微機(jī)交換系統(tǒng)的研制開發(fā)

引言
電力線載波機(jī)是電力系統(tǒng)專用的一種通信設(shè)備，主要由電力線載波通道和自動(dòng)交換兩部分組成，目前的微機(jī)交換系統(tǒng)由單片機(jī)和大量數(shù)字集成電路組成，具有程控交換、功能完善、集成度和可靠性高等特點(diǎn)，可有效地提高設(shè)備利用率，減少維護(hù)工作量。這一部分相對(duì)來說功能繁多，邏輯關(guān)系復(fù)雜。
HDD微機(jī)交換系統(tǒng)是以MCS-51單片機(jī)為核心開發(fā)的電力線載波通信設(shè)備專用的接口交換應(yīng)用系統(tǒng)裝置，它由硬件部分和軟件部分組成。硬件部分是整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)，軟件部分則充分、合理地支持和使用系統(tǒng)的硬件，從而完成系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的任務(wù)。HDD微機(jī)交換系統(tǒng)的研制開發(fā)包括單片機(jī)的硬件開發(fā)、軟件開發(fā)以及系統(tǒng)的仿真調(diào)試等過程。

總體設(shè)計(jì)
HDD微機(jī)交換系統(tǒng)的研制開發(fā)主要步驟有：預(yù)案研討、總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、仿真調(diào)試、固化應(yīng)用程序，脫機(jī)運(yùn)行等。
在HDD微機(jī)交換系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)階段，從簡化電路結(jié)構(gòu)、降低成本、減少故障率、提高系統(tǒng)的靈活性及通用性方面綜合平衡，提倡軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件來完成，如用軟件實(shí)現(xiàn)較困難時(shí)，則考慮用硬件完成，以獲得較好的性能價(jià)格比。

硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是確定系統(tǒng)的核心控制電路、輸入輸出接口電路、外圍電路及各個(gè)功能模塊電路結(jié)構(gòu)，最終設(shè)計(jì)出整個(gè)系統(tǒng)的原理框圖和電氣接線圖，并給出合理的原理描述。為簡化電路結(jié)構(gòu)，確定選用MCS-51系列單片機(jī)中帶有內(nèi)部EPROM的8751作為微機(jī)交換系統(tǒng)的核心控制芯片，不再外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM和程序存儲(chǔ)器ROM。
整機(jī)電路由用戶電路、服務(wù)信號(hào)產(chǎn)生電路、四線E/M音轉(zhuǎn)電路、雙音多頻接收電路、自動(dòng)復(fù)位電路及單片機(jī)等部分組成。

軟件設(shè)計(jì)
在HDD微機(jī)交換系統(tǒng)的研制開發(fā)過程中，軟件設(shè)計(jì)是工作量最大、最困難的任務(wù)。本系統(tǒng)由于其規(guī)模小，適用的場合不同于大型交換機(jī)，所以在編程方面有其獨(dú)特的要求與特色。雖然系統(tǒng)用戶較少，但用戶的類型復(fù)雜，除有普通用戶之外，還有四線E/M音轉(zhuǎn)用戶、載波接口、小號(hào)接口等。由于系統(tǒng)只有4KB的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，所以編程時(shí)要將程序限制在4KB以內(nèi)，內(nèi)存的使用要限制在128B之內(nèi)。
為降低成本和減少硬件電路，盡量以軟件代替硬件。例如各種信號(hào)音的產(chǎn)生不是由振蕩器而是由單片機(jī)完成的；另外，在系統(tǒng)的輸入信號(hào)中，一般都含有種種噪聲和干擾，它們主要來自被測(cè)信號(hào)本身或外界干擾，為了提高系統(tǒng)可靠性，減少各種干擾對(duì)系統(tǒng)的影響，除了采用硬件的電路措施抗干擾和濾波外，本系統(tǒng)也采用了軟件數(shù)字濾波的方法。軟件設(shè)計(jì)主要步驟為系統(tǒng)定義、軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、繪制程序流程圖、編寫程序。

HDD微機(jī)交換系統(tǒng)的軟件開發(fā)
● 概述
程控交換軟件主要由兩部分組成，一部分是支持交換系統(tǒng)運(yùn)行的主交換程序，另一部分是系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。主交換程序采取并發(fā)執(zhí)行的機(jī)制，由前臺(tái)程序模塊和后臺(tái)程序模塊兩部分相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行的程序模塊組成。前、后臺(tái)程序是根據(jù)事件要求處理的緊急程度來劃分。交換系統(tǒng)必須對(duì)許多事件做相應(yīng)的處理，如用戶摘機(jī)、掛機(jī)、用戶撥號(hào)的收集、用戶所撥號(hào)碼的分析、尋找被叫、向被叫振鈴、限時(shí)拆線等，這些處理的實(shí)時(shí)性是不一樣的。對(duì)于一般的處理系統(tǒng)，按其實(shí)時(shí)性可分為三類，第一類是按周期執(zhí)行的，例如DTMF掃描每20ms執(zhí)行一次；第二類是時(shí)間響應(yīng)不緊迫，在0.5秒內(nèi)執(zhí)行就可以；第三類是通常不執(zhí)行，但如果需要，就必須即時(shí)執(zhí)行。從其實(shí)時(shí)性要求的觀點(diǎn)來安排處理程序，應(yīng)該是3、1、2。第三類實(shí)時(shí)性要求的處理通常是指故障處理與恢復(fù)，第一類的處理通常是對(duì)用戶狀態(tài)的掃描以及對(duì)用戶撥號(hào)的檢測(cè)與收集等，而諸如號(hào)碼數(shù)字分析等則可列為第二類處理。
HDD型微機(jī)交換系統(tǒng)采用作業(yè)執(zhí)行計(jì)劃表來分配處理器時(shí)間，按照各種處理的實(shí)時(shí)性要求，主要?jiǎng)澐譃橐韵赂鞣N作業(yè)。
(1)10ms作業(yè)。該作業(yè)完成的處理功能包括檢測(cè)用戶的特殊服務(wù)請(qǐng)求、對(duì)于出中繼呼叫、控制向中央局發(fā)送脈沖、修改10ms計(jì)數(shù)單元。
(2)20ms作業(yè)。該作業(yè)完成的處理功能包括號(hào)盤話機(jī)撥號(hào)脈沖的收集、號(hào)盤話機(jī)所撥數(shù)字的累計(jì)、用戶各種服務(wù)請(qǐng)求的檢測(cè)、雙音多頻(DTMF)的檢測(cè)、話機(jī)撥號(hào)數(shù)字的存儲(chǔ)、修改100ms計(jì)數(shù)單元。將20ms作業(yè)分為兩組，一組和時(shí)間編號(hào)為偶數(shù)的10ms作業(yè)安排在一起，稱為偶次循環(huán)作業(yè)。另一組和時(shí)間編號(hào)為奇數(shù)的10ms作業(yè)安排在一起，稱為奇次循環(huán)作業(yè)。這樣做的目的是為了均衡處理器時(shí)間，使在每個(gè)時(shí)間編號(hào)內(nèi)的處理負(fù)擔(dān)基本相同，否則如把所有處理集中在一起，就會(huì)造成在某一個(gè)10ms內(nèi)的處理負(fù)擔(dān)輕，而在另一個(gè)10ms內(nèi)的處理負(fù)擔(dān)較重。
(3)50ms作業(yè)。該作業(yè)主要是完成小號(hào)接口用戶、音轉(zhuǎn)用戶呼叫的掃描及處理。
(4)100ms作業(yè)。該作業(yè)是呼叫處理中最重要的作業(yè)，它完成對(duì)用戶狀態(tài)的掃描、對(duì)小號(hào)口和音轉(zhuǎn)口狀態(tài)的掃描、確認(rèn)用戶的摘掛機(jī)狀態(tài)和接口的占用狀態(tài)、分配各種必須的系統(tǒng)資源等任務(wù)。
(5)1s作業(yè)。該作業(yè)負(fù)責(zé)處理各種定時(shí)。有許多定時(shí)是以秒作為基本單位的，如主叫用戶摘機(jī)到撥打第一個(gè)數(shù)字之間的最大時(shí)限為8～30s，向被叫振鈴最大不應(yīng)答時(shí)限為60s等，這些定時(shí)的處理都在這個(gè)作業(yè)中完成。
(6)10s作業(yè)。此作業(yè)主要完成資源審核功能。有時(shí)因?yàn)槟撤N不正常情況使得分配出去的資源得不到及時(shí)回收，這樣就使得呼叫的接通率大大下降，為此設(shè)置10s作業(yè)來定時(shí)審核各占用的資源是否真正在使用，若沒有使用則強(qiáng)行回收，以保證正常的接通率。
(7)空閑時(shí)作業(yè)。這個(gè)作業(yè)所完成的任務(wù)對(duì)時(shí)間緊迫性要求不高，例如對(duì)主叫所撥的號(hào)碼分析、識(shí)別后的處理等。這些任務(wù)的實(shí)時(shí)性要求不如上面所說的10ms作業(yè)及100ms作業(yè)那樣緊迫，可以在10ms作業(yè)、100ms作業(yè)等周期性作業(yè)執(zhí)行后的空閑時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，所以稱其為空閑時(shí)作業(yè)。
● 程序的組成
HDD型微機(jī)交換系統(tǒng)的程序總體上被分為兩大類，即基本級(jí)程序與時(shí)鐘級(jí)程序?；炯?jí)程序又稱為主程序，而時(shí)鐘級(jí)程序則可稱為中斷服務(wù)程序。這樣分類編寫的目的是由基本級(jí)程序完成實(shí)時(shí)性要求不太強(qiáng)的任務(wù)，而時(shí)鐘級(jí)程序則完成實(shí)時(shí)性要求較強(qiáng)的任務(wù)。
基本級(jí)程序完成對(duì)各用戶狀態(tài)的檢測(cè)、輸入號(hào)碼的分析與判斷、對(duì)各種表格的建立、填寫和清除、對(duì)各種標(biāo)志的置位與復(fù)位、對(duì)用戶工作狀態(tài)的改寫等。時(shí)鐘級(jí)程序則完成信號(hào)音(包括800HZ、400Hz、忙音、回鈴音、強(qiáng)拆音及振鈴信號(hào)等)的產(chǎn)生，接收用戶輸入的撥號(hào)脈沖、雙音頻信號(hào)、轉(zhuǎn)發(fā)脈沖，以及用于定時(shí)的多個(gè)鬧鐘的運(yùn)行等任務(wù)。
基本級(jí)程序與時(shí)鐘級(jí)程序之間相互配合，它們各自完成自己的任務(wù)，同時(shí)又依賴對(duì)方的服務(wù)。例如鬧鐘預(yù)置和清除由基本級(jí)程序做，但鬧鐘的運(yùn)行則由時(shí)鐘級(jí)程序完成；忙音和回鈴音的產(chǎn)生由時(shí)鐘級(jí)程序做，而它們的送和停則由基本級(jí)程序控制。這樣分開來編寫程序，是交換機(jī)的工作特點(diǎn)所決定的。
基本級(jí)程序大體被分為以下模塊，普通用戶為主叫的模塊、載波接口為主叫的模塊、小號(hào)接口為主叫的模塊、內(nèi)部交換模塊、音轉(zhuǎn)接口(四線E/M)為主叫的模塊、優(yōu)先用戶模塊、自動(dòng)回送800Hz測(cè)試信號(hào)模塊等。
● 基本級(jí)部分程序流程圖
基本級(jí)程序總體流程圖如圖1，普通用戶呼叫處理程序模塊流程圖如圖2所示。

HDD微機(jī)交換系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試
HDD微機(jī)交換系統(tǒng)經(jīng)過了總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、制板、元器件安裝之后，在系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器中放入編制好的應(yīng)用程序，系統(tǒng)便可運(yùn)行。要使系統(tǒng)真正運(yùn)轉(zhuǎn)起來，還需要運(yùn)用SICE-IV型在線仿真器來進(jìn)行軟硬件調(diào)試，發(fā)現(xiàn)并改正錯(cuò)誤。聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試過程包括連機(jī)、開啟電源、運(yùn)行TERMSICE通信程序、硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。
經(jīng)過上述在線仿真調(diào)試成功后，便可在SICE-IV上接入8751固化讀出器及用戶單片機(jī)8751，在操作命令控制下將仿真RAM內(nèi)的目標(biāo)程序固化到8751內(nèi)部的EPROM中。在固化過程中，自動(dòng)檢測(cè)固化的正確性，及時(shí)提示出錯(cuò)信息。固化完畢，將8751插入樣機(jī)，交換系統(tǒng)便可獨(dú)立工作。

結(jié)束語
HDD微機(jī)交換系統(tǒng)是根據(jù)電力線載波通信系統(tǒng)現(xiàn)場需求設(shè)計(jì)的新一代專用交換接口裝置，是一種高集成度、智能化、使用維護(hù)方便、接口多樣的微機(jī)交換系統(tǒng)。HDD微機(jī)交換系統(tǒng)的成功開發(fā)和使用可以大大提高電力系統(tǒng)通信的運(yùn)行水平，降低維護(hù)成本，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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