用戶交換機是構成現(xiàn)代交換式通信網(wǎng)的重要設備，主要由用戶線接口部分、交換網(wǎng)絡和控制系統(tǒng)3大部分組成。控制系統(tǒng)依靠存儲器中的程序和數(shù)據(jù)，引導微處理器對各種信令進行適當?shù)奶幚?，對交換網(wǎng)絡和接口實行必要的控制。由于微處理機功能的不斷增強和集成電路成本的不斷下降，人們已有可能用合理的造價生產(chǎn)出功能齊全的交換機。實際中實現(xiàn)交換系統(tǒng)的方案有較大差別，缺乏統(tǒng)一模式，這就給詳細、具體地掌握系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構帶來了一定的困難。基于以上原因，我們考慮將單片機知識與程控交換的基本原理相結(jié)合來設計簡易的交換系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用單片機、網(wǎng)絡交換芯片和用戶接口電路芯片，以單片機為微控制器來實現(xiàn)通信系統(tǒng)的呼叫響應、處理、應答，話路接續(xù)，通話計時及復位拆線等基本功能。

1 系統(tǒng)的組成及原理

1.1 工作原理

本系統(tǒng)是依據(jù)程控交換原理設計的微型空分交換系統(tǒng)，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。其基本工作原理：當用戶1摘機呼叫用戶2時，交換機向主叫方發(fā)送撥號音，同時由單片機將主叫號碼送七段顯示器顯示，主叫方撥打相應號碼后，DTMF譯碼電路譯出對應的編碼并引起單片機中斷，AT89C51讀入數(shù)據(jù)同時顯示被叫號碼，此時交換機切斷撥號音并檢測被叫方狀態(tài)，若被叫用戶忙則交換機向主叫方發(fā)送忙音，否則，向被叫方送鈴流、向主叫方送回鈴音。當被叫方摘機后，交換機切斷鈴流和回鈴音，接續(xù)話路，雙方開始通話并啟動通話計時。當一方掛機后，計時停止顯示通話時間并向?qū)Ψ剿痛邟煲簦瑢Ψ綊鞕C后系統(tǒng)拆線復原。

1.2 硬件電路組成

(1)信號檢測、信號音控制電路

信號檢測電路用來檢測用戶的狀態(tài)并接收用戶撥打的電話號碼，并根據(jù)用戶狀態(tài)啟動相應的信號音控制信號。以2個通話用戶為例，采用AT89C51的P1口與用戶接口電路相連，用以檢測是否有用戶呼叫并控制DTMF解碼電路。P1.0、P1.1用于接收主、被叫方的摘掛機信號，用戶摘機則話機經(jīng)P1.0、 P1.1向AT89C51發(fā)出一高電平信號，此時表示有用戶呼叫。P1.3、P1.4通過模擬開關CD4066控制主、被叫雙方的DTMF解碼電路，高電平有效。采用8255的PC口接收話機經(jīng)用戶接口發(fā)送來的電話號碼，單片機中斷時從PC口讀入數(shù)據(jù)。

信號音控制電路采用8255芯片的PA、PB口進行控制，PA0、PA1作為鈴流控制輸出信號，PA4、PA5用作回鈴音控制信號，PB0、PB1為忙控制信號，PB4、PB5為撥號音控制信號，各控制信號均為高電平有效。因此，1片8255可同時對2對用戶的信號音進行控制。單片機根據(jù)檢測到的用戶狀態(tài)產(chǎn)生相應信號音的控制信號，以便向用戶端發(fā)送信號音。信號檢測、信號音控制電路如圖2所示。

(2)雙音多頻解調(diào)電路

MT8870是雙列直插DTMF解碼專用電路。雙音多頻解調(diào)電路如圖3所示。

AT89C51的P1.3、P1.4接模擬開關CD4066的13、12腳來控制MT8870的解碼，高電平時允許解碼電路工作。2個用戶的雙音多頻信號分別由CD4066的1、11腳輸入，經(jīng)過MT8870內(nèi)部的前置放大器送入高低頻組帶通濾波器，再經(jīng)幅度檢測器進入譯碼電路，最后從輸出端輸出相應的編碼。采用CD4066還可起到隔離話音信號與DTMF信號的作用，以免對解碼造成干擾。MT8870的STD接AT89C51的INT0，當STD電平由低變高時引起單片機中斷讀取電話號碼。

(3)交換網(wǎng)絡電路

電子接線器是空分交換網(wǎng)絡的核心部件，我們采用MT8816來完成通話雙方線路的接續(xù)。MT8816芯片是8×16的模擬開關陣列，8路列輸入/輸出（Y0~Y7）和16路行輸入/輸出（X0~X15）形成模擬交換矩陣，芯片有保持電路，可保持任一交叉點處于接通狀態(tài)，直至接收到復原信號為止，其引腳如圖4所示。AT89C51 的P0口通過列地址線AY0~AY2和行地址線AX0~AX3控制列線與行線選擇需要接通的交叉點(例如，要接通Y0和X1間的交叉點需向AY0~AY2 送000，向AX0~AX3送1000)。DATA為交叉點開關控制位，高電平時交叉點開關連通相反則斷開。RST為復位信號輸入，高電平時全部開關均置于截止狀態(tài)。STB為選通脈沖輸入，AT89C51送入列、行地址碼后還必須給STB端送一脈沖信號同時DATA置高電平，才能使MT8816完成接續(xù)工作，MT8816拆線復原的過程與接續(xù)過程類似，此時只須將DATA置低電平即可。

交換網(wǎng)絡向用戶端發(fā)送的各種信號音的接通和切斷可通過相應的信號音控制信號(8255的PA、PB口)選通CD4066來實現(xiàn)。

(4)用戶接口電路

用戶接口電路是由用戶線接口芯片MH88612和PCM編解碼芯片TP3067組成，兩者共同完成BORSCHT七項功能。用戶線接口檢測到用戶1摘機后，MH88612的SHK引腳輸出一高電平至P1.0，AT89C51將8255的PB4端置高電平控制交換網(wǎng)絡向用戶1送撥號音，單片機收到正確號碼后控制系統(tǒng)發(fā)出振鈴控制信號即將8255的PA1置高電平并由MH88612的RC腳輸入，驅(qū)動繼電器K閉合向用戶線接口2送振鈴，同時將PA4置高電平控制交換網(wǎng)絡向用戶1送回鈴音。當用戶2摘機時，其接口電路的SHK腳輸入一高電平至P1.1，單片機控制MT8816接續(xù)通話線路。當任一方掛機時其相應的SHK輸出一低電平控制系統(tǒng)向另一方送催掛音。