Разработка коммутатора
СОДЕРЖАНИЕ
Введение . . . . . . . . . . 4
Задание на курсовой проект . . . . . . . . 6
1 Разработка функциональной схемы коммутатора . . . . 7
2 Назначение элементов
и принцип работы коммутатора .
3 Постановка требований к узлам коммутатора . . . . . 12
3.1 Последовательно-параллельный преобразователь . . . 12
3.2 Речевое и адресное запоминающие устройства . . . . 17
3.3 Мультиплексоры адреса АЗУ и РЗУ . . . . . 20
3.4 Счетчик . . . . . . . . . . 22
3.5 Параллельно - последовательный преобразователь . . . 24
4 Расчет блокировок
Заключение . . . . . . . . . .
Список литературы . . . . . .
Приложение А – Схема электрическая принципиальная . . . 33
Приложение Б – Спецификация . . . . . . . 34
Приложение В – Временные диаграммы работы коммутатора . . 35
Введение
Развитие науки и ускорение технического прогресса невозможны без совершенствования средств связи, систем сбора, передачи и обработки информации. В вопросах развития сетей связи страны большое внимание уделяется развитию систем передачи и распределения (коммутации) информации.
Способ пространственно-
В коммутаторе цифровых потоков возможна:
- полнодоступная коммутация любого канала 64 кбит/с в любой из потоков
- конвертирование межстанционных протоколов сигнализации анализ всех транслируемых цифр номера набираемого абонентом с определением нужного направления связи
- обеспечение стыков с линейными трактами с различными линейными кодами
- организация прямых, транзитных и удаленных абонентов фиксирование, хранение и выдача на терминал оператора подробной информации по всем типам соединений
- полное администрирование коммутатора с удаленного ЦТО фиксирование и отображение пожарно-охранной сигнализации со всех сельских АТС
- уменьшение энергопотребления и габаритов оборудования
Модуль предназначен для работы на телефонных сетях и сетях передачи данных в качестве полнодоступного коммутатора, кросс-коннектора цифровых каналов и конвертера протоколов межстанционной сигнализации. В устройстве используется коммутационное оборудование с пространственно-временным разделением каналов.
При работе в цифровой сети устройство работает в синхронном режиме по принципу иерархической синхронизации. Синхронизация от ведущей станции осуществляется через ИКМ потоки.
Особенности цифровых коммутационных устройств с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) сигналов: процессы на входах, выходах и внутри устройств согласованы по частоте и времени (синхронные устройства). Для коммутации стандартных цифровых потоков используется пространственно – временной коммутатор. Коммутатором в телефонии называется n×m – полюсник, предназначенный для соединения информационных сигналов любого из своих n-входов с любым из m-выходов.
В данном курсовом проекте спроектирован пространственно – временной коммутатор согласно техническому заданию.
Задание на курсовой проект
Разработать пространственно-временной коммутатор потоков ИКМ – 30 (32 канала), и построить на его основе коммутационное поле с расчетом коэффициента блокировок.
Исходные данные:
– общее число входов коммутационного поля N = 64;
– число входов одного коммутатора n = 8;
– число коммутаторов в среднем звене m = 7;
– вероятность блокировки р = 0,5.
Структура коммутационного
Рисунок 1 – Структура коммутационного поля
Для реализации данного коммутационного поля необходимо спроектировать пространственно- временной коммутатор 8х7.
Проектирование пространственно-временного коммутатора
- Разработка функциональной схемы пространственно-временного коммутатора
Функциональная ная схема пространственно-временного коммутатора 6х6 представлена на рисунке 2. Данный коммутатор осуществляет пространственно-временную коммутацию входящих ИКМ трактов в исходящие ИКМ тракты.
Рисунок 2 – Условная структурная схема пространственно - временного коммутатора
Обозначения на схеме:
S/P - последовательно-параллельный преобразователь;
P/S - параллельно-последовательный преобразователь;
РЗУ - речевое запоминающее устройство;
АЗУ - адресное запоминающее устройство;
СЧ - счетчик;
МX1 - мультиплексор адреса РЗУ;
МX2 - мультиплексор адреса АЗУ
В качестве входного сигнала используется ИКМ-30
Параметры ИКМ-30:
Число канальных интервалов – 32
Длительность цикла – 125 мкс
Число разрядов в канальном интервале – 8
Определим тактовую частоту и цикловую частоту:
- Назначение элементов и принци
п работы пространственно - временного коммутатора
Последовательно-параллельный преобразователь S/P осуществляет преобразование входящих ИКМ трактов, представленных в последовательной форме, в параллельную форму.
С выхода последовательно - параллельного преобразователя поступает на вход данных РЗУ. В РЗУ происходит регулярная запись под воздействием сигналов со счетчика, являющихся адресами для РЗУ. В нулевую ячейку записывается 0-й канал 0-го тракта, в первую - 0-й канал 1-го тракта и т.д.
От внешнего управляющего устройства по шинам Nвх и Nисх поступает информация о том, какие каналы входящих и исходящих цифровых трактов должны быть соединены между собой. Информация о номере входящего канала и тракта записывается в адресное АЗУ по адресу, равному номеру исходящего канала и тракта, приходящему через мультиплексор (МХ2).
РЗУ предназначено для записи и хранения в определенных ячейках, по адресам счетчика, кодовых комбинаций и считывания их в нужный момент времени.
АЗУ используется для записи и хранения информации о том, какой входящий и исходящий канал необходимо коммутировать, и в последующем обеспечивает считывание в нужный момент времени номера входящего канала на адресные входы РЗУ при помощи счетчика.
Счетчик в свою очередь выдает адреса на РЗУ для записи по ним входящих каналов, а на АЗУ для считывания по ним номеров входящих каналов.
Дешифратор, получая адреса со счетчика, выдает логическую 1 на соответствующих выводах, что необходимо для разрешения параллельной загрузки информации на регистры S/P, и P/S при преобразовании кода в последовательную форму в исходящем тракте.
Мультиплексор МX1 осуществляет автоматическое включение на адресный вход РЗУ сигналов со счетчика (в режиме записи) или сигналов с выхода АЗУ (в режиме считывания).
Мультиплексор МX2 осуществляет автоматическое включение на адресный вход АЗУ сигналов со счетчика (в режиме считывания) или сигналов с регистра номера исходящего канала (в режиме записи).
Параллельно-последовательный преобразователь P/S преобразует параллельную кодовую комбинацию с выхода РЗУ в последовательную форму для последующей коммутации с заданным исходящим каналом.
Считанная под управлением адресов, приходящих со счетчика (СЧ) через (MX2) с выходов адресного ОЗУ, информация через MX1 поступает на адресные входы РЗУ. По этим адресам канальная информация входящих трактов, ранее записанных в РЗУ, считывается оттуда и после параллельно–последовательного преобразователя (P/S) поступает в требуемые канальные интервалы исходящих цифровых трактов.
- Постановка требований к узлам пространственно-временного коммутатора
Разрядность и производительность пространственно-временного коммутатора (рисунок 2) напрямую зависит от количества входящих и исходящих цифровых трактов и скорости передаваемой по ним информации. Все поступающие на коммутатор входящие тракты синхронизированы по тактовой и цикловой частоте, т. е. начала циклов (нулевые канальные интервалы) случаются одновременно.
3.1 Последовательно-параллельный преобразователь
На входы параллельной загрузки 8-ми разрядных регистров Рег1 – Рег8 последовательно-параллельного преобразователя поступают сигналы 8 входящих трактов. Первые 6 из них несут полезную информацию, а остальные 2 не несут информации, так как по техническому заданию дано n=6. Дешифратор (DC), подключенный к младшим разрядам счётчика, управляет поочерёдной записью в регистры параллельных выборок одноимённых разрядов канальных слов входящих трактов с ИКМ. После окончания записи в регистрах под управлением сигнала тактовой частоты, приходящего со счётчика, осуществляется поразрядный сдвиг информации вправо. Сигналы с выходов регистров подаются на входы семи регистров сдвига, которые обеспечивают задержку своих входных сигналов на 7, 6, 5, …1 тактовый интервал, начиная с верхнего. Выходной сигнал нижнего регистра RG8 проходит на выход без задержки. В результате осуществлённых задержек выборок разрядов канальных слов на выходах последовательно-параллельного преобразователя формируется групповой сигнал восьми входящих трактов с ИКМ, в котором вначале следуют нулевые каналы входящих трактов, начиная с первого по восьмой, затем первые каналы и т.д.
Рисунок 3 – Функциональная схема последовательно-параллельного преобразователя
Канальные слова на выходах регистров сдвига RG9 – RG15, RG8 последовательно-параллельного преобразователя представлены восьмиразрядными словами в параллельном коде с длительностью, равной периоду тактовой частоты входящих трактов с ИКМ. Данное устройство обеспечивает при подаче на его входы группового сигнала (восьми трактов в параллельной форме) обратное преобразование из параллельной формы в последовательную.
Первая ступень
Назначение выводов и таблица истинности микросхемы К155ИР9 приведены в таблицах 1 и 2.
Рисунок 3 – Условное графическое обозначение микросхемы К155ИР9
Таблица 1 – Назначение выводов микросхемы К155ИР9.
Выводы |
Назначение |
Обозначение |
1 |
Разрешение параллельной Загрузки |
РЕ |
10 |
Вход последовательной Загрузки |
S1 |
11-14, 3-6 |
Входы параллельной загрузки |
D0 - D7 |
2 |
Тактовый вход |
С |
15 |
Разрешение тактовым импульсам |
СЕ |
16 |
Питание |
Ucc |
|
8 |
Общий |
0 |
7 |
Выходы |
Q7 |
Таблица 2 – Таблица истинности микросхемы К155ИР9.
Режим работы |
Входы |
Внутреннее состояние |
Выходы | |||||
РЕ |
СЕ |
С |
S1 |
D0-D7 |
Q0 |
Q1…Q6 |
Q7 | |
|
Параллельная загрузка |
0 |
X |
X |
X |
0 |
0 |
0…0 |
0 |
0 |
X |
X |
X |
1 |
1 |
1…1 |
1 | |
Последовательный сдвиг |
1 |
0 |
0 |
Х |
0 |
Q0…Q5 |
Q6 | |
|
1 |
0 |
1 |
Х |
1 |
Q0…Q5 |
Q6 | ||
|
Хранение |
1 |
1 |
Х |
Х |
Х |
Q0 |
Q1…Q6 |
Q7 |
Вторая ступень
Рисунок 4 – Условное графическое обозначение микросхемы К155ИР13
Сдвиг вправо обеспечивается подачей уровня логического нуля на вход S0 и уровня логической единицы на вход S1. На информационные входы D0-D7 и вход сдвига влево DL подается уровень логического нуля, а на вход сброса R - логической единицы.
Назначение выводов
и таблица истинности
Таблица 3 - Назначение выводов микросхемы К155ИР13
Выводы |
Назначение |
Обозначение |
3,5,7,9,15, 17,19,21 |
Информационные входы |
D0 - D7 |
|
11 |
Вход синхронизации |
C |
2 |
Сдвиг вправо |
DR |
22 |
Сдвиг влево |
DL |
1,23 |
Выбор режима |
S0(PE) ,S1 |
|
13 |
Вход сброса |
R(CE) |
4,6,8,10,14 16,18,20 |
Информационные выходы |
Q0-Q7 |
|
24 |
Питание |
Ucc |
|
12 |
Общий |
0 |
С |
R |
S0 |
S1 |
DR |
DL |
Dn |
Q0 |
Q1 … Q6 |
Q7 |
Режим работы |
X |
0 |
X |
X |
X |
X |
X |
0 |
0 … 0 |
0 |
Сброс |
- |
1 |
0 |
0 |
X |
X |
X |
Q0 |
Q1 … Q6 |
Q7 |
Хранение |
- |
1 |
1 |
0 |
X |
0 |
X |
Q1 |
Q2 … Q7 |
0 |
Сдвиг влево |
- |
1 |
1 |
0 |
X |
1 |
X |
Q1 |
Q2 … Q7 |
1 | |
- |
1 |
0 |
1 |
0 |
X |
X |
0 |
Q0 … Q5 |
Q6 |
Сдвиг вправо |
- |
1 |
0 |
1 |
1 |
X |
X |
1 |
Q0 … Q5 |
Q6 | |
|
- |
1 |
1 |
1 |
1 |
X |
dn |
d0 |
d1 … d6 |
Q7 |
Параллельная загрузка |
Таблица 4 - Таблица истинности микросхемы К155ИР13
В качестве дешифратора используем микросхему К155ИД10. Дешифратор формирует сигналы разрешения параллельной загрузки РЕ, которые поступают на вход регистров К155ИР9. На вход DI1 подается сигнал частотой , на DI2 – , на DI4 – со счетчика. На вход DI8 подается уровень логического нуля.
Рисунок 6 – Условное графическое обозначение микросхемы К155ИД10
Назначение выводов и таблица истинности микросхемы К155ИД10 приведены в таблицах 5 и 6.
Т а б л и ц а 5 – Таблица истинности микросхемы К155ИД10
Входы DI |
Выходы DO | ||||||||||||
DI8 |
DI4 |
DI2 |
DI1 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
Т а б л и ц а 6 – Назначения контактов микросхемы К155ИД10
Выводы |
Назначение |
Обозначение |
12–15 |
Информационные входы |
DI1, DI2, DI4, DI8 |
1–7, 9–11 |
Выходы |
DO0 – DO9 |
8 |
Общий |
0 |
16 |
Питание |
Ucc |
Такой последовательно-параллельный
преобразователь вносит задержку на
один канальный интервал. Таким образом,
при последовательно-
3.2 Речевое и адресное запоминающие устройства
Тип микросхем речевого и адресного запоминающего устройств выбираем по критериям быстродействия и емкости.
Для исключения потери информации содержимого входящих цифровых трактов, за время цикла необходимо успеть осуществить запись восьмиразрядных слов в РЗУ и считать их оттуда (где n – количество входящих трактов, К – количество каналов ИКМ в каждом тракте). Поэтому быстродействие речевого и адресного запоминающего устройства определяется временем выборки адреса по формуле:
(1) |
По заданию у нас коммутатор , однако, чтобы не нарушать стандартную структуру коммутатора берем , в котором все 8 трактов информационные. Количество каналов в ИКМ – 30 .
Длительность цикла .
Определим емкость РЗУ. Он должен запомнить восьмиразрядных слов. Поэтому емкость теоретически равна:
Определим разрядность адресной шины по формуле:
(2) |
≈ 8
Определим емкость АЗУ. Он должен запомнить – разрядных слов. По заданию у нас коммутатор , однако, чтобы не нарушать стандартную структуру коммутатора берем , в котором 7 трактов информационные, а 1 не несет информации и заполнен либо «0», либо «1». Поэтому емкость теоретически равна:
Для унификации РЗУ и АЗУ возьмем
Определим разрядность адресной шины по формуле (2):
8
В качестве АЗУ и РЗУ выбираем микросхему М1821РУ55
Рисунок 6 - Условное графическое обозначение микросхемы М1821РУ55
Таблица 7 - Назначение выводов микросхемы М1821РУ55
Выводы |
Назначение |
Обозначение |
1-8 |
Адресные входы |
А0–А7 |
9-16 |
Входы данных |
DI0–DI7 |
17-24 |
Выходы данных |
DO0–DO7 |
25, 26 |
Выбор микросхемы |
CS1, CS2 |
27 |
Сигнал запись – считывание |
|
28 |
Разрешение по выходу |
|
29 |
Напряжение питания |
UCC |
|
30 |
Общий |
ОВ |
Таблица 8 – Технические характеристики микросхемы М1821РУ55
Наименование |
Значение |
Информационная емкость |
2048 бит |
Организация |
256 слов´8 разряда |
Напряжение питания |
5,0 В 10% |
Динамическая потребляемая мощность (н.к.у) |
27,5 мВт |
Потребляемая мощность в режиме хранения |
0,55 мВт |
Диапазон рабочих температур |
-60…+850С |
Время выборки |
140 нс |
Выходное напряжение низкого уровня максимальное минимальное |
не более 0,4 В не менее 0,05 В |
Выходное напряжение высокого уровня максимальное минимальное |
не более 4,95 В не менее 3,0 В |
Входной ток низкого уровня высокого уровня |
не более 0,1 мкА не менее 1,0 мкА |
Выходной ток низкого уровня высокого уровня |
не более 0,5 мкА не менее 5,0 мкА |
Время выборки адреса |
не более 170 нс |
Время задержки распространения от входа считывания к выходам данных |
не менее 10 нс |
Время задержки распространения от входа записи к выходу порта |
не более 400 нс |
Время сохранения сигнала данных относительно сигнала считывания |
не более 100 нс |
Максимальная частота следования импульсов тактовых сигналов на входе |
не более 3 МГц |
Напряжение питания в режиме хранения |
не менее 2 В |
Входная емкость |
не более 10 пФ |
Емкость входа/выхода |
не более 20 пФ |
Таблица 9 - Таблица истинности микросхемы М1821РУ55
CS1 |
CS2 |
/ |
A0 - A7 |
DI0 – DI7 |
DO0 – DO7 |
Режим работы | |
М |
M |
1/0 |
1/0 |
1/0 |
1/0 |
Roff |
Хранение |
1 |
0 |
1/0 |
1 |
A |
0 |
Roff |
Запись 0 |
1 |
0 |
1/0 |
1 |
A |
1 |
Roff |
Запись 1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
A |
1/0 |
Данные в прямом коде |
Считывание |
1 |
0 |
1 |
0 |
A |
1/0 |
Roff |
Запрет выхода |
Примечание:
М - любая комбинация уровней, отличная от CS1=1 и CS2=0;
A - значение текущего адреса.
На информационные входы АЗУ подаются сигналы номера входящего канала. На адресные входы - с мультиплексора адреса АЗУ.
Сигнал записи представляет собой последовательность частоты fт.
Сигнал разрешения по выходу является отрицанием fт.
На информационные входы АЗУ подается в двоичном коде номер входящего канала, который записывается по адресу исходящего канала. Адресная информация подается на адресные входы АЗУ от мультиплексора адреса АЗУ. Информация о номере исходящего канала подается на вход мультиплексора адреса АЗУ по команде «Запись» (в виде логической единицы), которая подается на адресный вход мультиплексора адреса АЗУ и на вход W/ АЗУ. С информационных выходов АЗУ по команде «Считывание» (W/) сигнал подается на вход мультиплексора адреса РЗУ.
Таблица 10 - Соединения каналов абонентов:
канала (в параллельном виде) |
канала (в параллельном виде) |
канала (с учетом задержки 1 к.и.) |
1 |
1 |
9 |
2 |
3 |
11 |
3 |
6 |
14 |
4 |
10 |
18 |
5 |
8 |
16 |
6 |
5 |
13 |
7 |
11 |
19 |
8 |
2 |
10 |
9 |
7 |
15 |
10 |
0 |
8 |
11 |
12 |
20 |
12 |
4 |
12 |
… |
… |
… |
254 |
- |
- |
255 |
- |
- |
256 |
- |
- |
