【導(dǎo)讀】工作上的需要，并帶來(lái)許多不便；專用的交換機(jī)又太昂貴及功能太過(guò)強(qiáng)大造成浪費(fèi)。作原理上討論一個(gè)一拖三的小型程控交換機(jī)的設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)3大部分組成?？刂葡到y(tǒng)依靠單片機(jī)存儲(chǔ)器中的程序和數(shù)據(jù)，引導(dǎo)。單片機(jī)對(duì)各種信令進(jìn)行相應(yīng)的處理，對(duì)交換網(wǎng)絡(luò)和接口進(jìn)行控制。該系統(tǒng)采用開關(guān)矩陣芯片，DTMF解碼芯片和用戶接

　　

【正文】 電壓由+24V 提供的。在電源部分檢查無(wú)誤后才安上芯片，接上電話機(jī)。另外，在檢查電路板時(shí)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)制板問(wèn)題，有一個(gè)電容應(yīng)該通過(guò)導(dǎo)線接地，但是這部分長(zhǎng)約 厘米的導(dǎo)線沒(méi)有做上去，通過(guò)走飛線得到解決。 隨著電路板通電時(shí)間的延長(zhǎng)，我又發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn) 題，有兩個(gè)元件發(fā)燙比較厲害，一個(gè)是電源芯片 7805，另一個(gè)是 24V 電源的濾波電容。經(jīng)過(guò)檢測(cè)，我發(fā)現(xiàn) 7805 的輸入電壓查過(guò)了它的標(biāo)準(zhǔn)范圍，達(dá)到了 17V，而輸出電壓仍是 5V，所以電源芯片發(fā)熱很厲害。至于 24V 的濾波電容發(fā)燙，我初步斷定是電容耐壓值低于實(shí)際值。經(jīng)過(guò)檢測(cè)， 24V 的交流電出整流橋之后得到的電壓由 50V 左右，而電容的耐壓值只有 25V，從理論上分析，整流出來(lái)的電壓比 24V 稍微高一點(diǎn)屬于正常，但是達(dá)到了 50V 就有些不正常了。電話機(jī)的工作電壓在 8— 12V，我設(shè)計(jì)的電路是由 24V 供電，摘機(jī)后的電壓在 10V 左右。 但是這我這種情況下摘機(jī)后的電壓卻又落在了 8— 12V 之間。由此現(xiàn)象我斷定空載電在 50V 左右。我將 24V 電源的濾波電容換成耐壓 100V 的，在 10V整流橋的輸出端與 7805 的輸入段之間串了一個(gè)電阻降壓，經(jīng)過(guò)計(jì)算與幾次調(diào)整，確定串連一個(gè) 500 歐姆的電阻，此時(shí) 7805 的輸入端電壓為 10V 輸出為 5V，效果比較理想。 在安裝上單片機(jī)之后，發(fā)現(xiàn)整板的電壓降了下去，單片機(jī)的工作電壓只有 3V 了。通過(guò)逐級(jí)地查找原因，發(fā)現(xiàn) 7805 的輸出端就只有 3V電壓了，輸入只有不到 5V，而拆下單片機(jī)后，電路電壓正常，由此我得出結(jié)論：變壓器功率 偏小，當(dāng)電流大時(shí)，電壓就會(huì)降下來(lái)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我將 10V 的整流電路除去，由電壓源給電路板提供 5V 的電源，讓變壓器只提供 24V 的電話機(jī)工作電壓和 60V 的振鈴電壓，改進(jìn)后電路電源部分工作良好。 振鈴檢測(cè)與模擬摘掛機(jī)部分的調(diào)試 振鈴檢測(cè)部分電路在工作中出現(xiàn)了電平變化不標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象，根據(jù)我的設(shè)計(jì)，在 25 鈴流信號(hào)來(lái)時(shí)檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)應(yīng)該為低電平，沒(méi)有鈴流信號(hào)時(shí)該測(cè)試點(diǎn)位高電平，但是在實(shí)際變化時(shí)，電壓再 2— 4V 之間。 在之前的設(shè)計(jì)中，電話中繼線經(jīng)過(guò)整流橋后，地線與板子共地線了。如果不共地線，直接經(jīng)過(guò)隔直電容 105，整流， 電阻降壓后接到光耦兩端，檢測(cè)的信號(hào)比較理想：低電平時(shí)電壓 ，高電平時(shí)為 。 模擬摘機(jī)部分的電路沒(méi)有問(wèn)題，能夠正常工作。但在調(diào)試時(shí)也遇到了問(wèn)題。剛開始測(cè)試時(shí)，可以正常工作，但是過(guò)后就不能正常工作了。電路處于導(dǎo)通狀態(tài)，將電話測(cè)試儀的振鈴信號(hào)一加上去就自動(dòng)摘機(jī)了。我初步估計(jì)是某個(gè)元件在加電后燒了或是整流二極管被擊穿了。為了確定出現(xiàn)問(wèn)題的具體地方，我逐個(gè)測(cè)試相關(guān)元件。首先用萬(wàn)用表的蜂鳴檔測(cè)了 4 個(gè)整流二極管，從表上看都是好的，三極管也沒(méi)有擊穿。后來(lái)我將電路中的關(guān)鍵位置的一個(gè)三極管拆了下來(lái) ，電流從整流橋出來(lái)后沒(méi)有回路了，但結(jié)果還是自動(dòng)摘機(jī)了，所以我確定問(wèn)題還是在整流橋。將 4 個(gè)整流二極管拆下來(lái)后單獨(dú)測(cè)，確實(shí)發(fā)現(xiàn)二極管被擊穿了。通過(guò)自己反思，得出教訓(xùn)：在板子上測(cè)試元件還是不可靠的，之前測(cè)試時(shí)，被擊穿的二極管的檢測(cè)結(jié)果其實(shí)是另外一個(gè)二極管的參數(shù)。這點(diǎn)教訓(xùn)將成為我寶貴的經(jīng)驗(yàn)，在這點(diǎn)花了不少時(shí)間，但也值得。 查出問(wèn)題并換了二極管之后，又出現(xiàn)了同樣的問(wèn)題，這應(yīng)該是元件問(wèn)題，二極管 4148 參數(shù)不能滿足電路要求，我改用二極管 4007，這種二極管耐壓高，能滿足電路的要求。 語(yǔ)音提示模塊的調(diào)試 在 這部分電路的調(diào)試中，主要是通過(guò)編寫簡(jiǎn)單的測(cè)試程序，測(cè)試電路能否正確播放語(yǔ)音。語(yǔ)音信息一共被分為 6 段，在單片機(jī)的控制下，六段語(yǔ)音信息均能正常播放，效果良好，達(dá)到了預(yù)期效果。 DTMF 解碼部分的調(diào)試 這部分的調(diào)試過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，主要的測(cè)試點(diǎn)有兩個(gè)，一個(gè)是測(cè)試在 DTMF 信號(hào)到來(lái)時(shí)，譯碼完成信號(hào)是否出現(xiàn)；另一個(gè)是測(cè)試譯碼出來(lái)的數(shù)據(jù)是否和所撥的號(hào)碼一致。經(jīng)過(guò)仔細(xì)測(cè)試，電路能夠正確產(chǎn)生解碼完成信號(hào)與產(chǎn)生 DTMF 信號(hào)的二進(jìn)制代碼，效果良好，達(dá)到了預(yù)期效果。 26 用戶接口電路的調(diào)試 在本設(shè)計(jì)中我只需 要實(shí)現(xiàn)用戶接口電路部分摘機(jī)檢測(cè)、鈴流控制和饋電即可。饋電部分在電源部分調(diào)試中已經(jīng)談過(guò)，這里不再贅述。 摘機(jī)檢測(cè)部分在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題是振鈴信號(hào)會(huì)影響摘機(jī)信號(hào)的檢測(cè)。振鈴信號(hào)是25Hz,60V 的交流電，在電路中加上電容 C2就是為了在鈴流信號(hào)到來(lái)時(shí)不影響三極管基極的直流電壓，不影響摘機(jī)信號(hào)。通過(guò)軟件方法可以彌補(bǔ)硬件上的不足：適當(dāng)縮短振鈴時(shí)間，延長(zhǎng)停頓時(shí)間，這樣可以正確檢測(cè)到摘機(jī)信號(hào)。 振鈴部分，繼電器能根據(jù)單片機(jī)給出的電平信號(hào)給電話機(jī)提供振鈴信號(hào)。但是振鈴信號(hào)部分有個(gè)小問(wèn)題：一個(gè)電話振鈴，其他兩個(gè)分機(jī)也同 時(shí)振鈴，區(qū)別在與另外兩個(gè)振鈴聲音稍弱。在仔細(xì)研究電路圖之后，我找出了原因，鈴流信號(hào)可以經(jīng)過(guò)一個(gè)電阻走到其他話機(jī)中去，如圖 42 所示。我的改進(jìn)方法是，調(diào)整 R2 R2 R23 的阻值為 2K，將R29 用導(dǎo)線連接，這樣就可以很好的解決問(wèn)題，同時(shí)也免去了因飛線帶來(lái)的不美觀感。 改進(jìn)后的電路如圖 43所示。 圖 42 修改前的鈴流信號(hào)走向圖 圖 41 用戶接口電路圖 27 + 5 Vx19x21x312x413y115y214y310y411V D D16V S S8D A T A I N2S T R O B E7A6B5C3D4U4C D 22 1 00 ER 1 310 KA B C DC 2 510 4用戶 1用戶 2用戶 3中繼線語(yǔ)音提示線D T M F 解碼線單片機(jī)控制地址信號(hào)+ 5 Vx19x21x312x413y115y214y310y411V D D16V S S8D A T A I N2S T R O B E7A6B5C3D4U4C D 22 1 00 ER 1 310 KA B C DC 2 510 4用戶 1用戶 2用戶 3中繼線語(yǔ)音提示線D T M F 解碼線單片機(jī)控制地址信號(hào)圖 43 修改后鈴流信號(hào)互不影響 交換網(wǎng)絡(luò)模塊的調(diào)試 這部分的調(diào)試花了相當(dāng)多的時(shí)間，問(wèn)題主要出現(xiàn)在設(shè)計(jì)方案上。在我的設(shè)計(jì)中，是使用芯 片 CD22100 作為交換網(wǎng)絡(luò)的，但是這個(gè)芯片接入電路之后，發(fā)現(xiàn) 24V 的電話機(jī)工作電壓被引入到該芯片的引腳，導(dǎo)致電話機(jī)供電不足，摘機(jī)電壓只有 3V左右，根本不能正常工作。這塊芯片是作為 MT8804的替代芯片，我的最初設(shè)計(jì)是使用 MT8804作為交換網(wǎng)絡(luò)，但是這塊芯片不好買，而恰巧實(shí)驗(yàn)室有同功能的芯片 CD22100，就用CD22100 作為替代。這兩塊芯片都是矩陣開關(guān)芯片，都能作為交換網(wǎng)路，區(qū)別在于MT8804 的交換容量更大，響應(yīng)時(shí)間更快。在設(shè)計(jì)原理圖時(shí)，我做過(guò)模塊試驗(yàn)，但是沒(méi)有考慮到模塊之間的影響。在CD22100 不能正常工作時(shí)，我想到了 MT8804。 為了能將 MT8804 接入電路，我將兩塊芯片的引腳做了對(duì)比，焊接了一根轉(zhuǎn)接排線，方便芯片MT8804 的連接。接上 MT8804 后，還是出現(xiàn)了同樣的問(wèn)題。芯片上電之后電話機(jī)還工作不了。問(wèn)題很明確，直流電壓走到交換芯片里去了。為了將電話工作電壓隔在交換芯片之外，我考慮到加隔直電容。因?yàn)槲倚枰獋鬟f的只是語(yǔ)音信號(hào)，而不是直流電壓。我在交換芯片與電話線之間串聯(lián)電容，將直流隔掉，電話機(jī)的工作電壓不會(huì)再串到交換芯片中，而語(yǔ)音信號(hào)可以通過(guò)。我編程將CD22100 的所有開關(guān)全部打開測(cè)圖 44 修改前交換芯片連接圖 圖 45 修改后交換芯片連接圖 28 試語(yǔ)音 能否通過(guò)。結(jié)果：兩個(gè)話機(jī)能夠通話，電話機(jī)撥號(hào)時(shí)， MT8870 也能解碼， ISD1420播放的語(yǔ)音也能通過(guò)交換芯片傳到電話機(jī)。經(jīng)過(guò)不懈努力，交換部分調(diào)試成功。 軟件調(diào)試 在硬件部分完全調(diào)通后進(jìn)行系統(tǒng)軟件調(diào)試。這部分調(diào)試主要包括振鈴期間檢測(cè)摘機(jī)信號(hào)，交換網(wǎng)絡(luò)控制部分，語(yǔ)音播放部分和 DTMF 譯碼識(shí)別部分。 在調(diào)試程序時(shí)，我使用了仿真機(jī)。在仿真機(jī)上進(jìn)行調(diào)試是非常高效的。由于硬件部分已經(jīng)測(cè)試完成，在弄清電話呼叫過(guò)程之后，調(diào)試程序比較順利。在調(diào)試振鈴期間檢測(cè)摘機(jī)信號(hào)的過(guò)程中，出現(xiàn)過(guò)振鈴信號(hào)影響摘機(jī)信號(hào)的情況，通 過(guò)縮短振鈴時(shí)間，延長(zhǎng)停鈴時(shí)間，可以正確檢測(cè)出摘機(jī)信號(hào)。 我是用匯編語(yǔ)言編寫的硬件測(cè)試短程序，系統(tǒng)總程序我使用 C 語(yǔ)言編寫的，主要是考慮到將來(lái)工作與用 C語(yǔ)言編寫的可能性比較大。另外，系統(tǒng)分支程序比較多，用 C語(yǔ)言中的 switch 語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)比較方便。 29 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)由五個(gè)大部分組成，分別是單片機(jī)控制模塊、 用戶接口模塊 、 DTMF解碼模塊、交換網(wǎng)絡(luò)模塊和語(yǔ)音提示模塊。每個(gè)模塊完成相應(yīng)的功能，各個(gè)模塊均在單片機(jī)的控制下完成各種數(shù)據(jù)的傳送和相應(yīng)的控制。 本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是硬件電路不僅可用于畢業(yè)設(shè)計(jì)或課程設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)，還可以 在對(duì)軟件進(jìn)行優(yōu)化后，實(shí)現(xiàn)兩對(duì)用戶無(wú)干擾的相互通話，很具有實(shí)際意義。本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，成本低，使用方便。不足之處是未能實(shí)現(xiàn)兩對(duì)用戶無(wú)干擾的相互通話。 我通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，提高了電路分析能力、硬件差錯(cuò)與排錯(cuò)能力用 C語(yǔ)言編寫程序的能力，也提高了使用 Protel99SE軟件的能力。在設(shè)計(jì)原理圖階段，我查閱了不少的書籍和網(wǎng)上一些相關(guān)資料，就是為了能夠?qū)⒃砼?，能夠設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單，實(shí)用，可行性強(qiáng)的電路。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我積累了不少硬軟件開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)都是非常寶貴，是無(wú)價(jià)的。此外，在調(diào)試硬件的過(guò)程中，我也獲 得了不少的寶貴經(jīng)驗(yàn)，比如說(shuō)：測(cè)試元件好壞，一般不應(yīng)該在電路板上直接測(cè)試，這種測(cè)試方法得到的結(jié)果常常會(huì)出現(xiàn)意想不到的結(jié)果而誤導(dǎo)測(cè)試人員，從而在反復(fù)測(cè)試過(guò)程中浪費(fèi)大量的時(shí)間，還難以得到正確的結(jié)果；在電路設(shè)計(jì)時(shí)，最好能夠先進(jìn)行仿真，要多考慮模塊之間的相互影響。之前我并不會(huì)仿真軟件的使用，我做的都是模塊試驗(yàn)，在面包板上搭建模塊電路，所以忽略了模塊之間可能產(chǎn)生的不良影響。 由于水平有限，經(jīng)驗(yàn)缺乏，在硬件設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了較多小問(wèn)題，好在能夠一一解決，讓我的設(shè)計(jì)進(jìn)程能夠繼續(xù)下去。本設(shè)計(jì)中的硬件電路并不是最佳的，有較多的地方可 以優(yōu)化，能夠做得更好，這說(shuō)明自己還有很多知識(shí)需要學(xué)習(xí)。 在今后的時(shí)間里，我會(huì)更加努力的學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，提高自身的素質(zhì)，將學(xué)過(guò)的知識(shí)靈活運(yùn)用到實(shí)踐中去。 30 致 謝 在自身的努力與老師的指導(dǎo)下，我圓滿完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，包括原理圖設(shè)計(jì)，印制電路板設(shè)計(jì)，軟件編寫，綜合調(diào)試和畢業(yè)論文的撰寫。 在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我首先要感謝我的指導(dǎo)老師：陳老師。陳老師很負(fù)責(zé)任也很耐心，對(duì)我提出的問(wèn)題都會(huì)悉心指導(dǎo)，給了我很大的幫助。我的設(shè)計(jì)過(guò)程比較曲折，其中出現(xiàn)了不少問(wèn)題，陳老師及時(shí)為我提供解決方案供我參考，并竭力滿足我設(shè)計(jì)中 的各種需求。在陳老師的指導(dǎo)下，我順利完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，也學(xué)到了一些硬軟件設(shè)計(jì)方面的技巧與方法，而這些小知識(shí)在書本上是很難學(xué)到的，只有自己經(jīng)歷過(guò)了，經(jīng)過(guò)了艱苦的調(diào)試過(guò)程，這些知識(shí)才會(huì)印在自己大腦里，成為自己知識(shí)的一部分。另外我也很感謝王軍艦老師，王老師雖然不是我的指導(dǎo)老師，但對(duì)待學(xué)生很熱心，對(duì)學(xué)生提出的問(wèn)題也會(huì)耐心講解。我的振鈴檢測(cè)和模擬摘掛機(jī)部分的硬件問(wèn)題，基本都是王老師提供的解決建議。 我在這里對(duì)大學(xué)四年教導(dǎo)過(guò)我的老師，關(guān)心支持我的同學(xué)以及給予了良好學(xué)習(xí)環(huán)境的學(xué)校表達(dá)最誠(chéng)摯的謝意！你們?yōu)槲掖髮W(xué)四年的學(xué)習(xí)提供 了良好的環(huán)境，我將在今后努力工作，努力奮斗，以此作為報(bào)答，不辜負(fù)學(xué)校和老師對(duì)我的期望。 31 參考文獻(xiàn) [1] 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