基于單片機的程控交換機多機通信應(yīng)用

0 引言

國內(nèi)單片機多機通信方向技術(shù)開發(fā)應(yīng)用已有相當(dāng)長時間，在智能化儀器、工業(yè)自動控制、家用電器機電一體化等方面的應(yīng)用成果尤為顯著。本文介紹AT系列單片機多機通信在程控交換機中應(yīng)用。

多機程控交換機將1至2條電話外線擴展成4繩路、12個分機容量，可以多部分機同時通話而互不干擾（可以內(nèi)外線混用）；分機可以為電話機、傳真機、答錄機和電腦等任何電訊產(chǎn)品。

1 硬件結(jié)構(gòu)簡介

圖1 多機通信程控交換機結(jié)構(gòu)框圖

其中一個CPU（AT89C52）作為上位機，實現(xiàn)分機摘機/掛機查詢、分機振鈴等功能。四個CPU（AT89C51）作為下位機，各控制一根繩路，P10、P11口作為CPU地址，CPU進行查詢外線來電、分機掛線（內(nèi)線和外線）、分機撤線、分機撥號處理等工作，提供內(nèi)線撥號音、回音鈴、忙音、證實音等信號音。0_CPU和1_CPU各有一個繼電器J控制開關(guān)，用于接通或切斷電話外線與繩路的連接。

硬件線路保證每CPU各施其職，互不串?dāng)_。某分機一旦掛線后，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、掛線后撥號才有效；撤線后，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，下位機為被動。

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(yīng)答；若是，向上位機發(fā)應(yīng)答信號，同時作好接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。上位機收到應(yīng)答信號后，判斷應(yīng)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(shù)據(jù)（命令代碼）。已握手的下位機接收數(shù)據(jù)（命令代碼）后，執(zhí)行相應(yīng)功能或?qū)嵤┓?wù)。地址信息與命令代碼設(shè)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

是否接外線（僅為0_CPU和1_CPU）、有否請求服務(wù)、指定分機掛某一根內(nèi)/外線、指定分機撤線、釋放外線繼電器、編程密碼、長途等級（內(nèi)部、市內(nèi)、國內(nèi)和國際）、長途解鎖、要求繩路發(fā)內(nèi)線撥號音、內(nèi)線回音鈴、內(nèi)線忙音鈴或內(nèi)線證實音等。

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，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(nèi)部分機、三方通話、代接外線、設(shè)置轉(zhuǎn)移功能（無條件轉(zhuǎn)移、遇忙轉(zhuǎn)移、無應(yīng)答轉(zhuǎn)移、撤消轉(zhuǎn)移）、設(shè)置外線來電振鈴方式（指定若干分機振鈴、全部分機振鈴、三機四組輪流振動鈴、外線來電時指定分機振鈴）、設(shè)置長途密碼長途等級長途解碼、強插監(jiān)聽等。

3多機程控交換機軟件設(shè)計方法

程序設(shè)計思路是根據(jù)多機程控交換機工作過程而制定的，采用上下位機包干控制，充分利用CPU資源，實現(xiàn)程控交換機功能。

3．1上位機軟件設(shè)計思路

根據(jù)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、振鈴處理和定時器處理（包括看門狗）七個模塊，程序模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

初始化模塊主要是定義常數(shù)變量、變量單元、位標(biāo)志、緩沖區(qū)、中斷設(shè)置、定時器設(shè)置/啟動、電話分機工作初始狀態(tài)等。

摘機處理模塊主要判別是外線來電摘機、內(nèi)線來電摘機還是要撥打外線或內(nèi)線電話。

掛機處理模塊比較復(fù)雜，既有內(nèi)外線通話結(jié)束掛機，又有內(nèi)外線通話中止掛機，還有三方通話主叫機掛機和從叫機掛機，其它有中止撥打外線/內(nèi)線掛機、分機功能設(shè)置完畢掛機等。

發(fā)送命令模塊主要是根據(jù)電話分機發(fā)生摘/掛機時，向下位機發(fā)送掛線/撤線命令、內(nèi)線撥號音等命令，發(fā)送詢問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(jù)下位機CPU請求，完成外線來電、撥打內(nèi)線分機、分機功能設(shè)置等工作。

振鈴處理模塊主要處理外線來電時，根據(jù)振鈴模式進行分機振鈴、輪流振鈴等；內(nèi)線呼叫分機時，根據(jù)分機轉(zhuǎn)移功能，作相應(yīng)的振鈴處理；被呼叫分機摘機后停止振鈴等功能。

定時器處理模塊配合振鈴處理模塊產(chǎn)生各種振鈴計時以及看門狗定時常數(shù)刷新等。

3．2下位機軟件設(shè)計思路

為便于編輯和管理，4個下位機程序使用同一版本，程序運行時根據(jù)地址作相應(yīng)的處理。

根據(jù)多機程控交換機功能，下位機程序分成初始化、連接外線查詢、發(fā)送請求服務(wù)、外線來電中斷請求、分機撥號中斷請求和定時器中斷（包括看門狗）六個模塊，程序模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示。

初始化模塊主要是定義變量單元、位標(biāo)志、緩沖區(qū)、中斷設(shè)置、定時器設(shè)置/啟動等。

連接外線查詢模塊在開機復(fù)位后查詢本CPU是否接外線（2_CPU和3_CPU跳過），然后置標(biāo)志，上位機通過問詢下位機知道程控交換機接幾根外線。

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/內(nèi)線、對掛內(nèi)線分機發(fā)送或停止內(nèi)線信號音（內(nèi)線撥號音、內(nèi)線回音鈴、內(nèi)線忙音鈴或內(nèi)線證實音等）、指定分機撤外線/內(nèi)線等等。

發(fā)送請求服務(wù)模塊主要向上位機發(fā)送外線來電處理、分機撥打內(nèi)線電話、分機設(shè)置功能等請求服務(wù)。

外線來電中斷請求模塊在外線來電時（0_CPU和1_CPU），向CPU請求中斷。CPU響應(yīng)中斷后，首先判斷是否干擾信號，確認為外線來后，豎立外線來電標(biāo)。當(dāng)上位機查詢下位機有否請求服務(wù)時，向上位機發(fā)送外線來電服務(wù)請求。為防外線來電中止，下位機CPU發(fā)送請求后即清除外線來電標(biāo)。上位機在送出分機振鈴后一秒鐘內(nèi)，如分機未摘機，而下位機又沒發(fā)來新的外線來電請求服務(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(yīng)中斷后，根據(jù)所撥號碼，產(chǎn)生對應(yīng)請求服務(wù)代碼。上位機收到請求服務(wù)后，對其進行譯碼，作相應(yīng)處理。如分機是掛外線，除判別該分機長途等級外，對撥號不作任何處理。分機在掛線情況下，撥號才有中斷請求信號產(chǎn)生，這由硬件保證。

定時器處理模塊主要產(chǎn)生450方波信號，產(chǎn)生各種內(nèi)線鈴聲所需脈沖信號以及看門狗定時常數(shù)刷新等。

上下位機源程序限于篇幅，不作介紹。

4編程中特點

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

上位機在查詢下位機有否服務(wù)請求時，采用輪流查詢法。在發(fā)送信息前又要與下位機握手，所以查詢時間較長。當(dāng)下位機有服務(wù)請求時，上位機馬上中止查詢下一CPU，為當(dāng)前下位機服務(wù)。

為縮短上下位機通信時間，下發(fā)代碼采用單字節(jié)，按位定義。如“D7”位表示掛線或撤線，“D6”位表示掛內(nèi)線或外線，“D5、D4”位表示發(fā)內(nèi)線撥號音、內(nèi)線回音鈴、內(nèi)線忙音或內(nèi)線證實音，“D3”～“D0”表示分機號。

上發(fā)代碼采用多字節(jié)，長短不同，這是由于多機程控交換機功能豐富多采，下位機在上發(fā)代碼最后加一個結(jié)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撥號、內(nèi)線撥號（包括代接、轉(zhuǎn)接和三方通話）和功能設(shè)置三個小模塊。為提高CPU利用率，分機撥號中斷請求模塊采用流水線作業(yè)方式，按一次鍵，模塊執(zhí)行一次。所以要保護好現(xiàn)場，豎立相應(yīng)的標(biāo)志，保證分機撥號中斷請求模塊工作正常。當(dāng)某功能撥完后，CPU再將請求服務(wù)代碼送到發(fā)送緩沖區(qū)。

5結(jié)束語

多機程控交換機可連接二根外線，十二只內(nèi)部分機，四繩路通話容量，具有豐富的實用功能，可不間斷連續(xù)工作。分機之間可多對電話（最多四對八機）同時通話而彼此互不干擾。分機可直撥外線、強插外線、長途加鎖設(shè)置等。外線來電響鈴方式有二種，一為選擇某些分機振鈴，二為分機輪流振鈴，由1號分機進行設(shè)置。分機可代撥、代接、征詢轉(zhuǎn)接和三方通話等。

本文作者的創(chuàng)新點：上、下位機CPU串行通信發(fā)送采用查詢方式，接收采用中斷循環(huán)隊列緩沖區(qū)方式。多機程控交換機不使用擴展外RAM，上位機采用AT89C52，其內(nèi)RAM為256字節(jié)，足夠CPU工作所需，同時給硬件上分清上位機和下位機CPU芯片帶來好處，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，用戶反映程控交換機基本功能工作正常，使用方便，由此說明多機程控交換機達到設(shè)計要求。

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