1. Огляд літератури, методів, схемних рішень
При ремонті як імпортних, так і вітчизняних телефонних апаратів тамодемів досить часто виникає необхідність подати на апарат той чиінший сигнал з параметрами, що відповідають стандартним сигналам АТС. Дляцього можна скористатися наступними нехитрими способами: наприклад, тимабо іншим способом замкнути ланцюг постійного струму в ланцюзі зв'язку з АТС іотримати готовий сигнал відповіді АТС у чистому вигляді. Однак такий спосібперевантажує апаратуру АТС, що загрожує відключенням вашого номера. Дляотримання call-імпульсів часто вдаються до наступного способу:здійснюється дзвінок на цей номер з іншого телефону або модему. Цейспосіб вимагає участі як мінімум двох людей, і знову вимагає наявностіробочої АТС.
Однак досить часто виникають ситуації, в яких невідомо,чи викликано порушення зв'язку несправністю телефонного апарата, модема або
АТС та лінії зв'язку. Та й у магазинах і майстерень, що працюють з телефонноїтехнікою необхідно "мати під рукою" сигнал АТС для роботи. Необхіднотакож врахувати випадки, коли телефонна лінія відсутня, або в ній порушеніпараметри сигналу, а сигнал нам все-таки потрібен.
Для того щоб уникнути всіх вищеописаних проблем використовується такийприлад, як імітатор сигналу АТС. Найбільш простим рішенням представляєтьсянайпростіший генератор сигналу змінного струму (або декілька), зібрані,наприклад, на дискретних елементах. Прикладом такого роду імітатора можеслужити схема, запропонована в [6]. Ця схема імітує стандартний сигнал
АТС, а також, при натисканні кнопки подає на телефонний апарат або модемдзвінкові імпульси.
Можливостей такого пристрою цілком достатньо, наприклад, длямагазину, що торгує телефонними апаратами. Однак для ремонту та перевіркисправності телефонних апаратів і модемів необхідно, принаймні,пристрій для перевірки правильності набраного номера, плюс пристрою длявимірювання параметрів сигналу. Такими властивостями володіє схема,запропонована в [7].
Однак, хоча така схема має більш широким спектромможливостей, ніж наведені вище, при тестуванні різної цифровийтехніки, наприклад, модемів, хотілося б мати під рукою весь спектртелефонних сигналів, наприклад, сигнал "зайнято" і сигнал контролю викликуабонента.
Таким чином з'ясували, що для виконання технічного завданнянеобхідно синтезувати пристрій, що генерує всі сигнали телефонноїмережі, а також здатне контролювати набір номера імпульсним способом.
2. Вибір і обгрунтування структурної схеми пристрою
Аналізуючи технічне завдання можна зробити висновок, щощо розробляється, пристрій повинен являти собою джерело живлення на 60
В (яким є АТС для телефонних апаратів і модемів). Такожпристрій повинен додавати до напруги харчування різні сигнали,характерні для телефонної мережі, такі, наприклад, як сигнал "зайнято" таконтроль виклику іншого абонента. Також пристрій повинен посилати нателефонний апарат або модем потужні дзвінкові імпульси, для імітаціїсигналів виклику абонента з АТС. Крім зазначеного вище пристрій повиненаналізувати набір номера, вироблений телефонним апаратом або модемом вімпульсному режимі і вказаний цифри що набирається номера.
Таким чином, можна прийти до наступних висновків, що стосуються структурирозробляється пристрої:
Для організації створення різних типів сигналів доцільновикористовувати однокристальний мікроконтроллер типу ОВМ 51;
Необхідно передбачити блоки введення інформації (для завдання режиму роботипристрою) і виведення інформації (для індикації набраних цифр номера);
Передбачити узгодження ТТЛ-рівня логічних висновків мікросхеми ОВМ івихідної напруги пристрою;
Розділити лінії для подачі сигналів на апарат, що підключається до імітатори,і для подачі call-імпульсів;
Передбачити пристрій контролю за наявністю постійного струму у вихіднийланцюга (для аналізу номера, що набирається на апараті).
Виходячи з вищесказаного, можна запропонувати наступну структурнусхему пристрою (див. Прик.1, рис.1). Таким чином, можна зробити висновок,що подальший синтез пристрою буде складатися з розробкипринципової схеми пристрою, а також з написання програми для ОВМ,для створення нею необхідних сигналів.
3. Опис принципу дії пристрою
Принцип дії розробляється пристрою заснований на складаннясигналів, що генеруються ОВМ, з постійною напругою живлення, що подаються нателефонний апарат, і рівним 60 В.
Пристрій працює в такий спосіб:
Мікроконтролер на основі ОВМ 51 виконує циклічну програму,що складається з підпрограм опитування клавіатури, обслуговування схем індикації йвласне роботи з телефонними сигналами. На початку кожного циклумікроконтроллер аналізує стан клавіатури, і залежно від ньогопереходить в той чи інший режим генерації сигналу. Сигнал, що виробляєтьсямікро, складається з напругою 60 В, і подається на вихідпристрою. Для подання на вихід пристрою потужних call-імпульсівпередбачена окрема лінія.
При виникненні короткочасного (до 0,6 с) розриву в ланцюзіпостійного струму мікроконтроллер переходить в режим набору номера, в якомупідраховує кількість розривів у ланцюги, і робить висновок про набраної цифрі. Якщож розрив у ланцюгу за тривалістю перевищує граничний (більше 0,6 с), токонтролер робить висновок про те, що трубка на апараті покладена, і циклроботи пристрою починається спочатку.
У кожному циклі відведено час на обслуговування порту індикаціїнабраного номера. Індикатори працюють у динамічному режимі, що даєможливість виводити одразу кілька цифр номера, набраного абонентом.
Генерований мікроконтролером сигнал задається за допомогою клавіш
"Зайнято", "Виклик", "Контроль виклику".
Таким чином, спираючись на вищевикладений принцип дії можнаприступити до написання програми для мікроконтролера, і синтезупринципової схеми пристрою.
4. Опис програми для мікроконтролера
розробляється для мікроконтролера програма призначена длязабезпечення реалізації всіх функцій розробляється пристрою. Програмаповинна містити в собі наступні підпрограми: підпрограму аналізустану клавіатури, підпрограму індикації комірок пам'яті, пов'язаних знабирають номером, а також підпрограму генерації сигналів АТС, яка ібуде основною для розробляється пристрою. Також,доцільно буде реалізувати програму у вигляді нескінченного циклу,що складається з виклику вищеописаних підпрограм. Таким чином, можназапропонувати наступну блок-схему для розроблюваної програми:
Рис. 1.
Блок-схема програми для імітатора сигналу АТС
Наведена блок-схема є укрупненій і не дає поняття пропринцип роботи програми. Тому розумним буде навести також блок-схемуроботи основної підпрограми mainwork розробляється програми. Данапідпрограма є основною, тому що саме вона організовує виконанняалгоритму роботи пристрою.
Рис.2.
Блок-схема роботи підпрограми mainwork
Словами ж пояснити роботу підпрограми можна таким чином. На початкусвоєї роботи програма перевіряє, чи лежить трубка телефонного апарату (посигналу від схеми аналізу ланцюга постійного струму). Якщо трубка покладена, топеревіряється, чи натиснута кнопка "Виклик", і якщо натиснута, то контролерпочинає посилати імпульси 50 Гц пачками (пачка 1 с, пауза 3 с) по лініїподачі call-імпульсів. Якщо не натиснута, то робиться висновок про розрив,викликаному імпульсним набором номера, і викликається відповіднапідпрограма обслуговування цього набору (яка у разі тривалогорозриву зробить висновок про покладеної трубці і завершить черговий цикл).
Якщо ж трубка знята, то пристрій переходить в один з режимівгенерації сигналу, який залежить від стану клавіш "зайнято" та
"Контроль". У разі натискання клавіші "зайнято" програма викликаєпідпрограму busy_sig, яка імітує сигнал "зайнято" АТС (50 Гц, пачкаі пауза - 0,3 с). Якщо ж натиснута клавіша "Контроль виклику", то викликаєтьсяпідпрограма ctrl_call, що імітує контрольний сигнал виклику іншогоабонента (425 Гц, пачка 1 с, пауза 3 с). У разі якщо не натиснута жодна зцих кнопок (або натиснуті обидві), викликом підпрограми gene_50hz_1генерується звичайний сигнал відповіді АТС (50 Гц, безперервний). Після цьогоробота підпрограми закінчується, і починається новий цикл роботипрограми.
Інші підпрограми (обслуговування клавіатури, індикації) єстандартними, і приводити їх опис не має особливого сенсу. Специфікаціїна підпрограми наведено нижче:
Підпрограма Ring_in
Призначення: генерація call-імпульсів і подача їх навідповідну лінію;
Вхідні параметри: відсутні;
Вихідні параметри: сигнал на лінії P3.1;
Викликається підпрограмою Mainwork;
Підпрограма Busy_sig
Призначення: генерація сигналу АТС "Зайнято" і подача його на вихіднулінію;
Вхідні параметри: відсутні;
Вихідні параметри: сигнал на лінії P3.0;
Викликається підпрограмою Mainwork;
Підпрограма Load50_1
Призначення: "заряджати" таймер T0 на період 10 мс;
Вхідні параметри: відсутні;
Вихідні параметри: змінене значення регістрів TL0, TH0;
Викликається підпрограмою Gene_50hz_1;
Підпрограма Gene_50hz_1
Призначення: генерація одного імпульсу тривалістю 10 мс і подачайого на висновок 3.0;
Вхідні параметри: відсутні;
Вихідні параметри: сигнал на лінії P3.0;
Викликається підпрограмою Mainwork
Підпрограма Ctrl_call
Призначення: імітація сигналу "Контроль виклику" та подання його навідповідний висновок;
Вхідні параметри: відсутні;
Вихідні параметри: сигнал на лінії P3.0;
Викликається підпрограмою Mainwork
Підпрограма Load425_1
Призначення: "заряджати" таймер T0 на період 1,17 мс;
Вхідні параметри: відсутні;
Вихідні параметри: змінене значення регістрів TL0, TH0 ;
Викликається підпрограмою Gene_425hz_1;
Підпрограма Gene_425hz_1
Призначення: генерація одного імпульсу тривалістю 10 мс і подачайого на висновок 3.0;
Вхідні параметри: відсутні;
Вихідні параметри: сигнал на лінії P3.0;
Викликається підпрограмою Ctrl_call; < p> Підпрограма Indication_fig
Призначення: висновок в порт індикатора цифри, що знаходиться в заданійкомірці пам'яті, з одночасним включенням необхідного знакомісць;
Вхідні параметри: цифра, призначена для виводу і номер коміркиіндикації;
Вихідні параметри: код цифри на виходах P0.0-P0.4, а також високийрівень на одному з висновків P1.0-P1.7;
Викликається підпрограмою Indicate_all;
Підпрограма Indicate_all
Призначення: Виведення інформації про введену номері на набір індикаторів ;
Вхідні параметри: значення осередків зберігання цифр номеру і кількість цифрномера;
Вихідні параметри: телефонний номер, виведений на набіріндикаторів;
Викликається підпрограмою Mainwork;
Підпрограма Counter
Призначення: підрахунок числа короткочасних розривів у ланцюзі постійногоструму;
Вхідні параметри: сигнал на вході P3.2;
Вихідні параметри: кількість розривів у ланцюги постійного струму,вміщений у стек;
Викликається підпрограмою Pulse_connect;
Підпрограма Pulse_connect
Призначення: аналіз імпульсного набору номера та занесення його цифр увідповідні комірки пам'яті;
Вхідні параметри: відсутні;
Вихідні параметри: цифри номера, занесені в стек;
Викликається підпрограмою Mainwork;
Підпрограма Keyb_scan
Призначення: сканування лінійки клавіатури і усунення брязкоту;
Вхідні параметри: відсутні;
Вихідні параметри: значення змінних, що показують станклавіатури;
Викликається підпрограмою Mainwork;
Для введення і виведення сигналів мікроконтролера використовуються наступніпорти:
порт P0 - висновок інформації на семисегментний індикатори;
порт P1-стробірующіе висновки для динамічної індикації;
порт P2 - обслуговування клавіатури;
порт P3 - виведення сигналів і call-імпульсів, а також контроль занаявністю струму в ланцюзі.
Модульні структуру програми можна зобразити таким чином:
Рис. 3.
Схема міжмодульних зв'язків програми
Розроблена по вищевикладеної специфікації програма длямікроконтролера наведена у додатку 3 цієї роботи і може служитидля виконання завдання, поставленого в технічному завданні.
5. Часові діаграми роботи пристрою
6. Опис складових елементів схеми
Вибір елементів для складання принципової схеми пристрою будеполягати у виборі мікроконтролера, мікросхем для індикації номери, атакож мікросхем для обслуговування ліній подачі сигналів і аналізу наявностіпостійного струму у вихідний ланцюга.
Як мікроконтролера для роботи на пристрої можнавикористовувати однокристальних обчислювальну машину ОВМ 51. Вона володієприйнятною ціною і продуктивністю і цілком може бути використана вяк мікроконтролера в розробляється пристрої. Крім того, урозробника є можливість протестувати програму саме для цієї
ОВМ з використанням персонального комп'ютера, за допомогою емулятора
AVSim51, для усунення синтаксичних і деяких логічних помилокщо виникли в процесі написання програми.
Номінали резисторів R1-R3 виберемо рівними 1,5 Ком, для обмеженнявхідного струму на вхід мікроконтролера.
Як задає кварцового генератора для ОВМ будемо використовуватикварцовий генератор на 12 МГц (для забезпечення такту в 1 мкс)
Схему індикації розумно виконати наступним чином. Для індикаціївосьми розрядів номера необхідно використання динамічного способуіндикації. Тому використовуємо для виведення двійкового коду цифри чотири першірозряду порту P0, а для вказівки знакомісць - всі висновки порту P1. Притакій побудові індикації залишаються невикористаними чотири лінії порту
P0. Їх можна вважати зарезервованими для подальшої модернізаціїпристрою. Для перетворення двійкового коду на виході ОВМ в кодсемисегментний індикатора необхідне встановлення спеціального дешифратора. Уяк подібного дешифратора можна використати мікросхему КР514ІД1.даний дешифратор містить внутрішні струмообмежуючі резистори (IВИХ = 5мА), що дозволяє підключати індикатори із спільним катодом АЛ304Абезпосередньо до виходів дешифратора [1]. Дані мікросхеми і будемовикористовувати для обслуговування індикації в розробляється пристрої.
Розглянемо тепер лінії, що подають різні сигнали на вихідпристрою. Це лінія подачі живлення для телефонного апарату, а такожлінії подачі сигналів АТС і подачі call-імпульсів. На виходіустрою всі ці лінії об'єднуються в одну, що і є лінією,імітує лінію АТС.
Напруга живлення 60 В повинно подаватися на вихід пристроюпостійно, тому цю лінію можна підключити до виходу пристрою напряму.
Напруга з сигнальної лінії може включатися послідовно знапругою живлення (напруга буде сумуватися з напругою живлення).
Імпульси напруги, які подаються на вихід пристрої повинні бути доситьпотужними, тому для їх подання виділяється окрема лінія, в якуставиться инвертор сигналу з відкритим колектором на виході, а такожтранзистор КТ502Е. Номінали резисторів виберемо рівними R4 = 7КОм, R5 = 1 кОм,вибір здійснимо виходячи з умови, що транзистор повинен знаходиться врежимі насичення у відкритому стані і в режимі відсічення в закритому. Такепобудова вихідних ліній дозволяє отримати на виході пристрою сигналиідентичні за своїми параметрами сигналів телефонної лінії.
Для аналізу наявності струму у вихідний ланцюга доцільно будевикористовувати резистор 0,5 КОМ (номінал вибрано виходячи з рівня напругина вході порогового пристрою), встановлений у вихідну ланцюг, а такожпорогове пристрій (для збільшення перешкодозахищеності пристрою). Уяк порогового пристрою можна використати мікросхему КР100ВІ6.
Сигнал з виходу цієї мікросхеми подамо на вхід P3.2 мікроконтролера.
Таким чином, завжди, коли у вихідний ланцюга пристрою є струм, на цейвисновок мікросхеми буде поданий високий рівень напруги.
Виходячи з вищевикладеного опису вузлів, можна скластипринципову схему пристрою (див. пріл.2), яку і прийняти, всукупності з програмою (див. пріл.3) в якості реалізації технічногозавдання на курсову роботу.
7. Опис процесу роботи пристрою
Відразу після включення живлення мікроконтроллер отримує команду
Reset, і відразу починає виконання прошивки. Вбудованепочинається з виклику підпрограми опитування клавіатури. Комбінація натиснутихклавіш заноситься у відповідні комірки пам'яті контролера, і управлінняпередається основній програмі.
Після цього відбувається виклик підпрограми обслуговування портуіндикації. Дана підпрограма виробляє послідовне підключенняіндикаторів DD.3-DD.11 через порт P1, з одночасним виставленням кодувідповідної цифри. Цей код поступає на вхід дешифратора DD.2, деперетвориться в коди семисегментний індикатора, і надходить потім навідповідні входи індикаторів DD.3-DD.11.
Після обслуговування клавіатури та індикації програма передаєуправління основною підпрограмі, яка і виконує роль генераторасигналів.
Спочатку ця підпрограма перевіряє наявність струму в вихідний ланцюгапристрою. Сигнал надходить на вхід P3.2 мікроконтролера з пороговогопристрої DD.13, яке переключається під дією падіння напруги нарезистори R6. Якщо струму немає, то робиться припущення про те, що розриввикликаний тоновим набором номера. Запускається відповідна програмаобслуговування набору номера. Якщо тривалість розриву перевищує 0,6 с. торобиться висновок, що розрив викликаний тим, що трубка лежить на апараті, іуправління передається основній програмі. Якщо ж тривалість розривуменше, то програма переходить в режим аналізу набору номера (сигнали вцьому режимі не генеруються) і вважається число розривів, з подальшимзанесенням цього числа у відповідні комірки пам'яті.
Якщо трубка покладена, то робиться перевірка на натискання кнопки
"Дзвінок", і якщо вона натиснута, то мікроконтроллер генерує імпульсиДзвонкове частоти відповідними пачками і робить це, поки не підніметьсятрубка на апараті, або не буде відпущена кнопка дзвінка. Дані імпульсинадходять на инвертор DD.12.1. з відкритим колектором, а потім напідсилювальний транзистор VT1, складаючись потім з напругою живлення.
Якщо ж кнопка не натиснута, то програма повертається до свого початку.
Якщо ж трубка знята, то програма перевіряє стан кнопок "Виклик"і "Контроль виклику". І залежно від стану цих кнопок генеруєтьсясигнал, що видається в лінію P3.2. Це або безперервний гудок, або короткігудки (сигнал "зайнято"), або довгі гудки (сигнал "контроль виклику ").
Безперервний гудок генерується в такий спосіб. Кожен циклосновної програми генерується імпульс тривалістю 10 мс. Всі обчисленняі обслуговування портів програма проводить в момент паузи.
Решта сигнали генеруються пачками, і програма не змінює свогорежиму до кінця пачки.
На вихідні клеми пристрої подано постійна напруга 60 В. Сним і складаються сигнали, що надходять від мікроконтролера по сигнальної іДзвонкове лінії. Сумарний сигнал і поступає на вихідні клемипристрої, генеруючи, таким чином, спектр сигналів АТС.
Таким чином, дана схема в сукупності з розробленою програмоюможе бути представлена в якості курсової роботи, а саме імітатора АТСдля тестування модемів і телефонних апаратів.
8. Опис тестування пристрою
У технічному завданні на курсову роботу метою роботи ставиласярозробка принципової схеми пристрою, а також програми длямікроконтролера. Завдання фізичного побудови пристрою поставлено небуло. Зважаючи на це протестувати розробку, так би мовити "наживо"можливості не було. Однак можна було перевірити модель принциповоюсхеми за допомогою програмних засобів, а також протестувати програму длямікроконтролера за допомогою симуляторів, що й було зроблено.
Перевірка принципової схеми пристрою була здійснена за допомогоюпрограми Electronics Workbench 4.0, фірми Interactive Image Technologies
Ltd. У елементної базі даної програми відсутній такий елемент, якмікроконтроллер, тому тестування проводилося в такий спосіб:збиралися на наявних елементах функціональні частини пристрою і потімзнімалися їх параметри. У якості сигналів з мікроконтролеравикористовувалися універсальні генератори сигналів, що входять до складуелементної бази програми. В результаті тестування принципової схемипристрою було встановлено, що пристрій виконує функції, поставленіу технічному завданні, а саме здатне бути імітатором сигналів АТС,для тестування телефонних апаратів і модемів.
Тестування програми для ОВМ проводилося з допомогою симулятора
AVSim51. За допомогою цієї програми були усунуті всі синтаксичні помилкипрограми, а також частина логічних, пов'язаних, наприклад, з неправильнимзавданням змінних і невірної адресацією. Тестування показало, щопрограма без помилок переводиться в машинний код і готова до роботи.
Таким чином, в результаті тестування було встановлено, щопрограмна та апаратна частині розробки працюють задовільно, іможна при необхідності приступити до фізичного побудови пристрою.
9. Висновок. Висновки
У результаті проведеної роботи було спроектовано пристрій,що являє собою імітатор телефонної лінії для тестування телефонів імодемів. Розроблений пристрій відповідає вимогам технічногозавдання. Оформлення конструкторської документації відповідає вимогам
ЕСКД. Документація містить в собі опис принципу дії пристрою,структурну і повну принципову схему пристрою, програму длямікроконтролера і часові діаграми роботи пристрою.
Розроблений пристрій є джерело живлення 60 В, атакож здатна генерувати сигнали, ідентичні за своїми параметрамисигналам АТС. Також пристрій здатний робити підрахунок короткочаснихрозривів у ланцюги постійного струму, з метою аналізу імпульсного наборуномера. Пристрій також виробляє індикацію набраного номера. Такимчином, даний пристрій може бути використано в якості імітаторателефонної лінії для тестування телефонів та модемів.
Цей пристрій може бути використане в різних майстернях поремонту телефонної техніки, а також в домашніх умовах для тестуваннятелефонів або модемів.
Розглянувши виконану роботу можна прийти до висновку, що завдання,поставлена в технічному завданні, виконана.
10. Список літератури
1. Кізлюк А.І. Довідник із пристрою й ремонту телефоннихапаратів іноземного та вітчизняного виробництва, М., Радио и связь,
1995
2. Корякин-Черняк С.Л., Котенко Л.Я., Телефонні мережі та апарати,
Київ, BHV, 1999 р.
3. Напівпровідникові прилади. Транзистори, довідник під загальною ред.
Н.Н. Горюнова, М., 1987 р.
4. Цифрові та аналогові інтегральні мікросхеми, довідник, підред. В.В. Якубовського, М., Радио и связь, 1989 р.
5. Сташін В.В., Урусов А.В., Мологонцева Є.К. Проектуванняпристроїв на однокристальних мікроконтролерах, М., Энергоатомиздат, 1990р.
6. Волгин В. Імітатор сигналу АТС. - Радіоаматор, 1994. № 9.
7. Брускин В. Імітатор телефонної лінії. - Радіоаматор, 1998. № 6.
Програми
Додаток 1
Структурна схема пристрою
Рис. 1
Структурна схема імітатора телефонної лінії
