对其中的译码逻辑和应用程序进行修改，学生可以设计译码器和编制控制程序进行自主设计实验，加深了其对交换机系统结构的理解，对于提高交换机课程的教学质量有很大帮助。
图1为本发明背景技术的原理图；图2为本发明的原理图；图3是本发明用户线接口部分脱机手动控制电路一的框图；图4是本发明用户线接口部分控制信号状态显示电路的框图；图5是本发明用户线接口部分摘挂机状态显示电路的框图；图6是本发明用户线接口部分振铃状态显示及发声电路的框图；图7是本发明语音处理部分脱机手动控制电路二的框图；图8是中央控制及交换部分拨号号码显示电路的框图；图9是本发明用户线接口部分脱机手动控制电路一的电路图；图10是本发明用户线接口部分控制信号状态显示电路的电路图；图11是本发明用户线接口部分摘挂机状态显示电路的电路图；
图12是本发明用户线接口部分振铃状态显示及发声电路的电路图；图13是本发明语音处理部分脱机手动控制电路二的电路图；图14是中央控制及交换部分拨号号码显示电路的电路图；图15是本发明CPLD逻辑译码电路的电路图；图16是本发明微控制器的电路图；具体实施方式
参看图1现有技术的用于教学实验的程控数字交换机，包括两路由用户线接口组成的用户线接口部分1和中央控制及交换部分2，所述的中央控制及交换部分2包括信号音产生电路3、交换网络4、拨号检测电路5、逻辑译码电路6和微控制器7，所述逻辑译码电路6将译码后的控制信号输出给信号音产生电路5和交换网络4，所述信号音产生电路3传送信号给交换网络4，所述交换网络4在所述用户线接口部分1的返回信息控制下传送信号给拨号检测电路5，所述微控制器7根据接收到的拨号检测电路5的拨号检测信息、用户线接口部分1返回的信息控制逻辑译码电路6、交换网络4和用户线接口部分1。
参看图2，本发明在现有技术基础上增加了分别与用户线接口部分1和中央控制及交换部分2相互传递信息的用户线语音处理单元20，所述用户线接口部分还包括了脱机手动控制电路一14、摘挂机状态显示电路15、振铃状态显示及发声电路16和控制信号状态显示电路17，所述脱机手动控制电路一14控制用户线接口13与用户线语音处理单元20之间的相互信息传递并传递信号给控制信号状态显示电路17，所述用户线接口13的控制信号传送给摘挂机状态显示电路15和振铃状态显示及发声电路16。所述中央控制及交换部分2还包括拨号号码显示电路8、在线可编程接口9、在线可编程接口电压变换10和编程选择开关11，所述拨号检测电路5传递拨号号码值给拨号号码显示电路8，所述逻辑译码电路6为具备在线可编程功能的CPLD逻辑译码电路，其通过在线可编程接口9与在线可编程下载电缆进行逻辑译码信息的交换，所述编程选择开关11控制微控制器7接收通过在线可编程接口电压变换电路10和在线可编程下载电缆12传递的处理程序。
参看图3，所述脱机手动控制电路一14包括手动/自动选择开关和手动状态输入开关，所述手动/自动选择开关连接用户线接口电路13、用户线语音处理单元20和手动状态输入开关。其工作关系为手动/自动选择开关的状态可以由实验者在实验过程中设置，当设为自动状态时，接至用户线接口电路13的控制信号来自用户线语音处理单元20，这时的控制由用户线语音处理单元20自动完成，无需人工干预；当设为手动时，接至用户线接口电路13的控制信号来自手动状态输入开关，这时的控制由实验者通过拨动手动状态输入开关的电平值来完成。
参看图4，所述控制信号状态显示电路17由信号驱动电路一、发光二极管状态显示电路一组成，所述信号驱动电路一连接用户线接口电路13、脱机手动控制一14和发光二极管状态显示电路一。其工作关系为由脱机手动控制电路一14送来的控制信号先经过信号驱动电路一的放大驱动，再接至发光二极管状态显示电路一驱动发光二极管显示当前的控制信号状态值。
参看图5，所述摘挂机状态显示电路15由信号驱动电路二和发光二极管显示电路二组成，信号驱动电路二连接用户线接口电路13和发光二极管显示电路二。其工作关系为由用户线接口电路13送来的摘挂机状态先经过信号驱动电路二的放大驱动，再接至发光二极管状态显示电路二驱动发光二极管显示当前的摘挂机状态值。
参看图6，所述振铃状态显示及发声电路16由两路信号驱动电路三、一路发光二极管状态显示电路三和一路蜂鸣器发声电路组成，第一路信号驱动电路三连接用户线接口电路13、发光二极管状态显示电路三，第二路信号驱动电路三连接用户线接口电路13、蜂鸣器发声电路。其工作关系为由用户线接口电路13送来的振铃状态先经过两路信号驱动电路三的放大驱动，再接至发光二极管驱动发光二极管显示三及蜂鸣器驱动蜂鸣器发声以示意当前的振铃状态值。
参看图7，所述用户线语音处理单元包括用户线语音处理电路18和与其相互传递信息的脱机手动控制二19。所述脱机手动控制二19由手动/自动选择开关、输入状态转换处理器、手动状态输入开关组成，所述手动/自动选择开关连接用户线语音处理单元、中央控制及交换部分2和输入状态转换处理器，所述手动状态输入开关连接输入状态转换处理器。其工作关系为手动/自动选择开关的状态可以由实验者在实验过程中设置，当设为自动状态时，接至用户线语音处理电路18的控制信号来自中央控制及交换部分2，这时的控制由中央控制及交换部分2自动完成，无需人工干预；当设为手动时，接至用户线语音处理电路18的控制信号来自输入状态转换处理器，这时的控制由输入状态转换处理器将实验者通过拨动手动状态输入开关输入的电平值转换成用户线语音处理电路可以接受的控制信号来完成的。
参看图8，所述拨号号码显示电路8由信号驱动四、发光二极管状态显示电路四组成，信号驱动电路四连接拨号检测电路(5)和发光二极管状态显示电路。其工作关系为由拨号检测电路5送来的拨号号码值先经过信号驱动电路四的放大驱动，再接至发光二极管状态显示电路四驱动发光二极管显示当前的拨号号码。
参看图9，C11_1、C21_1、C31_1、C41_1、E01_1是来自用户线语音处理电路18的控制信号。C11_2、C21_2、C31_2、C41_2、E01_2是送往用户线接口电路13的控制信号。JP34至JP38是手动/自动选择开关，当选择开关连接2-3两端时，送往用户线接口电路13的控制信号来自用户线语音处理单元20，即由程序自动控制；当选择开关连接2-3两端时，送往用户线接口电路13的控制信号来自JP39至JP43，即由手动设置控制信号。JP39至JP43是手动状态输入开关，当状态输入开关1-2两端相连时，控制信号置为低电平；当状态输入开关2-3两端相连时，控制信号置为高电平。JP34至JP43选用的器件是三芯单排插针。
参看图10，E01_2、C41_2、C31_2、C21_2、C11_2是来自用户线接口电路13的控制信号。U34A至U34E是信号驱动一，将来自用户线接口电路13的控制信号放大并驱动发光二极管。由发光二级管LD15至LD19组成的发光二极管状态显示电路一，受驱动电路送来的信号的控制，当控制线输入高电平时发光二极管点亮，输入低电平时发光二极管熄灭。RP2是限流电阻，防止流过发光二极管的电流太大损坏器件。信号驱动一U34选用的器件是7406；发光二极管LD15至LD19选用的器件是红色发光二极管；限流电阻RP2选用的器件是330欧姆电阻排。
参看图11，/DET是来自用户线接口电路13的摘挂机信号。三极管Q4和电阻R39组成的是放大驱动电路二，对摘挂机信号进行放大处理并驱动发光二极管。发光二极管LD3是发光二极管状态显示电路二，受驱动电路送来的信号的控制，当控制线输入高电平时发光二极管点亮，输入低电平时发光二极管熄灭。电阻R40是限流电阻，防止流过发光二极管的电流太大损坏器件。三极管Q4选用的器件是9012；电阻R39选用的器件是100K欧姆电阻；LD3选用的器件是绿色发光二极管；限流电阻R40选用的器件是270欧姆电阻。
参看图12，RING是来自用户线接口电路13的振铃信号。三极管Q5和电阻R41组成的是放大驱动电路三，对振铃信号进行放大处理并驱动发光二极管。发光二极管LD4是发光二极管状态显示电路三，受驱动电路送来的信号的控制，当控制线输入高电平时发光二极管点亮，输入低电平时发光二极管熄灭。电阻R42是限流电阻，防止流过发光二极管的电流太大损坏器件。电阻R46、三极管Q6、电阻R32组成的是放大驱动电路，对振铃信号进行放大处理并驱动蜂鸣器。电容C37和蜂鸣器B2组成蜂鸣器发声电路，当控制线输入高电平时蜂鸣器发声，输入低电平时蜂鸣器停止发声。三极管Q5、三极管Q6选用的器件是9013；电阻R41选用的器件是100K欧姆电阻；发光二极管LD4选用的器件是红色发光二极管；电阻R42选用的器件是270欧姆电阻；电阻R32选用的器件是120欧姆电阻；电阻R46选用的器件是10K欧姆电阻；蜂鸣器B2选用的器件是3V自发声蜂鸣器；电容C37选用的器件是10μf/16V电解电容。
参看图13，/CS0_1、/CS1_1、DI0_1、DCLK_1是来自中央控制及交换部分2的控制信号。/CS0_2、/CS1_2、DI0_2、DCLK_2是送往用户线语音处理电路18的控制信号。JP20至JP24是手动/自动选择开关，当选择开关连接2-3两端时，送往用户线语音处理电路18的控制信号来自中央控制及交换部分2，即由程序自动控制；当选择开关连接1-2两端时，送往用户线语音处理电路18的控制信号来自输入状态转换处理器U19，即由手动设置控制信号。输入状态转换处理器U19是通过预先存储在输入状态转换处理器U19中程序的处理将开关S4输入的电平信号转换成用户线语音处理电路18可以接受的控制信号。开关S4是手动状态输入开关，实验者手动设置开关的电平值并送到输入状态转换处理器U19中。JP20至JP24选用的器件是三芯单排插针；输入状态转换处理器U19选用的器件是AT89C52；开关S4选用的器件是8位波特率开关。
参看图14，Q1、Q2、Q3、Q4、Std是来自拨号检测电路5的号码信息，U32A至U33E是信号驱动电路四，将来自拨号检测电路5的号码信息放大并驱动发光二极管。发光二极管LD10至LD14是发光二极管状态显示电路四，受信号驱动电路四送来的信号的控制，当控制线输入高电平时发光二极管点亮，输入低电平时发光二极管熄灭。电阻RP1是限流电阻，防止流过发光二极管的电流太大损坏器件。信号驱动电路四U32A至U33E选用的器件是7406；发光二极管LD10至LD14选用的器件是红色发光二极管；电阻RP1选用的器件是330欧姆电阻排。
参看图15，JP74是连接外部在线可编程下载电缆的接口9，外部下载信息通过该接口传送到具备在线可编程功能的CPLD U17中。具备在线可编程功能的CPLD U17接收外部的下载信息，并根据信息重构其内部的译码逻辑。JP74选用的器件是五芯单排插针；具备在线可编程功能的CPLD U17选用的器件是iM4A5-64/32。
参看图16，Tout、Rin是来自或送往外部在线可编程电缆12的编程信息。JP75是编程选择开关，当开关的1-2两端相连时，使微控制器7处于运行状态，不能对其进行编程；当开关的2-3两端相连时，使微控制器7处于编程状态，可以进行在线编程。微控制器7通过编程选择开关JP75的设置，可以控制其处于编程状态或运行状态。编程状态时外部的编程信息通过接口电平转换芯片U32的电平转换，送至微控制器7进行编程操作；运行状态时，微控制器7根据已编程的程序正常运行。接口电平转换芯片U32一方面将来自外部在线可编程电缆12的电平转换成微控制器7可接受的电平并送往微控制器7，另一方面将来自微控制器7的编程反馈信息的电平转换成外部在线可编程电缆12可以接受的电平并送往编程电缆。开关JP75选用的器件是三芯单排插针；微控制器7选用的器件是P89C51RD2；接口电平转换芯片U32选用的器件是MAX202。
权利要求
1.一种用于教学实验的程控数字交换机，包括两路由用户线接口组成的用户线接口部分(1)和中央控制及交换部分(2)，所述的中央控制及交换部分(2)包括信号音产生电路(3)、交换网络(4)、拨号检测电路(5)、逻辑译码电路(6)和微控制器(7)，所述逻辑译码电路(6)将译码后的控制信号输出给信号音产生电路(3)和交换网络(4)，所述信号音产生电路(3)传送信号给交换网络(4)，所述交换网络(4)在所述用户线接口部分(1)的返回信息控制下传送信号给拨号检测电路(5)，所述微控制器(7)根据接收到的拨号检测电路(5)的拨号检测信息、用户线接口部分(1)返回的信息控制逻辑译码电路(6)、交换网络(4)和用户线接口部分(1)，其特征在于，它还包括分别与用户线接口部分(1)和中央控制及交换部分(2)相互传递信息的用户线语音处理单元(20)，所述用户线接口部分还包括脱机手动控制电路一(14)、摘挂机状态显示电路(15)、振铃状态显示及发声电路(16)和控制信号状态显示电路(17)，所述脱机手动控制电路一(14)控制用户线接口(13)与用户线语音处理单元(20)之间的相互信息传递并将信号传递给控制信号状态显示电路(17)，所述用户线接口(13)的控制信号传送给摘挂机状态显示电路(15)和振铃状态显示及发声电路(16)；所述中央控制及交换部分(2)还包括拨号号码显示电路(8)、在线可编程接口(9)、在线可编程接口电压变换(10)和编程选择开关(11)，所述拨号检测电路(5)传递拨号号码值给拨号号码显示电路(8)，所述逻辑译码电路(6)为具备在线可编程功能的CPLD逻辑译码电路，其通过在线可编程接口(9)与在线可编程下载电缆(12)进行逻辑译码信息的交换，所述编程选择开关(11)控制微控制器(7)接收通过在线可编程接口电压变换电路(10)和在线可编程下载电缆(12)传递的处理程序。
2.按照权利要求1所述的用于教学实验的程控数字交换机，其特征在于，所述脱机手动控制电路一(14)包括手动/自动选择开关和手动状态输入开关，所述手动/自动选择开关连接用户线接口电路(13)、用户线语音处理单元(20)和手动状态输入开关。
3.按照权利要求1所述的用于教学实验的程控数字交换机，其特征在于，所述控制信号状态显示电路(17)由信号驱动电路一、发光二极管状态显示电路一组成，所述信号驱动电路一连接用户线接口电路(13)、脱机手动控制一(14)和发光二极管状态显示电路一。
4.按照权利要求1所述的用于教学实验的程控数字交换机，其特征在于，所述摘挂机状态显示电路(15)由信号驱动电路二和发光二极管显示电路二组成，信号驱动电路二连接用户线接口电路(13)和发光二极管显示电路二。
5.按照权利要求1所述的用于教学实验的程控数字交换机，其特征在于，所述振铃状态显示及发声电路(16)由两路信号驱动三、一路发光二极管状态显示电路三和一路蜂鸣器发声电路组成，第一路信号驱动电路三连接用户线接口电路(13)、发光二极管状态显示电路三，第二路信号驱动电路三连接用户线接口电路(13)、蜂鸣器发声电路。
6.按照权利要求1所述的用于教学实验的程控数字交换机，其特征在于，所述用户线语音处理单元包括用户线语音处理电路(18)和与其相互传递信息的脱机手动控制二(19)。
7.按照权利要求6所述的用于教学实验的程控数字交换机，其特征在于，所述脱机手动控制二(19)由手动/自动选择开关、输入状态转换处理器、手动状态输入开关组成，所述手动/自动选择开关连接用户线语音处理单元、中央控制及交换部分(2)和输入状态转换处理器，所述手动状态输入开关连接输入状态转换处理器。
8.按照权利要求1所述的用于教学实验的程控数字交换机，其特征在于，所述拨号号码显示电路(8)由信号驱动四、发光二极管状态显示电路四组成，信号驱动电路四连接拨号检测电路(5)和发光二极管状态显示电路。
全文摘要
一种用于教学实验的程控数字交换机，属于通信教学实验仪器技术领域。本发明实现了各种信号状态的直观显示，并且实现了对微控制器中程序的直接修改。本发明脱机手动控制电路一控制用户线接口与用户线语音处理单元之间的相互信息传递并传递信号给控制信号状态显示电路，用户线接口的控制信号传送给摘挂机状态显示电路和振铃状态显示及发声电路。中央控制及交换部分中的拨号检测电路传递拨号号码值给拨号号码显示电路，逻辑译码电路为具备在线可编程功能的CPLD逻辑译码电路，其可以进行逻辑译码信息的交换，编程选择开关控制微控制器接收通过在线可编程接口电压变换电路和在线可编程下载电缆传递的处理程序。
文档编号G09B25/02GK1489123SQ02131140
公开日2004年4月14日 申请日期2002年10月11日 优先权日2002年10月11日
发明者杨春武, 冯一兵, 万韬 申请人:清华同方股份有限公司