Современные телефонные аппараты

1. Современные телефонные  аппараты

Схема телефонной связи с центральной батареей и принцип ее работы.

Для осуществления телефонной связи в цепь микрофона необходимо включить источник постоянного тока. Существуют две системы питания микрофонов

- от местной батареи

- от центральной батареи.

Питание от местной батареи осуществляется в основном в радиотелефонах, полевых телефонных аппаратах. На городских в качестве батареи могут быть использованы сухие элементы, аккумуляторы или другие источники постоянного тока. Упрощенная схема соединения абонентов в телефонной сети через АТС с центральной батареей питания GB. Для лучшего понимания цепи коммутации АТС с телефонными линиями опущены.

На АТС с центральной батареей заземлен положительный полюс. Это позволяет - в случае токов повреждения изоляции проводов линии избежать перехода разговорных с одной пары абонентов на другую, т.е избежать прослушивания разговора;

- упростить монтаж токораспределительных  устройств и проводов питания  на АТС;

- избежать разрушения электрических  соединений вследствие электролиза.

Т.к. дроссель имеет малое сопротивление на постоянном токе и большое на переменном (конденсатор естественно наоборот), то при отсутствии речевого сигнала в цепи (трубка снята, ИК - разомкнут) будет протекать только постоянный ток по контуру плюс GB, L2, первичная обмотка Т1, ВМ1, РК1, L1, минус GB Аналогичный контур образуется в цепи ВМ2.

При возникновении речевого сигнала возникает переменный (разговорный) ток, который будет протекать по другому контуру. ВМ1, РК1, С1, РК2, ВМ2, первичная обмотка Т2, С2, первичная обмотка Т1, ВМ1. Этот ток, проходя по первичным обмоткам Т1 и Т2, индуцирует во вторичных обмотках этих трансформаторов переменную ЭДС, которая, в свою очередь, индуцирует переменный ток, приводящий в колебательное движение мембраны телефонов BF1 и BF2 В результате в телефонах будет слышно то, что сказали в микрофон ВМ1. Аналогичный контур возникает при поступлении речевого сигнала на ВМ2.

Переменный (разговорный) ток не замыкается через центральную батарею, так как сопротивление дросселей для этого тока велико.

На АТС в качестве дросселей часто используются двухобмоточные реле, служащие одновременно для получения сигнала о вызове станции абонентом и сигнала окончания разговора (отбоя).

Структурная схема кнопочного телефонного аппарата и принцип его работы.

Рассмотрим принцип работы ТА по структурным схемам. При снятии трубки, рычажный переключатель SB подключает ТА к линии АТС. В результате образования делителя, напряжение на линейных зажимах снижается до величины 5 + 15 В. При этом схема «отбой», вследствие подачи напряжения в схему, осуществляет начальную установку ИС НН (режим готовности к набору номера).

В режиме готовности к набору номера ИС НН вырабатывает сигналы управления ИК и РК, вследствие которых разговорный узел, состоящий из микрофонного и телефонного усилителей и противоместной схемы, посредством разговорного ключа подключается к линии и в трубке прослушивается ответ станции (гудок). ИК - находится в разомкнутом (закрытом) состоянии.

При нажатии кнопок клавиатуры, ИС НН формирует последовательности импульсов, управляющих работой ИК и РК. ИК замыкает линию накоротко и размыкает ее, формируя посылки постоянного тока управляющие работой АТС. РК отключает разговорный узел от общего провода на время следования посылок набора номера, что устраняет неприятные щелчки в телефоне трубки при наборе номера.

По окончании набора РК вновь подключает разговорный узел и в трубке слышны тональные посылки АТС, свидетельствующие об окончании процесса соединения и поступлении на линию вызываемого абонента посылок вызывного сигнала. При снятии абонентом трубки. Вы слышите его голос.

По окончании разговора трубка укладывается на рычаг. Рычажный переключатель SB размыкает цепь и схема ТА переходит в дежурный режим. В дежурном режиме схема питания микросхемы обеспечивает подпитку ОЗУ ИС НН, в котором хранится последний набранный номер, схема «отбой» запрещает набор номера с клавиатуры с целью сохранения последнего набранного номера, а вызывное устройство готово к приему сигналов вызова АТС.

При поступлении сигнала вызова от АТС, вызывное устройство вырабатывает звуковые сигналы информирующие о вызове другим абонентом. До снятия трубки схема ТА находится в дежурном режиме. При снятии трубки ИС устанавливается в исходное состояние с той лишь разницей, что вместо ответа станции (гудка). Вы слышите голос вызывающего вас абонента.

При кратковременном нажатии на рычажный переключатель, или нажатии кнопки «отбой» на наборном поле клавиатуры, посредством схемы «отбой» ТА переводится в исходное состояние.

Основные сигналы взаимодействия телефонного аппарата и АТС.

Установление соединения между входом и выходом КС осуществляется под воздействием управляющих сигналов, поступающих на коммутационные приборы соответствующих ступеней искания.

Для управления процессом установления соединений на АТС используются управляющие устройства (УУ), которые взаимодействуют с приборами КП, а также с линейными и станционными комплектами.

Основные функции УУ:

1. Прием сигналов управления от линейных и станционных приборов.

2. Распределение принятых сигналов по отдельным функциональным блокам (ФБ) управляющих устройств.

3. Определение состояния коммутационных приборов и линий.

4. Выбор соединительного пути между входом выходом в КП станции, ступени, КБ.

5. Включение коммутационных приборов, соответствующих выбранному соединительному пути.

6. Выдача команд для посылки абонентам акустических сигналов на определенных ЭУС (“ответ станции”, ”занято”, ”КПВ”,”ПВ”).

7. Выполнять операции по предоставлению ДВО, учету нагрузки и потерь, техническому обслуживанию станции.

Совокупность сигналов, используемых для взаимодействия АТС и передачи информации на различных ЭУС называется системой телефонной сигнализации. Сигналы, передаваемые по абонентским и соединительным линиям в прямом и обратном направлениям разделяются на три группы: линейные, управления, информационные (акустические).

В ЦСК есть дополнительные сигналы управления и информации.

Линейные сигналы передаются по линиям в прямом и обратном направлениях. Они характеризуют состояние соединительного тракта, т. е. отмечают основные ЭУС.

Сигналы управления передаются между ТА и УУ и между самими УУ в процессе установления соединения. Под воздействием этих сигналов осуществляется процесс установления соединения. В основном это адресная информация, способ передачи информации, категория вызова, запрос АОН и т.д.

Информационные акустические сигналы передаются в основном в обратном направлении (от АТС в ТА) и служат для информации абонентов о состоянии устанавливаемого соединения (см. картинку). В ЦСК есть еще ряд таких сигналов (например, предупреждение абонента, занятого местным соединением о поступлении междугородного и т.д.)

Передача этих сигналов, состав каждого из них зависит от типа оборудования АТС, структуры сети (местная, междугородная), способа построения УУ (индивидуальные, общие, программные), способа передачи этих сигналов и т. д.

Линейные сигналы передаются:

1. шлейфным способом (по АЛ)

2. частотным по ВСК (выделенным сигнальным каналам)

3. двоичным кодом по ОКС (общий канал сигнализации)

4. батарейный способ (по2х и 3х проводным СЛ)

5. индуктивный способ на СТС по 2х- проводным физическим линиям

Сигналы управления:

1. По разговорным проводам многочастотным способом ”2 из 6” - АТСК

2. двоичный код – по ОКС – ЦСК

3. шлейфный и батарейный способ при работе с ДШАТС.

ЗАДАЧА

Нарисовать временные диаграммы изменения напряжения на выходе телефонного аппарата при импульсном и частотном наборе номера (набираемый номер - 16)

Временная диаграмма при импульсном наборе

Временная диаграмма при частотном наборе номера

2. Факсимильные аппараты

Структураня схема факсимильной передачи изображений.

Передаваемое изображение — оригинал — разбивается на элементарные площадки. Яркость этих площадок при отражении (или пропускании) падающего на них светового потока преобразуется в электрические импульсы, которые в определенной последовательности передаются по каналу связи. На приеме эти электрические сигналы в той же последовательности преобразуются в соответствующие элементы изображения на каком-либо носителе записи. В результате получается копия изображения (факсимиле).

Любое изображение можно рассматривать как совокупность большого числа элементов, способных в различной степени отражать падающий на них свет. Образование элементарных площадок (растр-элементов) происходит за счет перемещения по поверхности изображения светового луча, создаваемого светооптической системой. Процесс перемещения луча называется разверткой, в результате действия которой изображение разбивается на строки. Отраженный световой поток попадает на фотоэлектрический преобразователь, выходной электрический сигнал которого повторяет форму входного светового сигнала. Узлы передающей аппаратуры, обеспечивающие развертку изображения и фотоэлектрическое преобразование, объединяются в группу анализирующих устройств

Структурная схема факсимильной связи

В приемном аппарате осуществляется обратное преобразование переданных электрических сигналов в той же последовательности, что и на передаче. Соответствующие электрические (или преобразованные световые) сигналы вызывают окрашивание элементарных площадок на поверхности носителя записи. В результате записанное построчно изображение — копия переданного совокупность устройств, осуществляющих эти преобразования, объединяется в группу синтезирующих устройств

Какое бы изображение ни передавалось по каналу связи, сигнал на выходе фотоэлектрического преобразователя является аналоговым, т.е. непрерывным по уровню и времени видеосигналом. В аналоговых аппаратах факсимильной связи (аппараты группы 1 и 2) этот сигнал после усиления переносится в область высоких частот и непосредственно передается в линию связи.

В цифровых факсимильных системах аналоговый сигнал подвергается квантованию, дискретизации по времени и кодированию. После этих преобразований цифровой сигнал по своей структуре ничем не отличается от аналогичных сигналов систем передачи данных. Современные факсимильные аппараты — как правило, цифровые. Цифровые факсимильные аппараты (стандарт группа 3). Аппараты этой группы характеризуются плоскостной разверткой и электронным анализирующим устройством на приборах с зарядовой связью (ПЗС). Обычно используется однострочная линейка ПЗС на 2048 элементов. Запись изображения производится многоэлектродными головками на электростатическую или электротермическую бумагу

Параметры факсимильной передачи.

1) Размер передаваемого изображения. Стандартный формат изображения – 220 х 290 мм, при передаче газетных полос он составляет 422 х 600 мм.

2) Скорость факсимильной  передачи, измеряемая количеством  строк, передаваемых в минуту. При передаче изображений по телефонным и радиотелефонным каналам стандартизованы скорости 60, 120 и 250 строк в мин. Передача газетных полос ведётся со скоростями 178, 1500 или 2250 строк в минуту.

3) Время передачи изображения. Оно составляет (в зависимости от скорости передачи): для формата 220 Х 290 мм – от 6 до 25 мин, для газетной полосы – от 2,8 до 50 мин.

4) Чёткость, или разрешающая  способность, характеризующая качество  воспроизведения мелких деталей  изображения. Измеряется максимальным  количеством линий, приходящихся  на 1 мм длины строки, которые раздельно (не сливаясь) воспроизводятся приёмником. Значение чёткости в обычных  факсимильных аппаратах – 5 линий  на мм, а в аппаратуре для передачи газетных полос – от 13 до 16 линий на мм.

5) Количество градаций  оптической плотности, раздельно  воспроизводимых на принятой  копии (только для полутоновых  аппаратов)

Метод сжатия факсимильных сообщений - модифицированный код Хаффмена.

Известно, что факсимильное сообщение обладает большой избыточностью. Для сокращения этой избыточности применяется кодирование источника с использованием различных кодов, одним из часто используемых является модифицированный код Хаффмена (МКХ) (рекомендация Т.4 МСЭ-Т). МКХ является неравномерным кодом, обеспечивающим сжатие дискретных факсимильных сигналов путем кодирования черных и белых элементов изображения. Каждая серия элементов изображения, длина которой больше 64, разбивается на две серии — основную длиной N х 64 (где N-целое число) и завершающую длиной 0...63.

Быстродействие факсимильных аппаратов групп 3 и 4 значительно выше, чем аппаратов групп 1 и 2, благодаря сжатию данных. Зная источник данных (а это чаще всего белый лист бумаги с черными отметками), можно уменьшить объем данных для передачи, если подсчитывать число соседних белых или черных элементов изображения и передавать двоичный код этого числа.

Чтобы уменьшить число передаваемых битов, кодовые слова, представляющие число белых и черных элементов изображения, должны формироваться очень аккуратно. Структура кодового слова должна быть уникальной, чтобы слово могло быть безошибочно распознано на приемном конце и не принято за другой код. Для уменьшения объема данных кодовые слова выбираются разной длины, причем наиболее часто встречающимся сериям элементов изображения для белого и черного соответствуют наиболее короткие коды.

В факсимильных аппаратах группы 3 используется модифицированный код Хаффмена. В каждой сканируемой строке насчитывается не менее 1728 точек. Кодированные данные всегда начинаются с числа точек белого поля; это может быть 0, если первый элемент изображения черный. Если число соседних белых или черных элементов изображения равно 63 и меньше, то посылается так называемое завершающее кодовое слово длиной до 12 бит. Если длина серии элементов изображения одного цвета превышает 63, то кодовое слово образуется из так называемого кода приближения, за которым следует завершающий код. Завершающие кодовые слова имеются для чисел от 0 до 63. Кодовые слова приближения соответствуют числам, кратным 64, вплоть до числа 1728. Предположим, что обнаружена серия из 153 черных точек. В этом случае используется кодовое слово приближения для 128 точек (000011001000) и завершающее кодовое слово для остальных 25 точек (00000011000). Таким образом, передается код 00001100100000000011000. Каждая строка завершается кодом конца строки EOL (end of line), который представляет собой 11 нулей, за которыми следует единица (000000000001). Если принимающему аппарату требуется время на восстановление печатающего устройства, то в сообщениях при начальном установлении соединения производится обмен информацией об этом обстоятельстве. Передающий аппарат будет создавать паузу, вводя нули в передаваемые данные перед сообщением EOL.

ЗАДАЧА

1)Рассчитать время передачи  штрихового изображения одной  страницы формата А4, для разных  режимов разрешающей способности - стандартной, улучшенной и сверхвысокой  ( STANDART, FINE, Super FINE).

Модем факсаппарата использует модуляцию, соответствующую

Рекомендации V.29 (скорость передачи данных R=9600 бит.с, скорость модуляции B=2400 Бод).

2) Изобразить осциллограмму  модулированного сигнала на выходе  факс-аппарата, передающего  двоичную  последовательность, отображающую  двоичную запись 126.

3)Изобразить фрагмент  строки, отображенный этой двоичной  последовательностью ( 1- белое, 0- черное).

Решение:

Время передачи штрихового изображения 1 страницы формата А4 для разных режимов разрешающей способности рассчитываем по формуле:

, где 

прэ = 1728- количество растровых элементов на строке.

пстрок -  количество строк на 1 странице формата А4.

STANDART (3,85 линий/мм)    Nстр = 1145 строк;

FINE              (7,7 линий/мм)     Nстр =  2290 строк;

SUPER FINE (12 линий/мм)      Nстр = 3569 строк;

R =9600 бит/с – скорость передачи информации.

Тогда получаем:

Двоичная форма представления цифр 0, 5, 2:  010 = 00002

510 = 01012

210 = 00102

Параметры модулированных элементов сигнала:

3. Многофункциональный  терминал на базе персонального компьютера.

Назначение и структурная схема многофункционального терминала.

Многофункциональный терминал представляет собой сложный комплекс  аппаратных и программных средств. Позволяет передавать и принимать сообщения различной природы: речевые, факсимильные, телексные, электронную  почту, файлы, мультимедийные сообщения.

Основным средством терминала является компьютер. С терминала производится запуск задачи, а на экран выводятся результаты. Компьютер может эмулировать работу терминала. Работая с удаленным информационным сервером, компьютер работает как терминал, получая меню и результаты от сервера.

Многофункциональный терминал должен выполнять следующие функции:

- обмен документальной  информацией с абонентами сетей  передачи данных  и телеграфных  сетей (АТ/ТЕЛЕКС) как в интерактивном, так и в неинтерактивном режимах;

- обеспечение  возможности взаимодействия с  телеграфной сетью общего пользования; 

- обеспечение  передачи-приема факсимильных сообщений;

- обеспечение  взаимодействия с кассовым аппаратом

Рисунок -8. Структурная схема  многофункционального  терминала (ПК) 

Плата адаптера последовательного порта компьютера, её устройство и выполняемые функции.

Структурная схема платы контролера (адаптера) последовательного порта представлена на рисунке 9.

Рисунок- 9.  Структурная  схема  платы  адаптера  последовательного  порта.

Компьютер может быть оснащен одним или двумя адаптерами портов последовательной передачи данных. Эти адаптеры портов расположены либо на отдельных платах, вставляемых в соты расширения материнской платы.

Бывают также платы, содержащие четыре или восемь адаптеров портов  последовательной передачи данных. Их часто используют для подключения компьютеров или терминалов к одному центральному компьютеру. Эти платы имеют название «мультипорт».

Аппаратная реализация интерфейса RS-232 включает в себя последовательный адаптер и механический интерфейс.

Преобразование ТТЛ уровней в уровни интерфейса RS-232, и наоборот, производится передатчиками и приемниками EIA, входящими в состав микросхем.

Обычно передача данных осуществляется на одной или нескольких скоростях: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200Бод. Средства BIOS компьютера поддерживают скорости до 9600Бод включительно. Тактовая частота составляет 1,8432МГц и стабилизирована благодаря использованию кварцевого генератора.

Из этой частоты формируются все остальные необходимые частоты.

В основе последовательного порта передачи данных лежит микросхема INTEL 8250 или её современные аналоги. Эта микросхема является универсальным асинхронным приемопередатчиком (UART-Universal Asynchronous  Receiver Transmitter). Микросхема содержит несколько внутренних регистров  доступных через команды ввода/вывода.

Микросхема 8250 содержит регистры передатчика и приемника данных. При передаче байта он записывается в буферный регистр передатчика, откуда затем переписывается в сдвиговый регистр приемника. Байт «выдвигается» из сдвигового регистра по битам.

Точная последовательность операций выполняемых UART в каждой конкретной ситуации контролируется внешними параметрами. В общих чертах работу UART в режимах приема/передачи можно описать следующим образом.

При передаче символа, UART должен выполнить следующие операции:

- принять кодовую комбинацию  символа в параллельной форме  через системную шину компьютера;

- преобразовать кодовую  комбинацию символа в последовательность  отдельных битов (параллельно-последовательное  преобразование);

- сформировать стартстопную  кодовую комбинацию символа путем  добавления к информационным  разрядам стартового, стопового  и возможно, бита паритета;

- передать стартстопную  комбинацию символа на интерфейс  с требуемой скоростью;

- сообщить о готовности  к передаче следующего символа.

При приеме символа, UART должен выполнить обратную последовательность действий:

- принять данные в последовательной  форме;

- проверить правильность  структуры стартстопной комбинации: стартовый бит, информационные разряды, бит паритета, если выявлена ошибка, выдать сигнал ошибки;

- осуществить проверку  паритета, если есть ошибка выдать  сигнал ошибки паритета;

- преобразовать стартстопную комбинацию символа в последовательность информационных разрядов, и передать их в параллельной форме в оперативную память компьютера;

- сообщить, что символ  принят.

Первые адаптеры   последовательной связи фирмы IBM были построены на микросхемах INS 8250 фирмы National Semiconductor. За прошедшее время эта микросхема несколько раз модернизировалась. Выпускались и многочисленные функциональные аналоги другими производителями микросхем.  Тем  не менее, все модификации микросхемы 8250 идентичны между собой по большинству своих функциональных характеристик. Микросхемы 8250 рассчитаны на максимальную скорость 38400 бит/с. В настоящее время UART такого типа практически не используют.

Появившиеся позже микросхемы UART серии 16450 рассчитаны на максимальную скорость 115200 бит/с.

Однако на сегодняшнем уровне технике связи с её высокими скоростями передачи информации и многозадачности операционными системами микросхемы такого типа стали «узким местом» коммуникационной аппаратуры. Чтобы исправить ситуацию, были разработаны и выпущены микросхемы типа 16550(РС 16550С/NS16550АF и ряд функциональных аналогов).

По умолчанию микросхема 16550 работает в режиме микросхемы 8250 и может быть установлена вместо микросхемы 8250. В совместном режиме она  является полным функциональным аналогом UART 8250 и 16550 и в отличие  от микросхемы UART более ранних выпусков микросхема 16550 имеет второй режим работы, предусматривающий сокращение вмешательства центрального процессора в процедуру последовательной передачи данных. В этом режиме буферные регистры приемника и передатчика расширяются от одного до 16 байт и управляются с использованием логики FIFO (First In – First Out  -  первым пришел - первым вышел). Буфер FIFO приемника используется также для хранения трех битов информации об ошибках для каждого символа. Ошибки паритета, форматирования и сигналы прерывания буферируются вместе с символом, к которому они относятся.

Микросхема 16550 выполняет следующие функции:

• обеспечивает простой интерфейс между шиной компьютера и модемом или другими внешними устройствами;

• автоматически добавляет, удаляет и проверяет форматирующие биты;

• генерирует и проверяет биты паритета под управлением специальной  программы;

• выделяет указатели состояния операции передачи и приема, а также  состояния линии передачи данных и устройства сопряжения;

• содержит встроенные сдвиговые регистры и регистры хранения для операции передачи и приема данных, что исключает необходимость точной синхронизации работы процессора с потоком данных;

• содержит программируемый генератор-контроллер скорости передачи, работающий с внешним опорным сигналом частотой до 24МГц;

• содержит встроенные средства самотестирования;

• может работать под управлением программного обеспечения, разработанного для микросхем 8250 и 16450;

• внутренние буферы позволяют хранить до 16 символов и связанную  с ними служебную информацию при операциях передачи и приема данных.

Программа имеет доступ только к буферным регистрам, копирования информации в сдвиговые регистры и процесс сдвига выполняется микросхемой  UART автоматически.

К внешним устройствам, асинхронный последовательный порт подключается через специальный разъем. Существует два стандарта на разъемы интерфейса RS-232С, это DВ-25 и DВ-9. первый имеет 25, а второй 9 выводов.

Назначение и устройство модема.

На передаваемые сигналы могут влиять шумы, импульсные помехи, замирание сигнала,   колебания амплитуды, ограничение частотного диапазона. Также абонентские линии вносят в сигнал значительную долю искажений: затухание, перекос энергетического спектра сигнала, импеданс линии. Основной функцией модема является согласование спектра сигнала источника сообщений с частотными характеристиками канала ТЧ. Кроме этого модемы обеспечивают защиту от ошибок, сжатие данных, шифрацию информации и другие функции.

Модемы обеспечивают преобразование цифрового информационного сигнала в аналоговый сигнал (модуляция) для передачи по аналоговым линиям связи и обратное преобразование принятого аналогового сигнала снова в цифровой (демодуляция).