0 引 言
    方便、快捷的公共交换电话网(PSTN)线路遍布世界各地，已经成为生活中不可缺少的部份，它具有成本低，范围广，重复建设少等优点。PSTN通信网基于电路交换方式，其核心设备——电路交换机如同是交换网的“立交桥”。交换技术从早期的人工交换、机电交换发展到电子交换，从模拟交换发展到数字交换，从布控发展到程控。如今先进的电路交换机同时采用数字交换、空分交换、时隙交换和程序控制等技术，因此具有抗干扰能力强，交换容量大以及控制灵活等特点。
    目前市场上类似高端产品，如日本NEC公司生产的NEAX一61系列、美国AT&T公司生产的No．5ESS系列等。这类产品都拥有强劲的性能，超高的稳定性和完善的支援系统，自然也就拥有天价。而在市场上大多数产品虽然称为“程控交换机”，但据其表现，充其量只能算是一个电话线路分离器，无论是在参数指标上还是在可靠性等方面，都没有很好地达到国际电信协会建议的标准，相当部分的机型仍然运用模拟电路搭建交换阵列，导致可靠性差。
    该设计是将在程控交换里应用广泛的“电路交换”以实物的形式体现出来。这台小型程控交换机模拟了程控交换网中的电路交换的全过程，既可以形象的作为教学的实物例子，也是一台实用的标准小型电话交换机，其性能很好地达到国际电信协会建议的标准。稍加改进后又可用于诸如视频信号传输系统、智能家居管理系统、楼宇门禁管理系统、远程信号传输和小区安防管理系统等。

1 系统结构
    本系统是一个8口(含一个中继接口)小型程控电话交换机，系统结构如图1所示。用户终端和中继设备通过接口电路，经由CPU模块控制的交换网络控制各个话路的接续和释放。
1．1 系统模块
    按功能可分为MCU模块、I／O扩展模块、“看门狗”模块、双音多频(Double Tone MultiFrequency，DTMF)模块、空分交换模块、信号音模块、电源模块、用户接口模块、中继模块、振铃模块。
    MCU模块是整个系统的核心。上电后，由MCU模块对周边各个模块进行初始化，初始化完成后，扫描用户端口的状态，并根据端口状态执行相应的指令。
    I／O扩展模块是因为单片机I／O口数量不够，必须进行I／O口的扩展。采用一片8255A并行I／O扩展芯片对外进行扩展，可将I／0口数量扩充到原先的2倍。

    “看门狗”模块是一个定时复位芯片，当系统程序出现“跑飞”或者由于外界干扰等一系列原因而出现异常时，将产生一个RESET(复位)信号，让系统恢复正常，因此，“看门狗”模块对于系统来说是非常重要的。DTMF模块实现对双音多频信号的接收、译码功能。当DTMF模块收到有效的DTMF信号时，以一个中断的形式向MCU发出请求，MCU响应采取相应的收号操作。空分交换模块是整个系统的关键，实现整个系统的话路切换、信号音的传送。信号音模块提供符合国际电信标准的拨号音、提示音以及忙音等提示音。信号音通过空分交换模块与用户接口相连。电源模块提供程控交换机所需的一48 V和±5 V馈电。其中：±5 V提供给DTMF模块、空分交换模块、中继模块；+5 V提供给MCU模块、I／O扩展模块、“看门狗”模块、信号音模块、用户接口模块；一48 V提供给用户接口模块、振铃模块；用户接口模块负责进行2／4线转换，将电话线上的TIP—RING信号转换成可以在空分交换矩阵中传输的4线制信号。考虑到防雷等安全性，还在用户接口上进行了防雷处理，可承受4 000 V的雷击。
    中继模块是一个用于与电信运营商大型程控交换机进行级联的接口，它要求具有模拟摘挂机、振铃响应、2变4线转换的功能，模拟摘挂机是提供给电信运营商交换机的一个模拟信号，振铃响应是指响应中继接口上的振铃信号。
    振铃模块提供符合国际电信标准的90VAC 25 Hz的振铃信号，该振铃信号送至用户接口模块，即可实现振铃提示。
1．2 功能实现
    系统上电复位后，依次对各个用户接口模块、I／O扩展模块、空分交换模块进行初始化，设定这几个模块的工作方式，并赋初值。由MCU模块(AT89C55单片机)对各路话机的端口进行扫描，每个用户接口都有1个摘机标志位，接至单片机的1个I／O口，读取这几个I／O口的值，即可判断出对应的话机摘、挂机状态。识别用户摘机后，程序控制将话机的输出与DTMF模块相连接，进行双音多频信号的译码，每收到一个DTMF信号，DTMF模块即可译出相应的BCD码，同时给单片机送1个“己译出”的信号，作为中断信号使单片机转至控制I／0扩展模块读出译出的BCD码。振铃的功能由振铃模块配合振铃控制模块来实现的。振铃模块仅产生一个幅度90 V，频率25 Hz的高压交流信号；振铃控制模块产生通l s断4 s的脉冲信号，控制高压交流信号的通断比。信号音由3个独立的555电路产生。信号频率为450 Hz的拨号音信号；通1 s断4 s的回铃音信号；通O．5 s断0．5 s的忙音信号。链路建立主要是由一个空分交换IC“MT8816”的芯片来实现，该芯片具有链路导通阻抗低和自我保持功能。对该Ic的控制端口写控制字，对地址控制口写交换地址值即可实现链路的交换。
    用户接口芯片MH88612C，配合少量的外部分立元件较好地实现了BORSC：HT七项功能中的5项，进行2／4线转换，摘挂机标识等功能。

2 硬件主要部份设计
    系统模块较多．所需技术涉及模拟电子、数字电子、单片机技术、计算机辅助制图等多方面，因篇幅有限，仅介绍比较特殊的几个主要功能模块。
2．1 用户接口模块
    用户接口模块主要采用的是加拿大Mitel公司的M卜t88612C接口芯片。芯片是2／4线厚膜混合用户线接口电路。包含功能有：恒流馈电、馈送铃流、摘机后自行截除铃流、摘挂机的检测及音频或脉冲信号的识别、接口否有话机、语音信号的2／4线转换以及外接振铃继电器驱动输出。芯片用户电路的双向传输衰耗均为一1 dB，供电电源+5 V，一5 V和一48 V，接口电路原理如图2所示。