基于單片機(jī)的程控交換機(jī)多機(jī)通信應(yīng)用

0 引言

國(guó)內(nèi)單片機(jī)多機(jī)通信方向技術(shù)開發(fā)應(yīng)用已有相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間，在智能化儀器、工業(yè)自動(dòng)控制、家用電器機(jī)電一體化等方面的應(yīng)用成果尤為顯著。本文介紹AT系列單片機(jī)多機(jī)通信在程控交換機(jī)中應(yīng)用。

多機(jī)程控交換機(jī)將1至2條電話外線擴(kuò)展成4繩路、12個(gè)分機(jī)容量，可以多部分機(jī)同時(shí)通話而互不干擾（可以內(nèi)外線混用）；分機(jī)可以為電話機(jī)、傳真機(jī)、答錄機(jī)和電腦等任何電訊產(chǎn)品。

1 硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

圖1 多機(jī)通信程控交換機(jī)結(jié)構(gòu)框圖

其中一個(gè)CPU（AT89C52）作為上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)分機(jī)摘機(jī)/掛機(jī)查詢、分機(jī)振鈴等功能。四個(gè)CPU（AT89C51）作為下位機(jī)，各控制一根繩路，P10、P11口作為CPU地址，CPU進(jìn)行查詢外線來電、分機(jī)掛線（內(nèi)線和外線）、分機(jī)撤線、分機(jī)撥號(hào)處理等工作，提供內(nèi)線撥號(hào)音、回音鈴、忙音、證實(shí)音等信號(hào)音。0_CPU和1_CPU各有一個(gè)繼電器J控制開關(guān)，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?dāng)_。某分機(jī)一旦掛線后，該分機(jī)的信號(hào)音、撥號(hào)等只受該繩路的CPU控制，而且分機(jī)摘機(jī)、掛線后撥號(hào)才有效；撤線后，該分機(jī)不再受繩路的CPU控制。

2多機(jī)通信協(xié)議

在多機(jī)通信協(xié)議中定義上位機(jī)為主動(dòng)，下位機(jī)為被動(dòng)。

2．1上――下位機(jī)聯(lián)絡(luò)握手

上位機(jī)向下位機(jī)廣播地址信息；下位機(jī)收到地址信息后判斷是否是本機(jī)地址，若不是，不應(yīng)答；若是，向上位機(jī)發(fā)應(yīng)答信號(hào)，同時(shí)作好接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。上位機(jī)收到應(yīng)答信號(hào)后，判斷應(yīng)答信號(hào)是否正確。若不正確，重發(fā)地址信號(hào)；若正確，發(fā)送數(shù)據(jù)（命令代碼）。已握手的下位機(jī)接收數(shù)據(jù)（命令代碼）后，執(zhí)行相應(yīng)功能或?qū)嵤┓?wù)。地址信息與命令代碼設(shè)置不重碼，以便下位機(jī)能判別出。

2．2上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送命令類

是否接外線（僅為0_CPU和1_CPU）、有否請(qǐng)求服務(wù)、指定分機(jī)掛某一根內(nèi)/外線、指定分機(jī)撤線、釋放外線繼電器、編程密碼、長(zhǎng)途等級(jí)（內(nèi)部、市內(nèi)、國(guó)內(nèi)和國(guó)際）、長(zhǎng)途解鎖、要求繩路發(fā)內(nèi)線撥號(hào)音、內(nèi)線回音鈴、內(nèi)線忙音鈴或內(nèi)線證實(shí)音等。

2．3下位機(jī)向上位機(jī)請(qǐng)求服務(wù)

下位機(jī)只有在上位機(jī) “有否請(qǐng)求服務(wù)”時(shí)，才可向上位機(jī)發(fā)送信息。發(fā)送信息有：本繩路有外電呼叫、撥打內(nèi)部分機(jī)、三方通話、代接外線、設(shè)置轉(zhuǎn)移功能（無條件轉(zhuǎn)移、遇忙轉(zhuǎn)移、無應(yīng)答轉(zhuǎn)移、撤消轉(zhuǎn)移）、設(shè)置外線來電振鈴方式（指定若干分機(jī)振鈴、全部分機(jī)振鈴、三機(jī)四組輪流振動(dòng)鈴、外線來電時(shí)指定分機(jī)振鈴）、設(shè)置長(zhǎng)途密碼長(zhǎng)途等級(jí)長(zhǎng)途解碼、強(qiáng)插監(jiān)聽等。

3多機(jī)程控交換機(jī)軟件設(shè)計(jì)方法

程序設(shè)計(jì)思路是根據(jù)多機(jī)程控交換機(jī)工作過程而制定的，采用上下位機(jī)包干控制，充分利用CPU資源，實(shí)現(xiàn)程控交換機(jī)功能。

3．1上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)思路

根據(jù)多機(jī)程控交換機(jī)功能，上位機(jī)程序分成初始化、摘機(jī)處理、掛機(jī)處理、發(fā)送命令、下位機(jī)請(qǐng)求服務(wù)處理、振鈴處理和定時(shí)器處理（包括看門狗）七個(gè)模塊，程序模塊結(jié)構(gòu)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(biāo)志、緩沖區(qū)、中斷設(shè)置、定時(shí)器設(shè)置/啟動(dòng)、電話分機(jī)工作初始狀態(tài)等。

摘機(jī)處理模塊主要判別是外線來電摘機(jī)、內(nèi)線來電摘機(jī)還是要撥打外線或內(nèi)線電話。

掛機(jī)處理模塊比較復(fù)雜，既有內(nèi)外線通話結(jié)束掛機(jī)，又有內(nèi)外線通話中止掛機(jī)，還有三方通話主叫機(jī)掛機(jī)和從叫機(jī)掛機(jī)，其它有中止撥打外線/內(nèi)線掛機(jī)、分機(jī)功能設(shè)置完畢掛機(jī)等。

發(fā)送命令模塊主要是根據(jù)電話分機(jī)發(fā)生摘/掛機(jī)時(shí)，向下位機(jī)發(fā)送掛線/撤線命令、內(nèi)線撥號(hào)音等命令，發(fā)送詢問下位機(jī)有否請(qǐng)求服務(wù)等命令。

下位機(jī)請(qǐng)求服務(wù)處理模塊主要根據(jù)下位機(jī)CPU請(qǐng)求，完成外線來電、撥打內(nèi)線分機(jī)、分機(jī)功能設(shè)置等工作。

振鈴處理模塊主要處理外線來電時(shí)，根據(jù)振鈴模式進(jìn)行分機(jī)振鈴、輪流振鈴等；內(nèi)線呼叫分機(jī)時(shí)，根據(jù)分機(jī)轉(zhuǎn)移功能，作相應(yīng)的振鈴處理；被呼叫分機(jī)摘機(jī)后停止振鈴等功能。

定時(shí)器處理模塊配合振鈴處理模塊產(chǎn)生各種振鈴計(jì)時(shí)以及看門狗定時(shí)常數(shù)刷新等。

3．2下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)思路

為便于編輯和管理，4個(gè)下位機(jī)程序使用同一版本，程序運(yùn)行時(shí)根據(jù)地址作相應(yīng)的處理。

根據(jù)多機(jī)程控交換機(jī)功能，下位機(jī)程序分成初始化、連接外線查詢、發(fā)送請(qǐng)求服務(wù)、外線來電中斷請(qǐng)求、分機(jī)撥號(hào)中斷請(qǐng)求和定時(shí)器中斷（包括看門狗）六個(gè)模塊，程序模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示。

初始化模塊主要是定義變量單元、位標(biāo)志、緩沖區(qū)、中斷設(shè)置、定時(shí)器設(shè)置/啟動(dòng)等。

連接外線查詢模塊在開機(jī)復(fù)位后查詢本CPU是否接外線（2_CPU和3_CPU跳過），然后置標(biāo)志，上位機(jī)通過問詢下位機(jī)知道程控交換機(jī)接幾根外線。

命令處理模塊主要完成上位機(jī)下達(dá)的命令，命令有指定分機(jī)掛外線/內(nèi)線、對(duì)掛內(nèi)線分機(jī)發(fā)送或停止內(nèi)線信號(hào)音（內(nèi)線撥號(hào)音、內(nèi)線回音鈴、內(nèi)線忙音鈴或內(nèi)線證實(shí)音等）、指定分機(jī)撤外線/內(nèi)線等等。

發(fā)送請(qǐng)求服務(wù)模塊主要向上位機(jī)發(fā)送外線來電處理、分機(jī)撥打內(nèi)線電話、分機(jī)設(shè)置功能等請(qǐng)求服務(wù)。

外線來電中斷請(qǐng)求模塊在外線來電時(shí)（0_CPU和1_CPU），向CPU請(qǐng)求中斷。CPU響應(yīng)中斷后，首先判斷是否干擾信號(hào)，確認(rèn)為外線來后，豎立外線來電標(biāo)。當(dāng)上位機(jī)查詢下位機(jī)有否請(qǐng)求服務(wù)時(shí)，向上位機(jī)發(fā)送外線來電服務(wù)請(qǐng)求。為防外線來電中止，下位機(jī)CPU發(fā)送請(qǐng)求后即清除外線來電標(biāo)。上位機(jī)在送出分機(jī)振鈴后一秒鐘內(nèi)，如分機(jī)未摘機(jī)，而下位機(jī)又沒發(fā)來新的外線來電請(qǐng)求服務(wù)，立馬中止振鈴。

分機(jī)撥號(hào)中斷請(qǐng)求模塊在分機(jī)撥號(hào)后，向CPU請(qǐng)求中斷。CPU響應(yīng)中斷后，根據(jù)所撥號(hào)碼，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)請(qǐng)求服務(wù)代碼。上位機(jī)收到請(qǐng)求服務(wù)后，對(duì)其進(jìn)行譯碼，作相應(yīng)處理。如分機(jī)是掛外線，除判別該分機(jī)長(zhǎng)途等級(jí)外，對(duì)撥號(hào)不作任何處理。分機(jī)在掛線情況下，撥號(hào)才有中斷請(qǐng)求信號(hào)產(chǎn)生，這由硬件保證。

定時(shí)器處理模塊主要產(chǎn)生450方波信號(hào)，產(chǎn)生各種內(nèi)線鈴聲所需脈沖信號(hào)以及看門狗定時(shí)常數(shù)刷新等。

上下位機(jī)源程序限于篇幅，不作介紹。

4編程中特點(diǎn)

由于多機(jī)程控交換機(jī)上位機(jī)CPU要對(duì)四個(gè)下位機(jī)CPU，而分機(jī)摘/掛機(jī)狀態(tài)采用查詢方式，又要處理分機(jī)振鈴等，查詢過程中要采用抗干擾措施，防止CPU誤判、誤動(dòng)作。所以編程中要考慮整體時(shí)間分配，以免延誤用戶通話。

上位機(jī)在查詢下位機(jī)有否服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，采用輪流查詢法。在發(fā)送信息前又要與下位機(jī)握手，所以查詢時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)下位機(jī)有服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，上位機(jī)馬上中止查詢下一CPU，為當(dāng)前下位機(jī)服務(wù)。

為縮短上下位機(jī)通信時(shí)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(nèi)線或外線，“D5、D4”位表示發(fā)內(nèi)線撥號(hào)音、內(nèi)線回音鈴、內(nèi)線忙音或內(nèi)線證實(shí)音，“D3”～“D0”表示分機(jī)號(hào)。

上發(fā)代碼采用多字節(jié)，長(zhǎng)短不同，這是由于多機(jī)程控交換機(jī)功能豐富多采，下位機(jī)在上發(fā)代碼最后加一個(gè)結(jié)束符。

多機(jī)程控交換機(jī)功能較多，分機(jī)撥號(hào)中斷請(qǐng)求模塊要分成外線撥號(hào)、內(nèi)線撥號(hào)（包括代接、轉(zhuǎn)接和三方通話）和功能設(shè)置三個(gè)小模塊。為提高CPU利用率，分機(jī)撥號(hào)中斷請(qǐng)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(hù)好現(xiàn)場(chǎng)，豎立相應(yīng)的標(biāo)志，保證分機(jī)撥號(hào)中斷請(qǐng)求模塊工作正常。當(dāng)某功能撥完后，CPU再將請(qǐng)求服務(wù)代碼送到發(fā)送緩沖區(qū)。

5結(jié)束語

多機(jī)程控交換機(jī)可連接二根外線，十二只內(nèi)部分機(jī)，四繩路通話容量，具有豐富的實(shí)用功能，可不間斷連續(xù)工作。分機(jī)之間可多對(duì)電話（最多四對(duì)八機(jī)）同時(shí)通話而彼此互不干擾。分機(jī)可直撥外線、強(qiáng)插外線、長(zhǎng)途加鎖設(shè)置等。外線來電響鈴方式有二種，一為選擇某些分機(jī)振鈴，二為分機(jī)輪流振鈴，由1號(hào)分機(jī)進(jìn)行設(shè)置。分機(jī)可代撥、代接、征詢轉(zhuǎn)接和三方通話等。

本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)：上、下位機(jī)CPU串行通信發(fā)送采用查詢方式，接收采用中斷循環(huán)隊(duì)列緩沖區(qū)方式。多機(jī)程控交換機(jī)不使用擴(kuò)展外RAM，上位機(jī)采用AT89C52，其內(nèi)RAM為256字節(jié)，足夠CPU工作所需，同時(shí)給硬件上分清上位機(jī)和下位機(jī)CPU芯片帶來好處，一舉二得。

多機(jī)程控交換機(jī)樣機(jī)已小批量投入某些公司、企業(yè)使用，用戶反映程控交換機(jī)基本功能工作正常，使用方便，由此說明多機(jī)程控交換機(jī)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

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