程控交換機呼叫信息緩沖系統(tǒng)的設(shè)計
[導(dǎo)讀]程控交換機生成的電話呼叫信息一般通過其標準的串行接口輸出，電話計費系統(tǒng)軟件可以用計算機直接從交換機接收呼叫信息。
程控交換機生成的電話呼叫信息一般通過其標準的串行接口輸出，電話計費系統(tǒng)軟件可以用計算機直接從交換機接收呼叫信息。但呼叫信息的輸出是隨機的，取決于交換機支持的網(wǎng)上分機電話的使用狀態(tài)。為防止信息丟失，計算機系統(tǒng)必須保持全天二十四小時連續(xù)工作。程控交換機話單自動存儲器的設(shè)計與應(yīng)用，一定程度上提高了計費工作的靈活性，降低了系統(tǒng)的運行成本1?。但早期系統(tǒng)或是不具備多任務(wù)工作特性，使用不便；或是采用靜態(tài)RAM作緩存，導(dǎo)致數(shù)據(jù)存儲可靠性不高，系統(tǒng)功耗較大；而且系統(tǒng)功能設(shè)計較低且不規(guī)范，靈活性較差。
本文以AT89C52單片機為核心，采用Intel Strata系列閃速存儲器作緩存，設(shè)計開發(fā)的新一代程控交換機呼叫信息緩沖系統(tǒng)，用于串行數(shù)據(jù)的接收、緩存和讀出，具有多任務(wù)工作特性，而且實時性好，讀出速度快，數(shù)據(jù)存儲可靠性高，使用靈活方便。
1 系統(tǒng)的基本性能要求
?1 實時緩沖能力
在緩存空間允許和系統(tǒng)供電正常的條件下，保證呼叫信息的實時接收和緩存。設(shè)計采用軟串口接收數(shù)據(jù)，波特率為300×2nbps(其中n=0~6)，并實現(xiàn)對交換機輸出波特率的自動識別與跟蹤。
?2 大容量緩存、配置靈活
支持緩存空間高達16MB，并可在1~16MB之間進行剪裁配置。支持空閑緩存容量的動態(tài)查詢和聲光報警功能，使緩存信息能被及時讀出。
?3 支持一組規(guī)范的命令
定義并支持一組規(guī)范的命令，實現(xiàn)呼叫信息的讀出和提供用戶對系統(tǒng)的維護。設(shè)計相應(yīng)的協(xié)議，以規(guī)范命令及其響應(yīng)信息的功能和特征。
?4 具備多任務(wù)特性
系統(tǒng)可以在接收和響應(yīng)用戶命令的同時，實現(xiàn)呼叫信息的實時接收和緩存。即系統(tǒng)在交換機與用戶機之間的工作，包括交換機呼叫信息的接收與緩存、用戶命令信息的接收與響應(yīng)，宏觀上具有多任務(wù)特性。支持呼叫信息讀出口波特率在9.6~460kbps之間可選。支持直接或Modem連接，實現(xiàn)呼叫信息的本地或遠程讀出。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
圖1所示為交換機呼叫信息緩存系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖。其主要構(gòu)成包括：
1選用Atmel公司微控制器AT89C52為核心，時鐘頻率為18.432MHz；AT89C52硬件資源分配方案如表1。
2采用Intel公司新近推出的Strata系列閃速存儲器28F320J5和28F640J5構(gòu)成緩沖存儲器陣列，硬件支持4MB、8MB、12MB或16MB緩存空間配置，采用無跳線設(shè)計。
?3擴展UART接口芯片TL16C550，采用Maxim公司的MAX3225完成CMOS與RS232C電平轉(zhuǎn)換，用于與計算機或Modem接口。此設(shè)計方案的特點是：串口收發(fā)各有16字節(jié)的硬件FIFO，速度高達460kbps；接口抗靜電能力為15kV。
?4利用AT89C52的口線構(gòu)成軟件串行接口。采用電流環(huán)I/O驅(qū)動電路和相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換電路與交換機串口連接，支持通信距離可達1km。
?5后備電池管理及DC-DC變換電路。串行輸出A/D變換器TLC0838C主要用于外部電源及電池電壓及容量的監(jiān)測，而并行輸出口74HC374芯片則用于電池充放電控制及MAX3225、電流環(huán)電路的開關(guān)控制。
?6單片串行EEPROM X25045用于系統(tǒng)參數(shù)的配置與保存、低電源電壓監(jiān)視、可編程硬件看門狗電路。
?7閃速存儲器AT29C256用于微控制器片外執(zhí)行系統(tǒng)軟件。用戶還可以利用AT89C52內(nèi)部程序存儲器中的重載模塊和AT29C256，實施系統(tǒng)軟件的在線升級。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
3.1 主流程
圖2為包括初始化和主循環(huán)的系統(tǒng)軟件主體流程。
其中，初始化程序完成系統(tǒng)主緩存容量及其讀寫斷點的檢測，包括實現(xiàn)對28F320J5與28F640J5混合配置及無跳線硬件設(shè)計的支持；從串行EEPROM中讀取系統(tǒng)配置參數(shù)，設(shè)置各種報警門限值、初始化軟串口和TL16C550硬串口波特率等；單片機和TL16C550 接口硬件的初始化編程。主循環(huán)中，后備電池管理主要包括電池工作模式及其工作時間、電池可維持系統(tǒng)工作時間及電池容量信息的管理、電池充放電控制等；LED及蜂鳴器控制提供諸如空閑緩存容量低于門限、直接或Modem連接、電池供電、軟串口連接故障等狀態(tài)的指示或聲光報警，T1定時中斷服務(wù)為其提供基準定時，而T0則用于產(chǎn)生約2.4kHz的"蜂鳴器"驅(qū)動波形。
表2為系統(tǒng)支持的命令集(共37個命令)中最基本的一部分。其中"NAK"和"ACK+檢查和"用于呼叫信息讀出協(xié)議。系統(tǒng)收到"NAK"或錯誤"檢查和"時，發(fā)送"NAK+話單"信息包(一條話單為一次電話呼叫產(chǎn)生的以CR或CR/LF結(jié)束的呼叫信息串)；收到正確"檢查和″時，發(fā)送"ACK+話單"信息包；無話單可讀出時發(fā)送響應(yīng)信息"?DISCONNECT"。此外，協(xié)議規(guī)定一般命令以問號開頭，響應(yīng)信息以感嘆號開頭。
3.2 信息緩存
交換機呼叫信息的接收及緩沖存儲，是嵌入在各功能模塊中完成的，如圖3所示。
針對Strata 閃速存儲器的編程特點，在AT89C52內(nèi)部RAM區(qū)開辟二個大小為16字節(jié)的編程緩沖區(qū)。軟串口接收到的串行數(shù)據(jù)經(jīng)動態(tài)壓縮之后依次循環(huán)填入緩沖區(qū)，一旦填滿一個緩沖區(qū)，即通知系統(tǒng)實施緩沖編程。各功能模塊在執(zhí)行過程中及時主動檢測相應(yīng)的通知標志，確保呼叫信息的實時緩存。
3.3 軟串口的實現(xiàn)
以AT89C52的INT0引腳為RXD，結(jié)合INT0邊沿中斷和T2定時中斷服務(wù)程序的設(shè)計，以軟件方式控制串行呼叫信息的采樣接收。同時通過監(jiān)測記錄串行幀起始位及LSB的特征，設(shè)計相應(yīng)的技術(shù)準則，實現(xiàn)對交換機串口輸出波特率的自動識別與跟蹤。
AT89C52為核心，選用性價比高的主存儲器和外圍接口芯片，配合強大靈活的軟件設(shè)計，開發(fā)程控交換機呼叫信息緩沖系統(tǒng)，實現(xiàn)了低成本、大容量、高實時和多任務(wù)特性。此外，系統(tǒng)還具有以下重要特點：(1)軟串口具有波特率自動識別能力；(2)信息讀出速度可達460kbps；(3)后備電池管理，聲光報警；(4)系統(tǒng)軟件在線重載；(5)命令集設(shè)計規(guī)范，功能完備；?6已通過嚴格的功能和電磁兼容測試。本系統(tǒng)適合公司、學(xué)校、科研和政府等部門程控交換機話單業(yè)務(wù)的管理。
本文以AT89C52單片機為核心，采用Intel Strata系列閃速存儲器作緩存，設(shè)計開發(fā)的新一代程控交換機呼叫信息緩沖系統(tǒng)，用于串行數(shù)據(jù)的接收、緩存和讀出，具有多任務(wù)工作特性，而且實時性好，讀出速度快，數(shù)據(jù)存儲可靠性高，使用靈活方便。
1 系統(tǒng)的基本性能要求
?1 實時緩沖能力
在緩存空間允許和系統(tǒng)供電正常的條件下，保證呼叫信息的實時接收和緩存。設(shè)計采用軟串口接收數(shù)據(jù)，波特率為300×2nbps(其中n=0~6)，并實現(xiàn)對交換機輸出波特率的自動識別與跟蹤。
?2 大容量緩存、配置靈活
支持緩存空間高達16MB，并可在1~16MB之間進行剪裁配置。支持空閑緩存容量的動態(tài)查詢和聲光報警功能，使緩存信息能被及時讀出。
?3 支持一組規(guī)范的命令
定義并支持一組規(guī)范的命令，實現(xiàn)呼叫信息的讀出和提供用戶對系統(tǒng)的維護。設(shè)計相應(yīng)的協(xié)議，以規(guī)范命令及其響應(yīng)信息的功能和特征。
?4 具備多任務(wù)特性
系統(tǒng)可以在接收和響應(yīng)用戶命令的同時，實現(xiàn)呼叫信息的實時接收和緩存。即系統(tǒng)在交換機與用戶機之間的工作，包括交換機呼叫信息的接收與緩存、用戶命令信息的接收與響應(yīng)，宏觀上具有多任務(wù)特性。支持呼叫信息讀出口波特率在9.6~460kbps之間可選。支持直接或Modem連接，實現(xiàn)呼叫信息的本地或遠程讀出。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
圖1所示為交換機呼叫信息緩存系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖。其主要構(gòu)成包括：
1選用Atmel公司微控制器AT89C52為核心，時鐘頻率為18.432MHz；AT89C52硬件資源分配方案如表1。
2采用Intel公司新近推出的Strata系列閃速存儲器28F320J5和28F640J5構(gòu)成緩沖存儲器陣列，硬件支持4MB、8MB、12MB或16MB緩存空間配置，采用無跳線設(shè)計。
?3擴展UART接口芯片TL16C550，采用Maxim公司的MAX3225完成CMOS與RS232C電平轉(zhuǎn)換，用于與計算機或Modem接口。此設(shè)計方案的特點是：串口收發(fā)各有16字節(jié)的硬件FIFO，速度高達460kbps；接口抗靜電能力為15kV。
?4利用AT89C52的口線構(gòu)成軟件串行接口。采用電流環(huán)I/O驅(qū)動電路和相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換電路與交換機串口連接，支持通信距離可達1km。
?5后備電池管理及DC-DC變換電路。串行輸出A/D變換器TLC0838C主要用于外部電源及電池電壓及容量的監(jiān)測，而并行輸出口74HC374芯片則用于電池充放電控制及MAX3225、電流環(huán)電路的開關(guān)控制。
?6單片串行EEPROM X25045用于系統(tǒng)參數(shù)的配置與保存、低電源電壓監(jiān)視、可編程硬件看門狗電路。
?7閃速存儲器AT29C256用于微控制器片外執(zhí)行系統(tǒng)軟件。用戶還可以利用AT89C52內(nèi)部程序存儲器中的重載模塊和AT29C256，實施系統(tǒng)軟件的在線升級。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
3.1 主流程
圖2為包括初始化和主循環(huán)的系統(tǒng)軟件主體流程。
其中，初始化程序完成系統(tǒng)主緩存容量及其讀寫斷點的檢測，包括實現(xiàn)對28F320J5與28F640J5混合配置及無跳線硬件設(shè)計的支持；從串行EEPROM中讀取系統(tǒng)配置參數(shù)，設(shè)置各種報警門限值、初始化軟串口和TL16C550硬串口波特率等；單片機和TL16C550 接口硬件的初始化編程。主循環(huán)中，后備電池管理主要包括電池工作模式及其工作時間、電池可維持系統(tǒng)工作時間及電池容量信息的管理、電池充放電控制等；LED及蜂鳴器控制提供諸如空閑緩存容量低于門限、直接或Modem連接、電池供電、軟串口連接故障等狀態(tài)的指示或聲光報警，T1定時中斷服務(wù)為其提供基準定時，而T0則用于產(chǎn)生約2.4kHz的"蜂鳴器"驅(qū)動波形。
表2為系統(tǒng)支持的命令集(共37個命令)中最基本的一部分。其中"NAK"和"ACK+檢查和"用于呼叫信息讀出協(xié)議。系統(tǒng)收到"NAK"或錯誤"檢查和"時，發(fā)送"NAK+話單"信息包(一條話單為一次電話呼叫產(chǎn)生的以CR或CR/LF結(jié)束的呼叫信息串)；收到正確"檢查和″時，發(fā)送"ACK+話單"信息包；無話單可讀出時發(fā)送響應(yīng)信息"?DISCONNECT"。此外，協(xié)議規(guī)定一般命令以問號開頭，響應(yīng)信息以感嘆號開頭。
3.2 信息緩存
交換機呼叫信息的接收及緩沖存儲，是嵌入在各功能模塊中完成的，如圖3所示。
針對Strata 閃速存儲器的編程特點，在AT89C52內(nèi)部RAM區(qū)開辟二個大小為16字節(jié)的編程緩沖區(qū)。軟串口接收到的串行數(shù)據(jù)經(jīng)動態(tài)壓縮之后依次循環(huán)填入緩沖區(qū)，一旦填滿一個緩沖區(qū)，即通知系統(tǒng)實施緩沖編程。各功能模塊在執(zhí)行過程中及時主動檢測相應(yīng)的通知標志，確保呼叫信息的實時緩存。
3.3 軟串口的實現(xiàn)
以AT89C52的INT0引腳為RXD，結(jié)合INT0邊沿中斷和T2定時中斷服務(wù)程序的設(shè)計，以軟件方式控制串行呼叫信息的采樣接收。同時通過監(jiān)測記錄串行幀起始位及LSB的特征，設(shè)計相應(yīng)的技術(shù)準則，實現(xiàn)對交換機串口輸出波特率的自動識別與跟蹤。
AT89C52為核心，選用性價比高的主存儲器和外圍接口芯片，配合強大靈活的軟件設(shè)計，開發(fā)程控交換機呼叫信息緩沖系統(tǒng)，實現(xiàn)了低成本、大容量、高實時和多任務(wù)特性。此外，系統(tǒng)還具有以下重要特點：(1)軟串口具有波特率自動識別能力；(2)信息讀出速度可達460kbps；(3)后備電池管理，聲光報警；(4)系統(tǒng)軟件在線重載；(5)命令集設(shè)計規(guī)范，功能完備；?6已通過嚴格的功能和電磁兼容測試。本系統(tǒng)適合公司、學(xué)校、科研和政府等部門程控交換機話單業(yè)務(wù)的管理。
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