АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА И СХЕМОТЕХНИКА АБОНЕНТСКИХ УСТРОЙСТВ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

Аппаратные средства и сземотехника абонентского УСТРОЙСТВА ТЕЛЕФОНИИ

Устройство цифровой связи - аппаратура или прибор цифровой связи, являющийся функционально законченным изделием, которое может применяться как самостоятельно, так и в составе узла связи. Рассмотрим реализацию устройства цифровой связи с использованием специализированной интегральной микросхемы типа МС34010 для создания цифрового телефонного аппарата с многочастотным набором номера.

Данная специализированная микросхема выполняет следующие функции:

  • - многочастотный набор номера, обработка зуммера «Ответ станции» (приём вызывного тока), регулирование напряжения в линии и в разговорных цепях;
  • - генерация многочастотных импульсов набора номера DTMF с помощью керамического резонатора;
  • - двух-четырех проводное преобразование в цепях разговорного тока в зависимости от условий подключения;
  • - интерфейс (порт) к микропроцессору для обеспечения функций автоматического набора номера и других сервисов.

Следует отметить, что интегральная микросхема МС34010 не позволяет производить набор номера декадными импульсами, что, безусловно, снижает её функциональность в применении к условиям российских телефонных сетей.

Порт к микропроцессору позволяет осуществлять не только дистанционное выполнение команд микропроцессора по набору номера, но также будет обеспечивать микропроцессору возможность интерпретировать входные команды, поступающие с кнопочного номеронабирателя. Использование этого метода позволяет с помощью микропроцессора осуществлять взаимодействие непосредственно по телефонным линиям с персональными компьютерами либо автоматизированными системами управления.

Элементы и часть принципиальной схемы рассматриваемого устройства цифровой связи приведены на рис. 10.1.

Аппаратные средства и схемотехника абонентского устройства телефонии

Рис. 10.1 - Аппаратные средства и схемотехника абонентского устройства телефонии

Для реализации заявленных функций специализированная микросхема имеет на корпусе специфические внешние выводы (контакты) со следующей функциональностью:

  • - выводы для приёма информации после нажатия клавиатуры (строка и столбец);
  • - отключение клавиатуры;
  • - последовательный ввод/вывод данных микропроцессора;
  • - направление передачи данных (вывод на схему двухчастотного набора или передача данных в микропроцессор);
  • - выводы генератора тактовой частоты и керамического резонатора;
  • - выводы обратной связи со схемой многочастотного набора номера;
  • - вывод выключения микрофона;
  • - выводы усилителя приёма и передачи речевого сигнала;
  • - выводы тонального звонка.

Стабилизатор напряжения абонентской линии связи, включая интерфейс абонентского шлейфа, обеспечивает все внутренние электронные цепи телефонного аппарата неизменными по уровню напряжением и током. Стабилизация тока по величине обычно выполняется с использованием проходного транзистора. Проходной транзистор также задает входное сопротивление по постоянному току телефонного аппарата. Интегральная микросхема, предназначенная для работы в телефонном аппарате, разрабатывалась специально для надежной работы в линиях телефонной связи с пониженным напряжением.

Схемы цепей прохождения речевого сигнала обеспечивают интерфейс, или сопряжение, цепей электретного микрофона и телефонного капсюля с двухпроводной телефонной линией. Ток шлейфа, проходящий по цепи проходного транзистора, используется для питания электретного микрофона. Цепь, состоящая из резисторов в составе блока «Цепи прохождения разговорных сигналов» задает необходимое смещение между микрофоном и передающим усилителем.

Изменения тока именно в этой цепи представляют кодированную информацию речевого сигнала, которая поступает в телефонную линию. Небольшая часть передаваемого сигнала через усилитель с малым коэффициентом усиления поступает обратно в телефонный капсюль, создавая сигнал самопрослушивания. Также здесь имеется датчик пиковых значений и схема ограничения, ослабляющие любой громкий передаваемый сигнал и ограничивающие уровень звуковых искажений.

Сигнал отключения звука, поступающий от встроенного номеронабирателя, будет отключать микрофон и телефон трубки, чтобы подавить громкие звуки, возникающие при двухтональном многочастотном наборе, а также любые раздражающие слух щелчки, вызванные переключением контактов телефонной трубки или кнопок клавиатуры.

Полная схема обработки сигналов тонального номеронабирателя входит в состав интегральной микросхемы МС34010. Она полностью совместима как с 12-ти кнопочной, так и 16-ти кнопочной клавиатурами, применяемыми для набора номера. При нажатии кнопки наборного поля клавиатуры, схема компаратора (сравнения) клавиатуры в составе блока «Схема двухтонального многочастотного набора номер» определяет 3-х разрядные адреса строки и колонки для нажатой кнопки. Эти трехразрядные адреса используются в схемах счетчика/кодирующего устройства, необходимых для формирования тональных сигналов со строго определенными частотами.

Меняющаяся 8-ми разрядная цифровая группа (кодовая группа) генерируется кодирующими устройствами строки и колонки матрицы на заданной частоте. Индивидуальные цифро- аналоговые преобразователи строк и колонок матрицы наборного поля преобразуют 8-ми разрядные группы (слова) в соответствующие уровни напряжений аналогового сигнала. Эти синтезированные тональные сигналы смешиваются на операционном усилителе, чтобы сформировать необходимый двухтональный выходной сигнал.

Для генерации сигналов с частотами, соответствующими строкам и колонкам матрицы наборного поля, используется решение, обеспечивающее точность воспроизведения частоты тонального сигнала в пределах ±0,16%. В результате в схеме применяется сравнительно дешевый керамический резонатор с рабочей частотой 500 кГц вместо дорого кварцевого стабилизатора для опорной частоты в схеме двухтонального многочастотного набора. Генератор с точностью поддержания частоты ±0,3% в данной интегральной телефонной микросхеме будет обеспечивать точность тонального сигнала в системе многочастотного набора ±0,8%.

При обработке сигналы вызова поступают на вход мостовой схемы по проводам а и Ь, далее сигнал претерпевает двухпо- лупериодное выпрямление, а его величина ограничивается стабилитронами. Когда напряжение сигнала вызова превышает уровень порогового значения, задаваемого резистором, запускается делитель частоты, обеспечивающий отношение частот 8/10. Он будет обеспечивать попеременный двухтональный либо мелодичный (в виде трелей) сигнал, поступающий на выходной усилитель с несимметричным выходом, возбуждающий пьезоэлектрический акустический элемент. Когда напряжение вызывного сигнала снижается ниже порогового уровня, делитель частоты с отношением 8/10 отключается и выходной сигнал вызова перестает звучать. Частота сигнала вызова может подстраиваться с использованием внешних элементов схемы.

Введение в схему микропроцессора расширяет дополнительные возможности аналогового телефона, например:

  • - увеличение объема памяти для телефонных номеров и повторного вызова;
  • - использование цифрового дисплея на жидкокристаллических элементах, либо на светоизлучающих диодах;
  • - возможность визуального отображения на дисплее календаря и часов;
  • - индикация длительности разговора и обратного вызова;
  • - автоматический повторный вызов;
  • - автоответчик.

При выборе микропроцессора наиболее важным фактором является энергопотребление в связи с тем, что питание схемы процессора может осуществляться как от аккумулятора, так и от абонентской телефонной линии. Микропроцессор должен сохранять свою работоспособность при очень низких уровнях питающего напряжения, сравнимых с уровнем питания остальных интегральных микросхем. Здесь могут применяться микросхемы, построенные с использованием комплементарных структур на полевых транзисторах со структурой кремний-металл-окисел- полупроводник К-МОП, и схемы интегральной инжекционной логики И2Л. Вторым важным фактором является универсальность и стандартизация параметров микропроцессора, включая его программирование.

Интегральная микросхема МС34010 имеет специальный «Периферийный интерфейсный адаптер», предназначенный для подключения внешнего микропроцессора управления. Схема интерфейса включена в схему номеронабирателя для двухтонального многочастотного набора и подключается к адаптеру с использованием шести линий.

Каждый раз при нажатии кнопки номеронабирателя коды строки и колонки матрицы наборного поля преобразуются в 4-х разрядный код схемы декодера клавиатуры.

Каждая кнопка наборного поля имеет свой собственный уникальный код, эти коды используются для того, чтобы генерировать требуемые комбинации тональных сигналов. Схема периферийного интерфейса записывает код кнопок клавиатуры в двунаправленный 4-х разрядный регистр сдвига для передачи кода кнопки в микропроцессор. Данные регистра сдвига передаются последовательно в микропроцессор или обратно с использованием шины данных (схема ввода/вывода).

Скорость передачи и синхронизация передачи определяются тактовыми (или синхронизирующими) импульсами, посылаемыми микропроцессором по линии синхронизации. МПр также управляет направлением перемещения данных, используя для этого шину управления. Если МПр считывает информацию с номеронабирателя чтобы, например, запрограммировать телефонный номер, на линии направления перемещения данных шины управления присутствует сигнал, соответствующий низкому уровню. При нажатии кнопки номеронабирателя, её код поступает на схему двухтонального многочастотного набора. Этот код также загружается в регистр сдвига интерфейсного адаптера. Каждый последующий отрицательный фронт тактового (синхронизирующего) импульса, поступающий по линии синхронизации, будет сдвигать без сохранения сдвигаемых разрядов один бит за один раз через шину данных, начиная со старшего разряда.

При записи микропроцессором информации, предназначенной для номеронабирателя и необходимой для автоматического набора последнего набранного номера, на линии направления перемещения данных будет логический сигнал высокого уровня. Четыре бита записываются в регистр сдвига через шину данных (схему ввода-вывода), причем первым загружается бит старшего разряда. Для предотвращения введения ошибочных данных запрещается генерирование тонального сигнала до тех пор, пока не будут записаны все 4 бита. После завершения записи микропроцессор возвращает шину управления в исходное состояние, после чего становится возможным генерирование тонального сигнала.

В рассматриваемой интегральной микросхеме генерируется два сигнала обратной связи для микропроцессора. Сигнал набора номера приобретает высокий логический уровень, как только будет нажата любая из требуемых кнопок номеронабирателя. После того как кнопка отпускается, логический сигнал возвращается к состоянию с низким уровнем. Вторым сигналом, характеризующим состояние системы, является сигнал «отключения звука». Этот сигнал имеет высокий логический уровень, когда генерируется тональный сигнал и включается режим отключения звука в телефонной трубке. Логический сигнал «Отключение звука» возвращается к состоянию с низким уровнем после того, как закончится генерация тонального сигнала.

За исключением телефонного капсюля, в рассматриваемом телефоне не используется более никаких индуктивных элементов. Полное комплексное сопротивление, коэффициенты усиления, подавление скачков напряжения переходных процессов, а также фильтрация сигналов — все эти параметры настраиваются с использованием готовых к применению (навесных или дискретных) резисторов и конденсаторов. Когда телефонная трубка лежит на рычагах, контакты S1 и S2 находятся в положении, указанном на рис. 10.1. В этом случае телефонный аппарат должен обладать бесконечно большим сопротивлением. Полупроводниковый стабилитрон имеет нелинейную характеристику, которая обеспечивает согласование схемы при изменении уровня напряжения в телефонной линии. Мостовая схема защиты при изменении полярности напряжения собирается с использованием стандартных выпрямительных диодов. Когда телефонная трубка поднята с рычагов, контакты S2 замыкают резистор и конденсатор, чтобы уменьшить входное комплексное сопротивление.

По абонентской линии от АТС поступает ток питания микрофона и далее следует зуммер «Ответ станции». Как пороговое значение, определяющее начало прохождения вызывного сигнала, так и значения частоты выходного сигнала могут настраиваться в определенных пределах с использованием внешних элементов интегральной микросхемы. Амплитуда и коэффициент усиления передаваемого сигнала могут изменяться в рассматриваемой интегральной микросхеме независимо.

Защита интегральных микросхем от бросков напряжения, вызываемых переходными процессами, обычно осуществляется несколькими различными способами. В состоянии, когда телефонная трубка лежит на рычагах, полупроводниковый стабилитрон с рабочим напряжением не ниже принятого на сети связи защищает цепи вызывного сигнала. В состоянии, когда телефонная трубка снята с рычагов, переключатель S1 подключает основную часть схемы. Стабилитрон используется для цепей прохождения речевого сигнала и защиты от переходных процессов в номеронабирателе.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >