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1、目录1 引 言11.1 课程设计目的11.2 课程设计内容31.3用户接口电路简介32 protel简介42.1 protel软件介绍43 设计原理63.1用户线接口电路原理64 具体实现64.1用户接口电路功能74.2 PBL38710芯片74.2.1 PBL38710芯片的主要特性74.2.2 PBL38710芯片的引脚说明与框图84.2.3 PBL38710芯片的控制输入94.3 TL082放大器功能及使用114.4 CD4066K模拟开关电路11结束语13参考文献141 引 言通信(Communication)就是信息的传递，是指由一地向另一地进行信息的传输与交换，其目的是传输消息。然
2、而，随着社会生产力的发展，人们对传递消息的要求也越来越高。在各种各样的通信方式中，利用“电”来传递消息的通信方法称为电信(Telecommunication)，这种通信具有迅速、准确、可靠等特点，且几乎不受时间、地点、空间、距离的限制，因而得到了飞速发展和广泛应用。可以预见，未来的通信对人们的生活方式和社会的发展将会产生更加重大和意义深远的影响。目前，无论是模拟通信还是数字通信，在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。但是，数字通信的发展速度已明显超过了模拟通信，成为当代通信技术的主流。与模拟通信相比，数字通信具有以下一些优点：抗干扰能力强，且噪声不积累；传输差错可控；便于用现代数字信号处理技术
3、对数字信息进行处理、变换、存储；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好。数字通信的缺点是，一般需要较大的带宽。另外，由于数字通信对同步要求高，因而系统设备复杂。但是，随着微电子技术、计算机技术的广泛应用以及超大规模集成电路的出现，数字系统的设备复杂程度大大降低。同时高效的数据压缩技术以及光纤等大容量传输媒质的使用正逐步使带宽问题得到解决。因此，数字通信的应用必将越来越广泛。本设计中的用户接口模块以PBL38710为核心，辅以放大电路（可用两片TL082构成）、拟开关电路（由CD4066K构成）及相应的跳线器、电位器等组成。1.1课程设计的目的通信原理课程设计是针对通信专业
4、大学三年级学生开设的一门实践性教学课程。在学生学完了通信原理、电子技术基础(包括模拟电子线路和数字电子线路)、微机原理与单片机、EDA、高频电子线路(通信电子线路)等课程之后，本课程设计的目的在于全面复习和巩固前面所学的专业理论知识，综合运用所学理论知识，解决工程上的实际问题，锻炼学生综合运用学过的理论知识解决实际问题的实际动手能力，达到学以致用、理论与实践的统一。本课程设计，主要达到以下目的：1）熟练掌握和深入理解通信原理课程中的通信理论和基础知识；2）掌握电子通信系统的开发流程和常用设计开发工具；3）针对特定的通信系统设计项目,能够进行方案的设计与论证,在此基础上,进行方案的择优与优化,确
5、定行之有效的正确设计方案；4）在确定正确的通信系统设计方案的基础上,能针对该方案,进行硬件电路和软件程序的设计,最终设计出该通信系统。1.2 课程设计内容本课程设计主要内容有以下几个方面：1.从应用的角度，深入理解和掌握通信基础理论，并理论联系实际，能将理论转化为实际应用产品；2.运用先修课程的有关部门知识，能正确的进行通信电路的设计及软件开发。1.3用户接口电路简介用户电路也可称为用户线接口电路。任何交换机都具有用户线接口电路。根据用户电话机的不同类型，用户接口电路分为模拟用户接口电路和数字用户接口电路两种。模拟用户线接口电路在实现上的最大压力是应能承受馈电、铃流和外界干扰等高压大电流的冲击
6、，基于实现和应用上的考虑，通常将BORSCHT功能中过压保护由外接元器件完成，编译码器部分另外单成一体，集成为编译码器（CODEC）,其余功能由集成模拟SLIC完成。用户电路的作用是实现各种用户线与交换之间的连接，通常又称为用户线接口电路(SLIC,Subscriber Line Interface Circuit)。根据交换机制式和应用环境的不同，用户电路也有多种类型，对于程控数字交换机来说，目前主要有与模拟话机连接的模拟用户线电路 (ALC)及与数字话机，数据终端(或终端适配器)连接的数字用户线电路(DLC)。 2 protel简介2.1 protel软件介绍在PCB部分，除了Protel
7、2004中的多通道复制；实时的、阻抗控制布线功能；situsTM自动布线器等新功能以外，Altium Designer 6.0还着重在：差分对布线，FPGA器件差分对管脚的动态分配， PCB和FPGA之间的全面集成，从而实现了自动引脚优化和非凡的布线效果。还有PCB文件切片，PCB多个器件集体操作，在PCB文件中支持多国语言（中文、英文、德文、法文、日文），任意字体和大小的汉字字符输入，光标跟随在线信息显示功能，光标点可选器件列表，复杂BGA器件的多层自动扇出，提供了对高密度封装（如BGA）的交互布线功能,总线布线功能，器件精确移动，快速铺铜等功能。 在原理图部分，新增加“灵巧粘帖”可以将一些
8、不同的对象拷贝到原理图当中，比如一些网络标号， 一页图纸的BOM表，都可以拷贝粘帖到原理图当中。原理图文件切片，多个器件集体操作，文本筐的直接编辑，箭头的添加，器件精确移动，总线走线，自动网标选择等！ 强大的前端将多层次、多通道的原理图输入、VHDL开发和功能仿真、布线前后的信号完整性分析功能。在信号仿真部分，提供完善的混合信号仿真，在对XSPICE 标准的支持之外，还支持对Pspice模型和电路的仿真，对FPGA设计提供了丰富的IP内核，包括各种处理器、存储器、外设、接口、以及虚拟仪器。 在嵌入式设计部分，增强了JTAG器件的实时显示功能，增强型基于FPGA的逻辑分析仪，可以支持32位或64
9、位的信号输入。除了现有的多种处理器内核外，还增强了对更多的32位微处理器的支持，可以使嵌入式软件设计在软处理器，FPGA内部嵌入的硬处理器，分立处理器之间无缝的迁移。使用了Wishbone 开放总线连接器允许在FPGA上实现的逻辑模块可以透明的连接到各种处理器上。Altium Designer 6.0支持 Xilinx MicroBlaze，TSK3000 等32位软处理器，PowerPC 405 硬核，并且支持AMCC 405和Sharp BlueStreak ARM7 系列分立的处理器。对每一种处理器都提供完备的开发调试工具。 引入了以FPGA为目标的虚拟仪器，当其与 LiveDesign
10、-enabled硬件平台NanoBoard结合时，用户可以快速、交互地实现和调试基于FPGA的设计，可以更换各种FPGA子板,支持更多的FPGA器件，例如 Cyclone II,Stratix II,ProASIC3,Virtex-4,MAX II等系列器件，提供了各个厂家近百种类型的FPGA子板，包括几十款FPGA+MCU（CPU）+RAM+SDRAM的子板。在器件库方面支持基于ODBC和ADO的数据库，可以使用OrCAD的器件库。完全兼容Protel98/Protel99/Protel99se/ProtelDXP，并提供对Protel99se下创建的DDB和库文件导入功能，还增加了P-CA
11、D,OrCAD PADS PCB等软件的设计文件和库的导入，AutoCAD和其它软件的文件导入和导出功能。完整的ODB+ / Gerber CAM-系统使得用户可以重新设计原有有的设计，弥补设计和制造之间的差异. Altium Designer 6.0以强大的设计输入功能为特点，在FPGA和板级设计中，同时支持原理图输入和HDL硬件描述输入模式；同时支持基于VHDL的设计仿真，混合信号电路仿真、布局前/后信号完整性分析.Altium Designer 6.0的布局布线采用完全规则驱动模式，并且在PCB布线中采用了无网络的SitusTM拓扑逻辑自动布线功能；同时，将完整的CAM输出功能的编辑结合
12、在一起。 Altium Designer 6.0 是两年之内的第六次更新，极大地增强了对高密板设计的支持，可用于高速数字信号设计，提供大量新功能和改进，改善了对复杂多层板卡的管理和导航，可将器件放置在PCB板的正反两面，处理高密度封装技术，如高密度引脚数量的球型网格阵列 (BGAs)。 Altium Designer 6.0中的Board Insight? 系统把设计师的鼠标变成了交互式的数据挖掘工具。Board Insight 集成了“警示”显示功能，可毫不费力地浏览和编辑设计中叠放的对象。工程师可以专注于其目前的编辑任务，也可以完全进入目标区域内的任何其他对象，这增加了在密集、多层设计环境
13、中的编辑速度。 Altium Designer 6.0 引入了强大的逃逸布线引擎，尝试将每个定义的焊盘通过布线刚好引到BGA边界，这令对密集BGA类型封装的布线变的非常简单。显著的节省了设计时间，设计师无需手动就可以完成在一大堆焊盘间将线连接这些器件的内部管脚。 3 设计原理3.1用户线接口电路原理为简单和经济起见，反映用户状态的信号一般都是直流信号，当用户摘机时，用户环路闭合，在用户线上有直流电流流过。主叫摘机表示呼叫信号，被叫摘机，则表示应答信号。当用户挂机时，用户环路断开，用户线上的直流电流也断开，因此交换机可以通过检测用户线上直流电流的有无来区分用户状态。 TP14-TP24-TP34
14、-TP44 TP13-TP23-TP33-TP43 TP12-TP22-TP32-TP42 TP11-TP21-TP31-TP41由于4个用户线接口电路的测量点相同，即： TP14：振铃控制信号输入，高电平有效。即工作时为高电平，常态为低电平。 TP13：摘挂机状态检测测量点。挂机：TP13=低电平；摘机：TP13=高电平。 TP12：通信时有接收话音波形：摘机后拨号前有450 Hz拨号音信号；不通信时则此点无波形。 TP11：通信时有发送话音波形；拨号时有瞬间DTMF波形；不通信时则此点无波形。 当用户听到450 Hz拨号音信号时，用户开始拨电话号码，双音多频号码检测电路检测到号码时通知CP
15、U进行处理，CPU命令450 Hz拨号音发生器停止送拨号音，用户继续拨完号码，CPU检测主叫所拨被叫用户的号码后，立即向被叫用户送振铃信号，提醒被叫用户接听电话，同时向主叫用户送回铃音信号，以表示线路能够接通，当被叫用户摘机时，CPU接通双方线路，通信过程建立。一旦接通链路，CPU即开始计时，当任意一方先挂机，CPU检测到后，立即向另一方送忙音，以示催促挂机，主、被叫用户一次通信过程结束。 4 具体实现4.1用户接口电路功能模拟用户线电路是适应模拟用户环境而配置的接口，其基本功能有: . 馈电(Battery feed): 交换机通过用户线向共电式话机直流馈电； . 过压保护(Overvolt
16、age Protection): 防止用户线上的电压冲击或过压而损坏交换机。 . 振铃(Ringing)：向被叫用户话机馈送铃流。 . 监视(Supervision)： 借助扫描点监视用户线通断状态，以检测话机的摘机，挂机，拨号脉冲等用户线信号，转送给控制设备，以表示用户的忙闲状态和接续要求。 . 编解码(CODEC)： 利用编码器和解码器(CODEC),滤波器，完成话音信号的模数与数模交换，以与数字交换机的数字交换网络接口 。 . 混合(Hybrid)：进行用户线的2/4线转换，以满足编解码与数字交换对四线传输的要求。 . 测试(Test)：提供测试端口，进行用户电路的测试。 这7种功能常用
17、第一个字母组成的缩写词(BORSCHT)代表。对于模拟程控交换机，不需要编解码功能；而在数字程控交换机中，除某些特定应用的小型交换机利用增量调制方式外，其它大部分均采用PCM编解码方式。 数字用户线电路是为适应数字用户环境而设置的接口，它主要用来通过线路适配器(LAM)或数字话机(SOPHO-SET)与各种数据终端设备(DTE)如计算机，打印机，VDU,电传相连。4.2 PBL38710芯片4.2.1 PBL38710芯片的主要特性（1）省去了振铃继电器和传统的铃流发生器；（2）支持正弦波、梯形波和方波振铃；（3）支持高电压振铃信号；（4）片内自动电池馈电切换；（5）可编程电池馈电特性；（6）
18、供电可低至-21V，利于低功耗线路设计；（7）低挂机功耗，50mW-24V电池；（8）环流、振铃和地键检测功能；（9）可编程环流、振铃检测器门限；（10）与各种类型编程器/滤波器的混合功能；（11）可编程线路终端阻抗；（12）挂机传输。 4.2.2 PBL38710芯片的引脚说明与框图PBL38710芯片的引脚图PBL38710芯片的内部结构引脚说明如下： 脚1（BGND）：电池地，应与AGND相连。 脚2（VBAT2）：低电池供电端，-58V-24V。 脚3（VBAT）：高电池供电端，-80VVbat2。 脚4（VCC）：+5V电源。 脚5（HB）：待机状态时的高低电池馈电切换控制，采用高电
19、池馈电时可提供高的开环电压。 脚6、脚25、脚28（NC）：空脚，必须悬空。 脚7（VR）：振铃信号输入端，低电压振铃信号由此输入。 脚8（RSG）：内部编程电阻RSG由此端接到VEE。 脚9（E1）：使能输入端，控制是否将需要的检测器结果由DET输出。 脚10、脚17、脚24（VBAT）：在芯片内部与3脚相连。 脚11（DET）：内部检测公共输出端，DET为低电平时表示选择的检测器被触发，DET为内部带有上拉电阻的集电极开路输出。 脚12（C2）、脚13（C1）：控制输入端，用于选择SLIC的工作状态。 脚14（RDC）：该脚与RSN之间接有两只串联电阻，用来编程恒流馈电，两只电阻的公共节点
20、需用电容对地去耦。 脚15（AGND）：模拟地，应与BGND相连。 脚16（RSN）：音频输入端，恒流馈电、二线阻抗及接收增益的编程网络均连接到此端。 脚18（VEE）：-5V电源。 脚19（VTX）：音频输出端。TIPX和RINGX间的交流平衡信号，经内部转换，变为对地参考的非平衡信号由VTX输出。VTX和RSN之间接有二线阻抗编程网络。 脚20（HPT）：交流/直流隔离电容CHP的一端，CHP的另一端接到脚HPR。 脚22（RD）：摘机检测编程电阻RD由此脚连接到VEE。 脚23（RDR）：振铃检测编程电阻RDR由此脚连接到VEE。 脚26（TIPX）、脚27（RINGX）：TIPX和RI
21、NGX经过压保护电路连接到二线接口的TIP和RING端。 4.2.3 PBL38710芯片的控制输入PBL38710/1有4个与TTL兼容的数字输入端：HB、E1、C2和C1.其内部有一个译码器解释输入条件并建立命令操作状态。表1概括了SLIC的各种操作。表1 SLIC的操作 工作状态HBE1C2C1DET输出电池馈电开路00逻辑电平高元振铃01振铃检测VBAT有源010地键检测CBAT2有源110环流检测VBAT2待机0011地键检测VBAT2待机0111环流检测VBAT2待机1011地键检测VBAT待机1111环流检测VBAT注：“”表示无关（1）开路状态（C2=0,C1=0） 在开路状态
22、，TIPX和RINGX线路驱动放大器以及其它的电路部件均处于省电模式，没有电池用于馈电，此时SLIC对线路呈高阻抗，功耗最小，内部各检测器无效。 （2）振铃状态（C2=0,C1=1） 为得到高电压振铃信号，电池馈电需使用高电压Vbat，当选择振铃状态时，SLIC将自动这个高电压，此时脚VR输入的低电压振铃信号被放大，转换为平衡振铃信号送到用户端。振铃检测器检测到摘机状态后，在DET端输出逻辑低电平。 （3）有源状态（C2=1,C1=0） 在有源状态，音频信号传输正常，环流检测器和地键检测器有效，哪个检测器输出到DET由输入端E1控制。 （4）待机状态（C2=1，C1=1） 待机状态禁止音频信号
23、传输，线路驱动放大器被断开，电池切换控制信号HB控制待机状态下用于馈电的电流。环路检测器和地键检测器在这种工作状态下有效，哪个检测器输出到DET由输入端E1控制。 （5）使能输入（E1） 输入端E1控制有源状态和待机状态时输出端DET的功能。在开路状态和振铃状态，哪个检测器连接到DET由SLIC自动完成。在有源状态或待机状态下，当E1被设为逻辑低电平时，E1控制地键检测器输出至DET。当E1被设为逻辑高电平时，E1控制环流检测器输出至DET。 （6）电池切换控制（HB） 在待机状态下，输入端HB控制电池馈电，即在VBAT和VBAT2之间的切换，Vbat的绝对值Vbat2的绝对值（注意，在振铃状
24、态，SLIC将自动切换到VBAT，不受HB影响）。在待机状态下，当HB被设为逻辑低电平时，SLIC使用VBAT2作为电流馈电；当HB被设为逻辑高电平时，SLIC使用VBAT作为电池馈电。 4.3 TL082放大器功能及使用4.4 CD4066K模拟开关电路CD4066是四双向模拟开关，主要用作模拟或数字信号的多路传输。引出端排列与CC4016一致，但具有比较低的导通阻抗。另外，导通阻抗在整个输入信号范围内基本不变。CD4066由四个相互独立的双向开关组成，每个开关有一个控制信号，开关中的p和n器件在控制信号作用下同时开关。这种结构消除了开关晶体管阈值电压随输入信号的变化，因此在整个工作信号范围
25、内导通阻抗比较低。与单通道开关相比，具有输入信号峰值电压范围等于电源电压以及在输入信号范围内导通阻抗比较稳定等优点。但若应用于采保电路，仍推荐CD4016。当模拟开关的电源电压采用双电源时，例如 =5V， =5V（均对地0V而言），则输入电压对称于0V的正、负信号电压（5V5V）均能传输。这时要求控制信号C=“1”为+5V，C=“0”为-5V，否则只能传输正极性的信号电压。CD4066的引脚功能图内部方框图CD4066是四双向模拟开关驱动继电器应用电路CD4066是四双向模拟开关，集成块SCR1SCR4为控制端，用于控制四双向模拟开关的通断。当SCR1接高电平时，集成块、脚导通，12VK1集成
26、块、脚电源负极使K1吸合；反之当SCR1输入低电平时，集成块、脚开路，K1失电释放，SCR2SCR4输入高电平或低电平时状态与SCR1相同。结束语这次课程设计，让我加深理解了理论课上所学的有关用户接口电路的基本概念，基本理论和基本方法，而且锻炼了我们分析问题和解决问题的能力，同时也拓宽了我的知识面，增强了我的动手能力。Protel是当前电路原理画图应用非常广泛的工具，对protel这一强大应用工具有了进一步的学习，对数字信号频带传输系统的学习理解更深刻了，对我以后的学习和工作也会有很大的帮助。与此同时，在课程设计中我也发现了自己的许多不足，如理论知识还存在很多漏洞，缺乏实践经验，钻研精神不够，
27、理论联系实际的能力还有待不断地加强和提高。在以前的课内学习中，我懂得了较多的理论知识，将学习重心放在理论知识的学习上，而缺乏上机实践，本次课程设计对我的上机实践是一个很好的训练，加强我对理论知识的理解并提升了实际操作能力。我通过最初的构思，然后根据PBL38710和TL082原理框图，正确连接框图中的各个模块得到整体模块，最终在protel平台上进行系统功能仿真。这一路做走过来，我翻阅了有关参考书，也多次请教了老师，从最初的原理框图绘制仿真模型图，到最终的信号比较，我借助老师和同学的帮助，通过自己的独立思考，遇到问题再解决问题然后再发现问题再解决在这一过程的循环往复中我发现了思考和学习的乐趣，
28、明白了任何问题只要自己敢于去发现敢于去面对就没有困难了，问题也就不是问题了。在课程设计短短的两个星期中，我从最初面对众多困难的困扰到最后收获成功的喜悦，其中的过程现在回想起来还很是清晰，虽然比较辛苦，但我的所得证明那是值得的，经历过风雨后的彩虹才显得格外耀眼。我相信这次课程设计对今后的学习或者是毕业以后的工作是很有帮助的，它教会了我要独立思考，要将理论更好地和实践相结合。这次课程设计能取得成功，我要感谢身边所有帮助过我的人，在此，我衷心的向各位老师老师和身边的同学表示感谢！参考文献1程控数字交换与交换网 叶敏等著 北京邮电大学出版社 2001年2 程控交换实验指导书 曹玉英著 西南石油大学出版社 2002年3 通信原理 樊昌信，曹丽娜等著 国防工业出版社2008年4程控数字交换技术 刘振霞，马志强，钱渊等著 西安电子科技大学出版社 2 005年5通信原理实验与课程设计 达新宇，陈校平，邱伟，薛凤风等著 北京邮电大学出版社 2003年6现代通信原理与技术 张辉等著 西安电子科技大学出版社 2003年7通信系统原理 沈正元等著 西安电子科技大学出版社 1993年8现代通信原理 曹志刚等著 清华大学出版社 1992年9通信原理 马海武等著 北京邮电大学出版社 2004年