基于單片機(jī)的程控交換機(jī)多機(jī)通信設(shè)計(jì)

　　國內(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

　　本程控交換機(jī)應(yīng)用AT 系列單片機(jī)， CPU 使用一個(gè)AT89C52 和四個(gè)AT89C51， 進(jìn)行多機(jī)通信， 如圖1 所示。

　　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、長途等級(jí)（內(nèi)部、市內(nèi)、國內(nèi)和國際）、長途解鎖、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)置長途密碼 長途等級(jí) 長途解碼、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。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。