基于單片機的程控交換機多機通信設計

　　國內單片機多機通信方向技術開發(fā)應用已有相當長時間，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品。

　　1 硬件結構簡介

　　本程控交換機應用AT 系列單片機， CPU 使用一個AT89C52 和四個AT89C51， 進行多機通信， 如圖1 所示。

　　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（內線和外線）、分機撤線、分機撥號處理等工作， 提供內線撥號音、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， 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， 互不串擾。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， 同時作好接收數(shù)據(jù)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(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)行相應功能或實施服務。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

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

　　2.3 下位機向上位機請求服務

　　下位機只有在上位機“有否請求服務”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、撥打內部分機、三方通話、代接外線、設置轉移功能（無條件轉移、遇忙轉移、無應答轉移、撤消轉移）、設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計方法

　　程序設計思路是根據(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， 程序模塊結構如圖2 所示。

　　初始化模塊主要是定義常數(shù)變量、變量單元、位標志、緩沖區(qū)、中斷設置、定時器設置/ 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、內線來電摘機還是要撥打外線或內線電話。

　　掛機處理模塊比較復雜， 既有內外線通話結束掛機， 又有內外線通話中止掛機， 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/ 內線掛機、分機功能設置完畢掛機等。

　　發(fā)送命令模塊主要是根據(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、內線撥號音等命令， 發(fā)送詢問下位機有否請求服務等命令。

　　下位機請求服務處理模塊主要根據(jù)下位機CPU 請求， 完成外線來電、撥打內線分機、分機功能設置等工作。

　　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; 內線呼叫分機時， 根據(jù)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。

　　定時器處理模塊配合振鈴處理模塊產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、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(qū)、中斷設置、定時器設置/ 啟動等。

　　連接外線查詢模塊在開機復位后查詢本CPU 是否接外線（2_CPU 和3_CPU 跳過）， 然后置標志， 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/ 內線、對掛內線分機發(fā)送或停止內線信號音（內線撥號音、內線回音鈴、內線忙音鈴或內線證實音等）、指定分機撤外線/ 內線等等。

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

　　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。當上位機查詢下位機有否請求服務時， 向上位機發(fā)送外線來電服務請求。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。上位機在送出分機振鈴后一秒鐘內， 如分機未摘機， 而下位機又沒發(fā)來新的外線來電請求服務， 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(jù)所撥號碼， 產生對應請求服務代碼。上位機收到請求服務后， 對其進行譯碼， 作相應處理。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生， 這由硬件保證。

　　定時器處理模塊主要產生450 方波信號， 產生各種內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。當下位機有服務請求時， 上位機馬上中止查詢下一CPU， 為當前下位機服務。

　　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”位表示掛內線或外線，“D5、D4”位表示發(fā)內線撥號音、內線回音鈴、內線忙音或內線證實音，“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、內線撥號（包括代接、轉接和三方通話）和功能設置三個小模塊。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 再將請求服務代碼送到發(fā)送緩沖區(qū)。

　　5 結束語

　　多機程控交換機可連接二根外線， 十二只內部分機， 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 號分機進行設置。分機可代撥、代接、征詢轉接和三方通話等。

　　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計要求。