Giao tiếp với đường truyền điện thoại bằng vi điều khiển

3.2.1 Quá trình cảnh báo...59 3.2.2 Quá trình thêm số điện thoại vào bộ nhớ...59 3.2.3 Quá trình kiểm tra, thay đổi và xóa số điện thoại...60 3.2.4 Quá trình thay đổi bản tin...62 3.3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐOÀN VĂN TUẤN

GIAO TIẾP VỚI ĐƯỜNG TRUYỀN

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

CÁC CHỮ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC BẢNG 5

DANH MỤC HÌNH 6

MỞ ĐẦU 7

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI 7

1.1 Mạng viễn thông hiện tại 7

1.1.1 Khái niệm về mạng viễn thông 8

1.1.2 Các đặc điểm của mạng viễn thông hiện nay 10

1.2 Tổng quan tổng đài kỹ thuật số SPC 12

1.3 Kỹ thuật báo hiệu 13

1.3.1 Khái niệm 13

1.3.2 Các chức năng báo hiệu 13

1.3.3 Đặc điểm các hệ thống báo hiệu 14

1.3.4 Nội dung của báo hiệu 14

1.3.4.1 Phân tích cuộc gọi 14

1.3.4.2 Phân loại báo hiệu 15

1.3.4.3 Phân theo chức năng 15

1.3.4.4 Phân theo tổng quan 17

1.3.5 Phương pháp truyền dẫn báo hiệu 18

1.3.5.1 Báo hiệu kênh kết hợp (CAS) 18

1.3.5.2 Báo hiệu kênh chung (CCS) 18

1.4 Kỹ thuật chuyển mạch 20

1.4.1 Chuyển mạch kênh 21

1.4.1.1 Chuyển mạch thời gian kỹ thuật số 21

1.4.1.2 Chuyển mạch không gian kỹ thuật số 23

1.4.1.3 Chuyển mạch ghép 25

1.4.2 Chuyển mạch gói 27

1.4.2.1 Nguyên lí chuyển mạch gói 27

1.5 Mạng viễn thông thế hệ sau 28

1.5.1 Định nghĩa 28

1.5.2 Đặc điểm của NGN 29

1.5.3 Các dịch vụ chính trong mạng NGN 30

Chương 2: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH 34

2.1 Sơ đồ khối 34

2.2 Khối Vi điều khiển 34

2.3 Khối thu phát âm thanh 34

2.4 Khối mã hóa và giải mã DTMF 35

2.4.1 Khái niệm mã DTMF 35

2.4.2 Thuật toán Goertzel 36

2.4.3 Mô tả phần mền của thuật toán Goertzel 37

2.4.4 Mã hoá và giải mã DTMF dùng IC 40

2.4.4.1 Mã hoá dùng IC MT8880 40

2.4.4.2 Giải mã dùng IC MT8880 40

2.5 Khối giải mã FSK 40

2.5.1 Ví dụ bản tin theo khuôn dạng SDMF 41

2.5.2 Ví dụ bản tin theo khuôn dạng MDMF 42

2.6 Khối khuếch đại tín hiệu âm thanh 43

2.7 Khối giao tiếp tín hiệu cảnh báo 43

2.8 Khối hiển thị 44

2.9 Phần mềm biên dịch 44

2.10 Mạch nạp cho Vi điều kiển PIC 45

Chương 3 Thiết kế chi tiết mạch 48

3.1 Sơ đồ nguyên lý của mạch 48

3.1.1 Sơ đồ nguyên lý của khối Vi điều khiển 48

3.1.2 Sơ đồ mã hóa và giải mã DTMF 49

3.1.3 Khối giải mã FSK 50

3.1.4: Khối thu phát âm thanh 52

3.1.5 Khối nguồn cung cấp 54

3.1.6 Khối giao tiếp đường điện thoại 54

3.1.7 Khối cảm nhận tín hệu chuông đến 55

3.1.8 Khối khuếch đại 56

3.1.9 Khối giao tiếp tín hiệu cảnh báo 56

3.1.10 Khối hiển thị LCD 56

3.1.11: Khối giao tiếp máy tính 57

3.2 Nguyên lý hoạt động của mạch 58

3.2.1 Quá trình cảnh báo 59

3.2.2 Quá trình thêm số điện thoại vào bộ nhớ 59

3.2.3 Quá trình kiểm tra, thay đổi và xóa số điện thoại 60

3.2.4 Quá trình thay đổi bản tin 62

3.3 Sơ đồ bố trí linh kiện bản mạch in 62

3.4 Mạch sản phẩm sau quá trình nghiên cứu 63

KẾT LUẬN 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

PHỤ LỤC 69

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ATM Asynchronous transfer mode Truyền không đồng bộ

CAS Chanel Associated Signalling Báo hiệu kênh riêng

CCS Common Chanel Signalling Báo hiệu kênh chung

DTMF Dual Tone Multifrequency Mã đa tần

ISDN Integrated Service Digital

Network

Mạng tích hợp số đa dịch vụ

MDMF Multiple Data Message Format Khuôn dạng nhiều bản tin

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ tiếp

PSDN Public Switching Data Network Mạng chuyển mạch số liệu công

cộng PSTN Public Switching Telephone

Network

Mạng điện thoại công cộng

RLE Remote Local Exchange Tổng đài vệ tinh

SCU Subscriber-concentrator unit Bộ tập trung thuê bao

SDMF Single Data Message Format Khuôn dạng một bản tin

SLTU Subscriber line-termination unít Đơn vị đường thuê bao

TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian

VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH

Bảng1 : Các tần số tương ứng của các phím 33

Bảng 2: Mô tả thời gian chu kì đọc ghi của MT8880 50

Hình 1.1: Các thành phần chính của mạng viễn thông 8

Hình 1.2: Cấu hình mạng cơ bản 9

Hình 1.3: Cấu trúc mạng phân cấp 9

Hình 1.4: Sơ đồ tổng quát của tổng đài SPC kỹ thuật số 12

Hình 1.5: Phân tích một cuộc gọi thành công thông 14

Hình 1.6: Tín hiệu âm mời quay số 15

Hình 1.7 : Tín hiệu âm báo bận 15

Hình 1.8 : Tín hiệu hồi âm chuông 16

Hình 1.9: Quay số bằng xung thập phân(số 42…) 17

Hình 1.10: Quay số bằng mã đa tần 17

Hình1.11: Sơ đồ tổng quan báo hiệu 18

Hình1.12: Báo hiệu kênh kết hợp 18

Hình1.13: Các tín hiệu báo hiệu cơ bản 19

Hình 1.14: Báo hiệu kênh chung 20

Hình 1.15: Cấu trúc bản tin CCS 20

Hinh 1.16: Trường chuyển mạch thời gian kĩ thuật số 21

Hình 1.17: Nguyên lý chuyển mạch không gian kỹ thuật số 24

Hình 1.18: Cấu trúc của chuyển mạch không gian 25

Hinh 1.19: Mô hình chuyển mạch ghép TS 25

Hinh 1.20: Mô hình chuyển mạch ghép ST 26

Hinh 1.21: Mô hình chuyển mạch TST 26

Hình 1.22: Mạng chuyển mạch gói 27

Hình 1.23: Nguyên lý cắt mảnh và tạo gói 28

Hình 1.24: Topo mạng thế hệ sau 29

Hình 1.25: Một số dịch vụ NGN điển hình 31

Hình 2.1: Sơ đồ khối của mạch 34

Hình 2.2: Dạng tín hiệu của phím 1 35

Hình 2.3: Lưu đồ tín hiệu cho tính toán đệ quy cấp một của DFT 37

Hình 2.4: Biểu đồ tín hiệu cho bậc 2 phép tính đệ quy của X(k) 37

Hình 2.5: Bộ lọc bậc 2 song song lựa chọn DFT cần tính 38

Hình 2.6: Lưu đồ giải mã DTMF 39

Hình 2.7: Khuôn dạng bản tin SDMF 41

Hình 2.8: Khuôn dạng bản tin MDMF 42

Hình 2.9: Giao diện CCS 44

Hình 2.10: Hình bên ngoài của PICKit2 45

Hình 2.11: Hình bên trong của PICKit2 46

Hình 2.12: Giao diện ICSP 46

Hình 2.13: Giao diện PICKit2 47

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý của khối Vi điều khiển 48

Hình 3.2: Chu kỳ đọc của MT8880 49

Hình 3.3: Chu kỳ ghi của MT 8880 49

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý của khối mã hoá và giải mã DTMF 50

Hình 3.5: Mạch giải mã FSK 51

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý mạch giải mã FSK 52

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý khối thu và phát âm thanh 53

Hình 3.8: Giản đồ thời gian ghi của ISD1110 53

Hình 3.9: Giản đồ phát âm thanh của ISD1110 54

Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn cung cấp 54

Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý kết nối với đường dây điện thoại 55

Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý khối cảm nhận chuông 55

Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý khối khuếch đại 56

Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp tín hiệu cảnh báo 56

Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý ghép nối với LCD 57

Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý ghép nối với máy tính 57

Hình 3.17: Lưu đồ chọn chế độ hoạt động 58

Hình 3.18: Lưu đồ thuật toán quá trình cảnh báo 59

Hình 3.19: Lưu đồ thêm số điện thoại 60

Hình 3.20: Lưu đồ kiểm tra và thay đổi số điện thoại 61

Hình 3.21: Lưu đồ quá trình ghi âm 62

Hình 3.22: Sơ đồ bố trí linh kiện 62

MỞ ĐẦU

Ngày nay điện thoại không còn là một vấn đề gì quá lớn, nó trở thành một vật không thể thiếu với mỗi gia đình Nhu cầu sử dụng điện thoại không còn đơn thuần chỉ là nghe gọi và nhắn tin mà bây giờ với công nghệ ngày một phát triển Con người còn có thể khai thác chiếc điện thoại vào nhiều tiện ích trong cuộc sống Để đáp ứng nhu cầu của con người các nhà cung cấp dịch vụ đã mở rất nhiều dịch vụ tiện ích cho đến các thuê bao

Ngoài ra, khoa học kĩ thuật ngày nay rất phát triển, có rất nhiều dòng Vi điều khiển đã ra đời đã mang lại cơ hội rất lớn cho những người yêu thích ngành nghề điện tử viễn thông Với các dòng Vi điều khiển đủ mạnh cùng với các công cụ hỗ trợ, chúng ta dần dần khai thác mạng điện thoại Biến nó từ những hệ thống với ý tưởng chủ yếu nghe,

gọi và nhắn tin trở thành các mạng mang lại nhiều tiện ích cho cuộc sống bằng việc phải

xử lý được các tín hiệu trên đường truyền điện thoại

Từ ý tưởng trên tôi lựa chọn nghiên cứu khai thác mạng điện thoại với đề tài “

Giao tiếp với đường truyền điện thoại bằng Vi điều khiển” Mạng điện thoại dùng dây

đã ra đời khá lâu, tuy nhiên đến ngày nay nó vẫn là công cụ phổ biến trong đời sống chúng ta Tuy mạng điện thoại dùng dây luôn bị phiển toái bởi dây kết nối nhưng chính điều này nó lại có ưu điểm là các tín hiệu luôn được kết nối, ít sẩy ra tình trạng nghẽn mạch và đặc biệt điện thoại này được lấy nguồn từ tổng đài do vậy nó luôn luôn được hoạt động trừ khi tổng đài không hoạt động Từ hai yếu tố tín hiệu tin cậy và luôn luôn hoạt động là điều kiện rất tốt cho các ứng dụng tiện ích ví dụ gửi một bản tin cảnh báo đến các số điện thoại đã nạp trước

Bản luận văn bao gồm 3 chương và phụ lục:

Chương 1: Tổng quan mạng điện thoại Chương 2: Sơ đồ khối của mạch Chương 3: Thiết kế chi tiết mạch Phụ lục

Trong đó chương 1 nêu cơ sở lý thuyết về hệ thống mạng điện thoại bao gồm phân cấp tổng đài, nêu các thành phần của tổng đài số SPC, kĩ thuật báo hiệu, kĩ thuật chuyển mạch và các dịch vụ tiện ích của mạng viễn thông thế hệ sau Chương 2 mô tả các khối của mạch, mỗi khối được phân tích và đưa ra các phương án lựa chọn linh kiện Chương

3 nêu và phân tích sơ đồ nguyên lý của từng khối, phân tích nguyên lý hoạt động của mạch, cách bố trí linh kiện trên mạch và sản phẩm thu được sau khi đã nghiên cứu Phần phụ lục khảo sát một số IC được sử dụng trong mạch cùng với chương trình viết cho mạch

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI

1.1 Mạng viễn thông hiện tại [2]

1.1.1 Khái niệm về mạng viễn thông

Mạng viễn thông là phương tiện truyền đưa thông tin từ đầu phát tới đầu thu Mạng có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ cho khách hàng

Mạng viễn thông bao gồm các thành phần chính: thiết bị chuyển mạch, thiết bị

truyền dẫn, môi trường truyền và thiết bị đầu cuối

Hình 1.1: Các thành phần chính của mạng viễn thông

- Thiết bị chuyển mạch gồm có tổng đài nội hạt và tổng đài chuyển tiếp Các thuê bao được nối vào tổng đài chuyển tiếp Nhờ các thiết bị chuyển mạch mà đường truyền dẫn được dùng chung và mạng có thể được sử dụng một cách kinh tế

- Thiết bị truyền dẫn dùng để nối thiết bị đầu cuối với tổng đài Hay giữa các tổng đài để thực hiện việc truyền đưa tín hiệu điện Thiết bị truyền dẫn chia làm hai loại: thiết

bị truyền dẫn phía thuê bao và thiết bị truyền dẫn cáp quang Thiết bị truyền dẫn phía thuê bao dùng môi trường truyền thường và cáp kim loại, tuy nhiên có một số trường hợp môi trường truyền là cáp quang hoặc vô tuyến

- Môi trường truyền bao gồm truyền hữu tuyến và vô tuyến, truyền hữu tuyến bao gồm cáp kim loại, cáp quang Truyền vô tuyến bao gồm vi ba, vệ tinh

- Thiết bị đầu cuối cho mạng thoại truyền thống gồm máy điện thoại, máy fax, máy vi tính, tổng đài nhánh riêng (PABX)

Mạng viễn thông cũng có thể được định nghĩa như sau: Mạng viễn thông là một

hệ thống gồm các nút chuyển mạch được nối với nhau bằng các đường truyền dẫn Nút được phân thành nhiều cấp và kết hợp với các đường truyền tạo thành các cấp mạng khác nhau hình 1.2

Mạng viễn thông hiện nay được chia thành nhiều loại Đó là mạng mắc lưới, mạng sao, mạng tổng hợp, mạng vòng kín và mạng thang Các loại mạng này có ưu điểm và nhược điểm khác nhau để phù hợp với các đặc điểm của từng vùng địa lý (trung tâm, hải đảo, biên giới,…) hay vùng lưu lượng (lưu thoại cao thấp,…)

Thiết bị chuyển mạch

Thiết bị truyền dẫn

Thiết bị truyền dẫn

Môi trường truyền dẫn Thiết bị

chuyển mạch

Hình 1.2: Cấu hình mạng cơ bản

TE: Transit Exchange - Tổng đài chuyển tiếp quốc gia

HLE: Host local Exchange - Tổng đài nội hạt RLE: Remote Local Exchange – Tổng đài xa (tổng đài vệ tinh)

Sub: Subscriber – Thuê bao Mạng viễn thông hiện nay được phân cấp như sau:

Tổng đài chuyển tiếp quốc gia

Tổng đài chuyển tiếp nội hạt

Tổng đài nội hạt

Tổng đài khu vực

Hình 1.3: Cấu trúc mạng phân cấp

Trong mạng hiện nay gồm 5 nút:

- Nút cấp 1: trung tâm chuyển mạch chuyển tiếp quốc tế

- Nút cấp 2: trung tâm chuyển mạch chuyển tiếp đường dài

- Nút cấp 3: trung tâm chuyển mạch chuyển tiếp nội hạt

- Nút cấp 4: trung tâm chuyển mạch nội hạt

- Nút cấp 5: trung tâm chuyển mạch từ xa

1.1.2 Các đặc điểm của mạng viễn thông hiện nay

Các mạng viễn thông hiện tại có đặc điểm chung là tồn tại một cách riêng lẻ, ứng với mỗi loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông riêng biệt để thực hiện dịch vụ đó

- Mạng telex: dùng để gửi các bức điện dưới dạng kí tự đã được mã hóa bằng 5 bít Tốc độ truyền rất thấp (từ 75 đến 300 bít/s)

- Mạng điện thoại công cộng, còn gọi là mạng POTS (plain Old Telephone Service): ở đây thông tin tiếng nói được số hóa và chuyển mạch ở hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN

- Mạng truyền số liệu: bao gồm các mạng chuyển mạch gói để trao đổi số liệu giữa các máy tính dựa trên giao thức của X.25 về hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa trên giao thức X.21

- Các tín hiệu truyền hình có thể truyền theo ba cách: truyền bằng sóng vô tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình cáp CATV (Cable Television) bằng cáp đồng trục hoặc truyền qua hệ thống vệ tinh, hay còn gọi là truyền trực tiếp DBS (Direct Broadcast System)

- Trong phạm vi cơ quan, số liệu giữa các máy tính được trao đổi thông qua mạng cục bộ LAN (Local Area Network) mà nổi tiếng nhất là mạng Ethernet, Token Bus và mạng vòng thẻ bài

Mỗi mạng được thiết kế cho các dịch vụ riêng biệt và không thể sử dụng cho các mục đích khác nhau Ví dụ ta không thể chuyển mạch gói X.25 vì trễ qua mạng này quá lớn Trước khi tìm hiểu mạng viễn thông thế hệ sau NGN, chúng ta cần hiểu rõ sự phát triển của các mạng hiện tại mà tiêu biểu là:

- Xét về góc độ dịch vụ thì gồm các mạng sau: mạng điện thoại cố định, mạng điện thoại di động và mạng truyền số liệu

- Xét về góc độ kĩ thuật bao gồm các mạng chuyển mạch, mạng truyền dẫn,

mạng truy nhập, mạng báo hiệu và mạng đồng bộ

- PSTN (Public Switching Telephone Network) là mạng chuyển mạch thoại công cộng PSTN phục vụ thoại và bao gồm hai loại tổng đài: tổng đài nội hạt (cấp 5) và tổng đài tandem (tổng đài chuyển tiếp nội hạt, cấp 4) Tổng đài chuyển tiếp nội hạt được nối vào các tổng đài Toll để giảm mức phân cấp Phương pháp nâng cấp các tổng đài chuyển tiếp là bổ sung cho mỗi nút một lõi ATM Các lõi ATM sẽ cung cấp dịch vụ băng rộng cho thuê bao, đồng thời hợp nhất các mạng số liệu hiện nay vào mạng chung ISDN Các tổng đài cấp 4 và cấp 5 là các tổng đài loại lớn các tổng đài này có kiến trúc tập trung, cấu trúc phần phần mềm và phần cứng độc quyền

- ISDN (Integrated Service Digital Network) là mạng số tích hợp đa dịch vụ ISDN cung cấp nhiều loại ứng dụng thoại và phi thoại trong cùng một mạng và xây dựng giao tiếp người sử dụng - mạng đa dịch vụ bằng một số giới các kết nối chuyển mạch và không chuyển mạch Các kết nối chuyển mạch của ISDN cung cấp nhiều ứng dụng khác nhau bao gồm nhiều chuyển mạch thực, chuyển mạch mạch gói và sự kết hợp của chúng Các dịch vụ mới phải tương hợp với các kết nối chuyển mạch số 64 kbit/s ISDN phải chứa sự thông minh để cung cấp cho các dịch vụ, bảo dưỡng và các chức năng quản lý mạng, tuy nhiên tính thông minh này có thể không đủ để cho một vài dịch vụ mới và cần được tăng cường từ mạng hoặc từ sự thông minh thích ứng cho các thiết bị đầu cuối của người sử dụng Sử dụng kiến trúc phân lớp là đặc trưng của truy xuất ISDN Truy xuất của người sử dụng đến ISDN có thể khác nhau tùy thuộc vào dịch vụ yêu cầu và tình trạng ISDN của từng quốc gia Cần thấy rằng ISDN được sử dụng với nhiều cấu hình khác nhau tùy theo hiện trạng mạng viễn thông của từng quốc gia

- PSDN (Public Switching Data Network) là mạng chuyển mạch số liệu công cộng PSDN chủ yếu cung cấp các dịch vụ số liệu Mạng PSDN bao gồm các PoP (Point

of Presence: điểm hiện diện) và các thiết bị truy nhập từ xa Hiện nay PSDN đang phát triển với tốc độ rất nhanh do sự bùng nổ của dịch vụ Internet và các mạng riêng ảo (Virtual Private Network)

- Mạng di động GSM (Global Sytem for Mobile Telecom) là mạng cung cấp dịch vụ thoại tương tự như PSTN nhưng qua đường truy nhập vô tuyến Mạng này chuyển mạch dựa trên công nghệ ghép kênh phân chia thời gian và công nghệ ghép kệnh phân chia tần số Các thành phần cơ bản của mạng này là bộ điều khiển trạm gốc, trạm chuyển tiếp gốc, đăng kí định vị thường trú, đăng kí định vị tạm trú và thuê bao di động

- Hiện nay các nhà cung cấp dịch vụ thu được lợi nhuận phần lớn từ các dịch vụ