基于單片機的程控交換機多機通信應用

0 引言

國內單片機多機通信方向技術(shù)開(kāi)發(fā)應用已有相當長(cháng)時(shí)間，在智能化儀器、工業(yè)自動(dòng)控制、家用電器機電一體化等方面的應用成果尤為顯著(zhù)。本文介紹AT系列單片機多機通信在程控交換機中應用。

多機程控交換機將1至2條電話(huà)外線(xiàn)擴展成4繩路、12個(gè)分機容量，可以多部分機同時(shí)通話(huà)而互不干擾（可以?xún)韧饩€(xiàn)混用）；分機可以為電話(huà)機、傳真機、答錄機和電腦等任何電訊產(chǎn)品。

1 硬件結構簡(jiǎn)介

圖1 多機通信程控交換機結構框圖

其中一個(gè)CPU（AT89C52）作為上位機，實(shí)現分機摘機/掛機查詢(xún)、分機振鈴等功能。四個(gè)CPU（AT89C51）作為下位機，各控制一根繩路，P10、P11口作為CPU地址，CPU進(jìn)行查詢(xún)外線(xiàn)來(lái)電、分機掛線(xiàn)（內線(xiàn)和外線(xiàn)）、分機撤線(xiàn)、分機撥號處理等工作，提供內線(xiàn)撥號音、回音鈴、忙音、證實(shí)音等信號音。0_CPU和1_CPU各有一個(gè)繼電器J控制開(kāi)關(guān)，用于接通或切斷電話(huà)外線(xiàn)與繩路的連接。

硬件線(xiàn)路保證每CPU各施其職，互不串擾。某分機一旦掛線(xiàn)后，該分機的信號音、撥號等只受該繩路的CPU控制，而且分機摘機、掛線(xiàn)后撥號才有效；撤線(xiàn)后，該分機不再受繩路的CPU控制。

2多機通信協(xié)議

在多機通信協(xié)議中定義上位機為主動(dòng)，下位機為被動(dòng)。

2．1上――下位機聯(lián)絡(luò )握手

上位機向下位機廣播地址信息；下位機收到地址信息后判斷是否是本機地址，若不是，不應答；若是，向上位機發(fā)應答信號，同時(shí)作好接收數據準備。上位機收到應答信號后，判斷應答信號是否正確。若不正確，重發(fā)地址信號；若正確，發(fā)送數據（命令代碼）。已握手的下位機接收數據（命令代碼）后，執行相應功能或實(shí)施服務(wù)。地址信息與命令代碼設置不重碼，以便下位機能判別出。

2．2上位機向下位機發(fā)送命令類(lèi)

是否接外線(xiàn)（僅為0_CPU和1_CPU）、有否請求服務(wù)、指定分機掛某一根內/外線(xiàn)、指定分機撤線(xiàn)、釋放外線(xiàn)繼電器、編程密碼、長(cháng)途等級（內部、市內、國內和國際）、長(cháng)途解鎖、要求繩路發(fā)內線(xiàn)撥號音、內線(xiàn)回音鈴、內線(xiàn)忙音鈴或內線(xiàn)證實(shí)音等。

2．3下位機向上位機請求服務(wù)

下位機只有在上位機 “有否請求服務(wù)”時(shí)，才可向上位機發(fā)送信息。發(fā)送信息有：本繩路有外電呼叫、撥打內部分機、三方通話(huà)、代接外線(xiàn)、設置轉移功能（無(wú)條件轉移、遇忙轉移、無(wú)應答轉移、撤消轉移）、設置外線(xiàn)來(lái)電振鈴方式（指定若干分機振鈴、全部分機振鈴、三機四組輪流振動(dòng)鈴、外線(xiàn)來(lái)電時(shí)指定分機振鈴）、設置長(cháng)途密碼長(cháng)途等級長(cháng)途解碼、強插監聽(tīng)等。

3多機程控交換機軟件設計方法

程序設計思路是根據多機程控交換機工作過(guò)程而制定的，采用上下位機包干控制，充分利用CPU資源，實(shí)現程控交換機功能。

3．1上位機軟件設計思路

根據多機程控交換機功能，上位機程序分成初始化、摘機處理、掛機處理、發(fā)送命令、下位機請求服務(wù)處理、振鈴處理和定時(shí)器處理（包括看門(mén)狗）七個(gè)模塊，程序模塊結構如圖2所示。

初始化模塊主要是定義常數變量、變量單元、位標志、緩沖區、中斷設置、定時(shí)器設置/啟動(dòng)、電話(huà)分機工作初始狀態(tài)等。

摘機處理模塊主要判別是外線(xiàn)來(lái)電摘機、內線(xiàn)來(lái)電摘機還是要撥打外線(xiàn)或內線(xiàn)電話(huà)。

掛機處理模塊比較復雜，既有內外線(xiàn)通話(huà)結束掛機，又有內外線(xiàn)通話(huà)中止掛機，還有三方通話(huà)主叫機掛機和從叫機掛機，其它有中止撥打外線(xiàn)/內線(xiàn)掛機、分機功能設置完畢掛機等。

發(fā)送命令模塊主要是根據電話(huà)分機發(fā)生摘/掛機時(shí)，向下位機發(fā)送掛線(xiàn)/撤線(xiàn)命令、內線(xiàn)撥號音等命令，發(fā)送詢(xún)問(wèn)下位機有否請求服務(wù)等命令。

下位機請求服務(wù)處理模塊主要根據下位機CPU請求，完成外線(xiàn)來(lái)電、撥打內線(xiàn)分機、分機功能設置等工作。

振鈴處理模塊主要處理外線(xiàn)來(lái)電時(shí)，根據振鈴模式進(jìn)行分機振鈴、輪流振鈴等；內線(xiàn)呼叫分機時(shí)，根據分機轉移功能，作相應的振鈴處理；被呼叫分機摘機后停止振鈴等功能。

定時(shí)器處理模塊配合振鈴處理模塊產(chǎn)生各種振鈴計時(shí)以及看門(mén)狗定時(shí)常數刷新等。

3．2下位機軟件設計思路

為便于編輯和管理，4個(gè)下位機程序使用同一版本，程序運行時(shí)根據地址作相應的處理。

根據多機程控交換機功能，下位機程序分成初始化、連接外線(xiàn)查詢(xún)、發(fā)送請求服務(wù)、外線(xiàn)來(lái)電中斷請求、分機撥號中斷請求和定時(shí)器中斷（包括看門(mén)狗）六個(gè)模塊，程序模塊結構如圖3所示。

初始化模塊主要是定義變量單元、位標志、緩沖區、中斷設置、定時(shí)器設置/啟動(dòng)等。

連接外線(xiàn)查詢(xún)模塊在開(kāi)機復位后查詢(xún)本CPU是否接外線(xiàn)（2_CPU和3_CPU跳過(guò)），然后置標志，上位機通過(guò)問(wèn)詢(xún)下位機知道程控交換機接幾根外線(xiàn)。

命令處理模塊主要完成上位機下達的命令，命令有指定分機掛外線(xiàn)/內線(xiàn)、對掛內線(xiàn)分機發(fā)送或停止內線(xiàn)信號音（內線(xiàn)撥號音、內線(xiàn)回音鈴、內線(xiàn)忙音鈴或內線(xiàn)證實(shí)音等）、指定分機撤外線(xiàn)/內線(xiàn)等等。

發(fā)送請求服務(wù)模塊主要向上位機發(fā)送外線(xiàn)來(lái)電處理、分機撥打內線(xiàn)電話(huà)、分機設置功能等請求服務(wù)。

外線(xiàn)來(lái)電中斷請求模塊在外線(xiàn)來(lái)電時(shí)（0_CPU和1_CPU），向CPU請求中斷。CPU響應中斷后，首先判斷是否干擾信號，確認為外線(xiàn)來(lái)后，豎立外線(xiàn)來(lái)電標。當上位機查詢(xún)下位機有否請求服務(wù)時(shí)，向上位機發(fā)送外線(xiàn)來(lái)電服務(wù)請求。為防外線(xiàn)來(lái)電中止，下位機CPU發(fā)送請求后即清除外線(xiàn)來(lái)電標。上位機在送出分機振鈴后一秒鐘內，如分機未摘機，而下位機又沒(méi)發(fā)來(lái)新的外線(xiàn)來(lái)電請求服務(wù)，立馬中止振鈴。

分機撥號中斷請求模塊在分機撥號后，向CPU請求中斷。CPU響應中斷后，根據所撥號碼，產(chǎn)生對應請求服務(wù)代碼。上位機收到請求服務(wù)后，對其進(jìn)行譯碼，作相應處理。如分機是掛外線(xiàn)，除判別該分機長(cháng)途等級外，對撥號不作任何處理。分機在掛線(xiàn)情況下，撥號才有中斷請求信號產(chǎn)生，這由硬件保證。

定時(shí)器處理模塊主要產(chǎn)生450方波信號，產(chǎn)生各種內線(xiàn)鈴聲所需脈沖信號以及看門(mén)狗定時(shí)常數刷新等。

上下位機源程序限于篇幅，不作介紹。

4編程中特點(diǎn)

由于多機程控交換機上位機CPU要對四個(gè)下位機CPU，而分機摘/掛機狀態(tài)采用查詢(xún)方式，又要處理分機振鈴等，查詢(xún)過(guò)程中要采用抗干擾措施，防止CPU誤判、誤動(dòng)作。所以編程中要考慮整體時(shí)間分配，以免延誤用戶(hù)通話(huà)。

上位機在查詢(xún)下位機有否服務(wù)請求時(shí)，采用輪流查詢(xún)法。在發(fā)送信息前又要與下位機握手，所以查詢(xún)時(shí)間較長(cháng)。當下位機有服務(wù)請求時(shí)，上位機馬上中止查詢(xún)下一CPU，為當前下位機服務(wù)。

為縮短上下位機通信時(shí)間，下發(fā)代碼采用單字節，按位定義。如“D7”位表示掛線(xiàn)或撤線(xiàn)，“D6”位表示掛內線(xiàn)或外線(xiàn)，“D5、D4”位表示發(fā)內線(xiàn)撥號音、內線(xiàn)回音鈴、內線(xiàn)忙音或內線(xiàn)證實(shí)音，“D3”～“D0”表示分機號。

上發(fā)代碼采用多字節，長(cháng)短不同，這是由于多機程控交換機功能豐富多采，下位機在上發(fā)代碼最后加一個(gè)結束符。

多機程控交換機功能較多，分機撥號中斷請求模塊要分成外線(xiàn)撥號、內線(xiàn)撥號（包括代接、轉接和三方通話(huà)）和功能設置三個(gè)小模塊。為提高CPU利用率，分機撥號中斷請求模塊采用流水線(xiàn)作業(yè)方式，按一次鍵，模塊執行一次。所以要保護好現場(chǎng)，豎立相應的標志，保證分機撥號中斷請求模塊工作正常。當某功能撥完后，CPU再將請求服務(wù)代碼送到發(fā)送緩沖區。

5結束語(yǔ)

多機程控交換機可連接二根外線(xiàn)，十二只內部分機，四繩路通話(huà)容量，具有豐富的實(shí)用功能，可不間斷連續工作。分機之間可多對電話(huà)（最多四對八機）同時(shí)通話(huà)而彼此互不干擾。分機可直撥外線(xiàn)、強插外線(xiàn)、長(cháng)途加鎖設置等。外線(xiàn)來(lái)電響鈴方式有二種，一為選擇某些分機振鈴，二為分機輪流振鈴，由1號分機進(jìn)行設置。分機可代撥、代接、征詢(xún)轉接和三方通話(huà)等。

本文作者的創(chuàng )新點(diǎn)：上、下位機CPU串行通信發(fā)送采用查詢(xún)方式，接收采用中斷循環(huán)隊列緩沖區方式。多機程控交換機不使用擴展外RAM，上位機采用AT89C52，其內RAM為256字節，足夠CPU工作所需，同時(shí)給硬件上分清上位機和下位機CPU芯片帶來(lái)好處，一舉二得。

多機程控交換機樣機已小批量投入某些公司、企業(yè)使用，用戶(hù)反映程控交換機基本功能工作正常，使用方便，由此說(shuō)明多機程控交換機達到設計要求。

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