专利名称：一种程控数字交换教学实验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通信领域中教学实验系统，特别是关于一种程控数字交换教学实验系统。
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。程控数字交换技术在现代通信的电话交换网中起着核心的作用，也是高等教育中通信专业的一门重要课程。市场上商用的电话交换机功能强大、符合入网认证的相关标准，但价格昂贵， 而且对于实验教学来说，实验者看不到数字交换过程中各种信号的传递、控制关系，达不到教学的要求。而专门针对教学所开发的电话程控数字交换机，其集成度较差，且程控交换的核心仍使用早期的专用交换芯片(如MT8980)，其功能单一、使用不够灵活。例如清华同方股份有限公司申请的名称为“一种用于教学实验的程控数字交换机”(其专利申请号为 CN02131140. 4)文件，其采用模块化设计利用CPLD (可编程逻辑器)等微处理器协助主交换网络完成了一个小型程控数字交换系统，但CPLD等微处理器只是完成了译码等简单功能，号音产生、中央交换等还需要使用早期模拟技术和专用芯片来完成，因此，不具备扩展功能，使用不灵活，电路集成度低。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种具有扩展功能，使用较为灵活的程控数字交换教学实验系统。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种程控数字交换教学实验系统， 其特征在于它包括可编程器件模块、四个用户模块、显示及数据存储模块和外中继模块， 所述可编程器件模块与所述四个用户模块、显示及数据存储模块和外中继模块进行信息交互；每个所述用户模块分别与一个电话机进行信息交互，并将接收到的模拟语音信号转化为数字语音信号后传输至所述可编程器件模块内；所述可编程器件模块将接收到的数字语音信号处理后再经数据总线返回至各所述用户模块，所述可编程器件模块将处理后的语音信号经数据总线分别发送至所述显示及数据存储模块和外中继模块，由所述显示及数据存储模块对处理过程进行相应的显示及数据存储；所述外中继模块负责与外部实验系统进行中继通话；各部分工作模块均由系统工作电源供电。所述可编程器件模块包括时隙信号产生电路、数字信号音产生电路、中央交换网络、双音多频接收检测电路和号码显示模块；所述时隙信号产生电路将时隙信号经数据总线分别发送至各所述用户模块内，控制各所述用户模块内的脉冲编/译码电路；所述数字信号音产生电路产生电话交换中所使用的各种数字信号音，再经数据总线将数字信号音经各所述用户模块的脉冲编/译码电路转换成模拟波形后，发送至所述电话机端；所述中央交换网络与所述双音多频接收检测电路进行信息交互，识别出所述双音多频接收检测电路的拨号结果，将数据总线上呼叫方和受话方的数字语音数据进行交换，实现与各所述用户
4模块之间进行语音信号的交换；所述双音多频接收检测电路实现对各所述用户模块的拨号进行检测、锁存显示，并将解析后的电话号码分别发送至所述中央交换网络和号码显示模块，由所述号码显示模块将解析后的电话号码显示出来。所述可编程器件模块采用型号为EP2C5LC144的芯片；所述双音多频接收检测电路采用型号为MT8870的芯片。所述数字信号音产生电路采用数字的方式产生各种数字信号音。所述显示及数据存储模块包括单片机、通话数据存储模块、电平转换模块和LCD 显示器；所述单片机负责控制所述通话数据存储模块、LCD显示器显示、外中继模块的通路控制以及电平转换模块与外部PC机的通信；所述LCD显示器显示主叫方电话号码及状态监控；所述电平转换模块通过接口电路与所述PC机进行通信。所述单片机采用型号为P89C58的单片机；所述IXD显示器采用U8X64的灰度点
阵液晶显示器。每个所述用户模块均包括用户线接口电路、脉冲编/译码电路和摘机显示器，所述用户线接口电路分别与所述电话机和脉冲编/译码电路进行信息交互，并将工作信号发送至所述摘机显示器；所述脉冲编/译码电路将接收到的模拟语音信号转换成数字语音信号后，经数据总线发送至所述可编程器件模块。所述外中继模块包括脉冲编/译码电路和语音选择电路，负责和外部实验系统进行中继通话。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于采用FPGA模块、 四个用户模块、显示及数据存储模块和外中继模块，用FPGA模块代替原有的专用交换芯片。FPGA模块与四个用户模块、显示及数据存储模块和外中继模块分别通过数据总线进行信息交互，主要由FPGA模块来完成数字交换过程。因此，使得本发明的使用较为灵活，具有较强的扩展功能。2、本发明由于FPGA模块内包括数字信号音产生电路，数字信号音产生电路采用数字的方式能产生电话交换中要使用的各种数字信号音，这样利用FPGA模块产生数字信号音使得本发明具有很好的扩展性，只需要对软件升级下载就可以产生新的信号音，而不必对硬件进行改动。这样对系统的升级带来方面，如可以更换个性信号音(如彩铃等)。3、本发明由于采用FPGA模块进行电话语音数字交换，具有非常好的扩展性，在不改动任何硬件的基础上就可完成对本发明程控数字交换教学实验系统的升级，这是现有程控数字交换教学实验系统不可能实现的。同时作为一个实验系统，可以非常方便的让使用者修改程序进行练习。本发明可以广泛应用于通信领域的教学实验系统中。
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1所示，本发明包括FPGA(可编程器件)模块1、四个用户模块2、显示及数据存储模块3和外中继模块4，FPGA模块1通过数据总线分别与四个用户模块2、显示及数据存储模块3和外中继模块4进行信息交互。每个用户模块2分别与一个电话机5进行信息交互，并将接收到的模拟语音信号转化为数字语音信号后，传输至FPGA模块1内。FPGA模块1将接收到的数字语音信号处理后再经数据总线返回至各用户模块2，同时，FPGA模块1 将处理后的语音信号经数据总线分别发送至显示及数据存储模块3和外中继模块4，由显示及数据存储模块3对处理过程进行相应的显示及数据存储；外中继模块4负责与其它实验系统进行中继通话。各部分工作模块均由系统工作电源供电。上述实施例中，每个用户模块2均包括用户线接口电路6、PCM编/译码电路(脉冲编/译码电路)7和摘机显示器8，用户线接口电路6分别与电话机5和PCM编/译码电路7进行信息交互，并将工作信号发送至摘机显示器8，当电话机5向用户线接接口电路6 发送信号时，摘机显示器8工作。电话机5端的模拟语音信号经用户线接口电路6输送至 PCM编/译码电路7内，在FPGA模块1发送的时隙信号控制下将模拟语音信号转换成数字语音信号，并由PCM编/译码电路7通过数据总线发送至FPGA模块1。上述各实施例中，FPGA模块1是本发明的程控数字交换教学实验系统的主体，本发明采用型号为EP2C5LC144芯片为核心的FPGA模块1完成整体功能，其包括时隙信号产生电路9、数字信号音产生电路10、中央交换网络11、双音多频接收检测电路12和号码显示模块13。其中，时隙信号产生电路9将时隙信号经数据总线分别发送至各用户模块2内，控制各用户模块2内的PCM编/译码电路7。数字信号音产生电路10产生电话交换中要使用的各种数字信号音，再经数据总线将数字信号音经各用户模块2的PCM编/译码电路7转换成模拟波形后，发送至电话机 5端。各种数字信号音的产生均采用数字的方式。中央交换网络11代替了传统利用MT8980等芯片进行时分交换的方法，中央交换网络11与双音多频接收检测电路12进行信息交互，识别出双音多频接收检测电路12的拨号结果，将数据总线上呼叫方和受话方的数字语音数据进行交换，实现与各用户模块2之间进行语音信号的交换。双音多频接收检测电路12实现对各用户模块2的拨号进行检测、锁存显示，并将解析后的电话号码分别发送至中央交换网络11和号码显示模块13，由号码显示模块13将解析后的电话号码显示出来。本发明采用型号为MT8870芯片作为双音多频接收检测电路 12。FPGA模块1内还设置有一下载端口，可以将预先编译好的程序命令下载到FPGA模块1中执行。同时FPGA模块1和显示及数据存储模块3内的单片机具有接口，实时将使用中的通话记录传输到单片机中保存，并可通过单片机的串行接口和外部PC机进行信息交互，将实验通话记录输出到PC机中输出分析。FPGA模块1进行交换的基本原理是用户模块2的语音输入输出时隙是由编解码时钟信号控制的，当编码时钟到来时PCM编/译码电路7开始编码，当解码时钟到来时PCM 编/译码电路7开始解码。为了实现时分复用，本发明可以采用多个编解码时钟，从TPTSl 到TPTS1，各时隙之间相隔3. 9us。上述各实施例中，显示及数据存储模块3主要完成对本发明的程控数字交换教学实验系统的各种控制，输出显示信息等各种功能，其包括单片机14、通话数据存储模块15、 电平转换模块16和IXD显示器17。单片机14主要负责控制通话数据存储模块15、IXD显示器17显示、外中继模块4的通路控制以及电平转换模块16与外部PC机的通信，本发明采用型号为P89C58的单片机14 ；IXD显示器17显示主叫方电话号码及状态监控，其采用 128X64的灰度点阵液晶显示器，主要显示四个用户模块2的通话状态等信息；电平转换模块16通过接口电路与PC机进行通信。上述各实施例中，外中继模块4包括PCM编/译码电路18和语音选择电路19，负责和其它实验系统进行中继通话。上述各实施例仅用于说明本发明，各部件之间的连接和结构都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种程控数字交换教学实验系统，其特征在于它包括可编程器件模块、四个用户模块、显示及数据存储模块和外中继模块，所述可编程器件模块与所述四个用户模块、显示及数据存储模块和外中继模块进行信息交互；每个所述用户模块分别与一个电话机进行信息交互，并将接收到的模拟语音信号转化为数字语音信号后传输至所述可编程器件模块内；所述可编程器件模块将接收到的数字语音信号处理后再经数据总线返回至各所述用户模块，所述可编程器件模块将处理后的语音信号经数据总线分别发送至所述显示及数据存储模块和外中继模块，由所述显示及数据存储模块对处理过程进行相应的显示及数据存储；所述外中继模块负责与外部实验系统进行中继通话；各部分工作模块均由系统工作电
2.如权利要求1所述的一种程控数字交换教学实验系统，其特征在于所述可编程器件模块包括时隙信号产生电路、数字信号音产生电路、中央交换网络、双音多频接收检测电路和号码显示模块；所述时隙信号产生电路将时隙信号经数据总线分别发送至各所述用户模块内，控制各所述用户模块内的脉冲编/译码电路；所述数字信号音产生电路产生电话交换中所使用的各种数字信号音，再经数据总线将数字信号音经各所述用户模块的脉冲编/译码电路转换成模拟波形后，发送至所述电话机端；所述中央交换网络与所述双音多频接收检测电路进行信息交互，识别出所述双音多频接收检测电路的拨号结果，将数据总线上呼叫方和受话方的数字语音数据进行交换，实现与各所述用户模块之间进行语音信号的交换；所述双音多频接收检测电路实现对各所述用户模块的拨号进行检测、锁存显示，并将解析后的电话号码分别发送至所述中央交换网络和号码显示模块，由所述号码显示模块将解析后的电话号码显示出来。
3.如权利要求2所述的一种程控数字交换教学实验系统，其特征在于所述可编程器件模块采用型号为EP2C5LC144的芯片；所述双音多频接收检测电路采用型号为MT8870的
4.如权利要求2所述的一种程控数字交换教学实验系统，其特征在于所述数字信号音产生电路采用数字的方式产生各种数字信号音。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种程控数字交换教学实验系统，其特征在于 所述显示及数据存储模块包括单片机、通话数据存储模块、电平转换模块和IXD显示器；所述单片机负责控制所述通话数据存储模块、LCD显示器显示、外中继模块的通路控制以及电平转换模块与外部PC机的通信；所述LCD显示器显示主叫方电话号码及状态监控；所述电平转换模块通过接口电路与所述PC机进行通信。
6.如权利要求5所述的一种程控数字交换教学实验系统，其特征在于所述单片机采用型号为P89C58的单片机；所述IXD显示器采用U8X64的灰度点阵液晶显示器。
7.如权利要求1或2或3或4或6所述的一种程控数字交换教学实验系统，其特征在于每个所述用户模块均包括用户线接口电路、脉冲编/译码电路和摘机显示器，所述用户线接口电路分别与所述电话机和脉冲编/译码电路进行信息交互，并将工作信号发送至所述摘机显示器；所述脉冲编/译码电路将接收到的模拟语音信号转换成数字语音信号后，经数据总线发送至所述可编程器件模块。
8.如权利要求5所述的一种程控数字交换教学实验系统，其特征在于每个所述用户模块均包括用户线接口电路、脉冲编/译码电路和摘机显示器，所述用户线接口电路分别与所述电话机和脉冲编/译码电路进行信息交互，并将工作信号发送至所述摘机显示器； 所述脉冲编/译码电路将接收到的模拟语音信号转换成数字语音信号后，经数据总线发送至所述可编程器件模块。
9.如权利要求1或2或3或4或6或8所述的一种程控数字交换教学实验系统，其特征在于所述外中继模块包括脉冲编/译码电路和语音选择电路，负责和外部实验系统进行中继通话。
10.如权利要求5所述的一种程控数字交换教学实验系统，其特征在于所述外中继模块包括脉冲编/译码电路和语音选择电路，负责和外部实验系统进行中继通话。
全文摘要
本发明涉及一种程控数字交换教学实验系统，它包括可编程器件模块，可编程器件模块与四个用户模块、显示及数据存储模块和外中继模块进行信息交互；每个用户模块分别与电话机信息交互，将接收到的模拟语音信号转化为数字语音信号后传输至可编程器件模块；可编程器件模块将接收到的数字语音信号处理后再返回至各用户模块，可编程器件模块将处理后的语音信号经数据总线分别发送至显示及数据存储模块和外中继模块，由显示及数据存储模块对处理过程进行相应的显示及数据存储；外中继模块负责与外部实验系统进行中继通话；各部分工作模块均由系统工作电源供电。本发明使用较为灵活，具有较强的扩展功能。本发明可以广泛应用于通信领域的教学实验系统中。
文档编号H04Q3/00GK102289973SQ201110204880
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月21日 优先权日2011年7月21日
发明者刘元盛, 李哲英, 路铭 申请人:北京联合大学