论文总字数：17923字

目 录

1绪论 4

1.1课题背景 4

1.2发展趋势 5

1.3本课题主要研究内容 5

2.程控交换机的分类及原理 6

2.1程控交换机的分类 6

2.1.1按续接方式 6

2.1.2按信息传送方式 6

2.2程控交换机的原理 7

3硬件电路设计 8

3.1系统硬件总结构图 8

3.2系统硬件电路功能及原理 8

3.2.1用户电路 9

3.2.2显示电路 10

3.2.3信号处理电路 14

3.2.4最小系统 19

4系统软件 21

4.1系统流程图 21

4.2子程序 22

5系统仿真、实现与调试 27

5.1系统仿真 27

5.2 PCB制图 31

5.2实物、调试及实现 32

6结论 37

参考文献 37

致谢 38

小型程控交换机的设计与实现

谢雪英

, China

Abstract：Switch is an important part of a vital role of modern communication, program-controlled switches use has been prepared for a good program control exchange and transmission of signals. The single chip microcomputer has the advantages of simple structure, easy to use and easy to implement. In this paper, the use of 51 single-chip microcomputer combined with digital to analog conversion, analog to digital conversion circuit analog telephone communication process, to achieve some of the functions of small switch. In this paper, combined with the history of the development of the switch, the switch function to do a simple introduction, as well as the current and future development direction of the switch is introduced. Then the paper introduces the circuit implementation and software design of a small sized program controlled switch based on AT89C51 MCU as the core controller and complete the Proteus simulation hardware circuit of welding and the design and production of the PCB.

Key words：Small switch; Single-chip; Process control

1绪论

1.1课题背景

我们已经步入了信息时代，每一天，每个人都在和外界进行信息交流，信息交流成为生活中必不可少的一部分，也显得日益重要。人与人之间的交流不在局限于面对面的语言肢体交流，而是利用通信技术实现即使相隔万里也可以实现交流。通信行业蓬勃发展，通信技术也日益趋向成熟。虽然现在有微信、QQ、邮件等多元化的通信工具，但是电话通信因其及时性和可靠性，仍然是我们通信的主要手段。

自从1876年贝尔发明了电话，电话交换机和通讯取得了非常大的进步和发展。电话交换机经历了以下几个阶段：

1、人工交换：磁石式电话交换机是最早开始使用的人工交换机，在后来出现了共电式交换机。人工交换机的面板上为每一个用户分配唯一的一个接口，每一个用户通过一对外线连接到自己的接口上。接口与接口之间通过交换机台面上若干条电路联通，并且有监视灯监视通话状态。由人手工操作完成接线、断线等作业。

虽然人工交换具有结构简单和易于制造等优点，但是只适合用户不多，容量小的情况。由于完全由人工完成作业，效率非常低。随着社会对电话通信需求增长，人工交换已经无法满足需求，自动交换技术应运而生。

2、机电交换：机电交换分为步进制和纵横交换两种。线路选择、连接和断开等动作由信号自动控制和交换机的机键完成。

步进制交换机用机械动作来代替话务员的接线、拆线等动作。根据需要，一般利用若干个选择器构成若干个级，用以分担选择出线对应号码用户的任务。用户在拨号时，切换到交换机内相应的选择器，拨号时会输出的脉冲电流，选择器就根据该信号来一步一步的地改变连接的位置，这样就可以接通主叫和被叫用户之间的线路。步进式交换机的连接速度很慢，机键容易磨损，噪音较大，号码编排死板，线群利用率低，而且缺乏迂回中继性能，无法满足电话网络的经济性、灵活性以及安全性，尤其难以构成规模较大的电话网。

相对于步进式交换机，纵横式交换机采用压接触接线陈列（由继电器控制）来代替动作幅度大的步进制接线器，来达到减小磨损和噪音的目的，并且提高了话路连接的可靠性和连接速度。但因为它的布线结构复杂，容量不易扩充，也不易新功能的增加，也逐渐被电子交换设备代替。

3、电子交换：随着电子计算机技术的产生和发展，在控制系统中用电子器件代替了电磁器件，并采用计算机软件来控制，也就是我们说的存储程序控制，也叫程控交换机。

美国贝尔公司在1965年，生产制造了第一台的程控电子交换机。把逻辑控制由布线进化为程序存储，也被称为模拟程控交换机。存储程序逻辑控制即逐条执行存储在存储器中的程序。在1970年，法国成为了第一个开通数字程控交换机的国家。话路和交换信号都是数字信号。将程控数字交换和数字化传输相结合，构成了综合业务数字网络，不仅可以完成电话交换的目的，还能具备传真和图像通信等多种功能。程控数字交换机不仅具有体积小、容量大等物理优点，还具备处理速度快，灵活性强，服务功能多等功能性优点。因此，它已成为目前电话交换机的主流制式。

80年代初，我国引进了第一批程控交换机,这批交换机在使用过程中性能相对稳定、故障比较少、而且功能强大，加上体积小、重量轻等优点,获得了大量客户的青睐。从此，程控交换机在我国获得了广泛的使用。

1.2发展趋势

现在的程控交换技术往硬件集成度更高，体积更小，控制更加灵活可靠的趋势发展。随着人们对信息处理需求的增长，交换机已经不仅仅应用于电话业务，而是更多应用于网络通信，称为网络交换机。我们正处于互联网时代，以太网技术也是现在最重要的一种组网技术，因此，网络交换机成为了普及度最高的交换机。另外，广域网交换机主要应用于广域网，主要应用于运营商如移动、联通，用以提供通信用的基础平台。而局域网交换机则应用于小网络以及连接终端设备，用于企业、大楼等。

从1966年高锟提出石英玻璃丝，即光纤，它的损耗可达到20db每千米。再到后来的Corning公司研制出损失抵达20db/km的石英光钎。光纤传输技术不断地发展，传输速率和容量不断扩增。到1992年一根光纤的传输速率达到了2.5gb/s。1996年，波分复用技术的发明使得光纤通信的传输容量倍增。

人们终于意识到：光纤已经掀起了通信技术的革命。紧接着产生了用光纤进行数据传输的交换机：PON。在2001年，以太网联盟(EFMA)提出了在二层用以太网取代ATM的EPON技术，并且对其进行了标准化，此时，光纤技术已经能很好的适应了IP业务。以太网技术与PON技术的完美结合使得EPON技术和产品得到了更大程度的应用。EPON系统又发展出传输速率更大的系统GPON。目前我国已有中兴、华为、烽火、GCOM四家公司完成了GPON的研发及生产。我国已实行光纤入户计划。

虽然新的通信介质兴起，PON技术采用了不同的协议，仍然采用程序控制，所以说你程控交换机在未来还有很长的路。

1.3本课题主要研究内容

本文对程控交换机的工作原理及工作过程进行了研究，并实现电话通信的过程。本系统主要设置了摘挂机电路、信号传输电路、显示电路以及单片机控制电路等，并在此基础上进行了硬件和软件的设计。此外，本文对AT89C51及各功能模块的功能及实现方法做了相应的说明。

本课题主要完成基于单片机的小型程控交换机的硬件软件的设计，以实现两部话机的通话。由于话机不易仿真及后期实现，采用了按键模拟摘挂机拨号，采用信号输入模拟语音信号的传输，进行AD转换输入单片机，再经DA转换传输到另一用户。中心控制单元采用C51单片机实现，并用Proteus等软件制作原理图，绘制PCB板，最终焊成实物来模拟话机之间的通话。

2.程控交换机的分类及原理

2.1程控交换机的分类

2.1.1按续接方式

按续接方式可分为空分和时分交换机。

程控空分交换机的交换网络采用交叉点开关阵列，这样在纵横接线架上每个用户都有一个固定的空间位置。在完成接续工作时只要在纵横接线架上选择连接这个位置就可以了。这种交换机传输的是模拟信号，所以不用进行信号的数模转换和编解码，用户电路与数字程控交换机之间的电路连接相比较为简单。主要用作用户容量小的网络。模拟程控交换机的网络中用户数量一多就会产生较为严重的干扰和串扰现象，导致通话话音的质量大打折扣。随着电子科学技术的不断发展和完善，交换机更新换代。模拟的交换方式已渐渐不能满足人们的要求，逐渐被市场淘汰。

程控时分交换机采用的是多路时分复用的接线方式，时分复用就是把时间划分为若干个互相不重叠的时间间隙，并在不同的时间段，设置不同的通信子信道，该时隙交换网络语音时隙地移位，从而实现入线和出线之间的语音交换。即每条传输链路都均分成若干个等分，每个用户只占用其中的一份，该用户所处那一位置用时间的方式来表示，这样就可以大大增大数据的传输量，使得接线结构大大的简化。

程控交换机技术的先进性以及设备的经济性，使得通信行业迈进了一个新的阶段，而且对实现综合业务数字交换奠定了基础，因而程控数字交换机也成为交换技术的主要发展方向。程控数字交换机主要依托于微处理器技术和专用集成电路的技术，随着这两项技术的发展，程控数字交换机的优越性愈加明显。目前中大容量的程控机几乎全部是数字式的。

2.1.2按信息传送方式

按信息传送方式可分为模拟和数字程控交换机。

模拟程控交换机传输的是模拟信号，不需要对信号进行数模转换以及编解码。自60年代开始，数字通信与脉冲编码调制技术飞快发展，技术应用日渐成熟，世界各先进国家都竞相研制数字程控交换机。在数字程控交换机中，传输的数字信息，因为数字信号只有高低两个电平，故不易受干扰，抗干扰性强，利用数模转换技术可以很好的还原出语音信号。数字式程控交换机几乎席卷了交换机通信行业。

2.2程控交换机的原理

如图2-1所示为出程控交换机的基本结构图。程控交换机主要是由中央控制系统和话路系统组成。

图2-1 程控交换系统基本结构图

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