Описание.
Многие, наверное, желали собрать АТС своими руками, но, в то же время, повторять чужие конструкции им не хотелось. Вот внести свою лепту в эту область -- это другое дело. Взялся и я изобрести АТС на совершенно новом принципе. Вот, что у меня получилось.
Блок-схема автоматической телефонной станции (АТС) показана на рис. 1, полная блок-схема приведена для одного канала (абонента). Принцип работы следующий: аналоговый коммутатор 1 последовательно опрашивает состояние каждого абонента (линии) с частотой F= 8кгц*N, где N-число абонентов АТС.
Рис. 1
Коммутатор 2 служит для восстановления сигнала по выборкам, на его выходах установлены устройства выборки- хранения (УВХ). Управление осуществляется микроконтроллером по адресным входам коммутаторов A0…Ai.
Первый коммутатор опрашивает абоненты последовательно от первого (вход Х0) до последнего (вход Хn) и далее сначала. Второй коммутатор работает аналогично первому только до тех пор, пока на АТС не осуществлено ни одного соединения. Когда соединение произошло, например абонента М и абонента К, последовательность адресации коммутатора 2 изменяется: в момент времени, когда коммутатор 1 опрашивает абонента М, коммутатор 2 подключает на выход усилителя вход УВХ абонента. К, а когда коммутатор 1 опрашивает абонента К, коммутатор 2 подключает на выход усилителя вход УВХ абонента М. Таким образом, осуществляется соединение абонентов. Понятие «соединительная линия», характерное для обычных АТС, здесь не существует вообще. Максимальное количество установленных соединений абонентов может составлять N/2, что очень актуально именно для мини-АТС.
Сигналы (выборки) гудка (длинного, короткого) и вызывного звонка формируются управляющим микроконтроллером в соответствующие моменты времени, и восстанавливаются (УВХ) аналогично сигналам речи.
Для наглядности на рис. 2 приводится амплитудно-временная диаграмма сигнала на выходе усилителя. Состояние опрашиваемой линии определяется по уровню сигнала в этой точке схемы. Компаратор (можно использовать компаратор микроконтроллера) предназначен для оценки состояния опрашиваемого абонента (линии), основных видов состояния линии три: а) трубка снята (линия нагружена), б) трубка положена (линия не нагружена), в) набор номера.
Рис. 2
Уровень Ucom является пороговым для оценки состояния линии (абонента).
Состояния «б» и «в» различаются программно по величине длительности разрыва линии.
Преобразователь уровней предназначен для трансформации парафазного сигнала (сигнала линии) в несимметричный и обратно.
АТС была опробована в «железе», максимальная емкость предусматривала 64 абонента (временные соотношения), реальное количество – 8 . АТС работала вполне удовлетворительно на обычные телефоны с импульсным набором номера.
Принципиальная схема мини-АТС.
Постараемся примерно представить схему АТС на конкретных элементах.
Управление АТС осуществляется микроконтроллером. Для наших целей достаточно будет Atmega48. Тактовую частоту следует выбрать максимальной, так как на обработку одного абонента приходится время: Т=1/ F= 8кгц*N, где N-число абонентов АТС, при N=32 примерно 3,9мксек. Если тактовая частота 20МГц, это 78 циклов контроллера, не густо… В результате этих прикидок выясняется, что часть функций АТС придется возложить на другой контроллер. Этими функциями будут формирование сигналов вызова (звонка) и гудка. Контроллер можно взять попроще – Attiny2313.
Схема представлена на рис. 3. Усилитель должен быть широкополосный, в нем применен ОУ AD8047 (U1), на него проходят сигналы ото всех абонентов, а также сигналы гудка/звонка. С выхода ОУ снимается сигнал на компаратор микроконтроллера IC1, для анализа состояния текущего абонента. Для генерации гудка/звонка используется отдельная схема А1. Четыре одинаковых блока, по восемь абонентов каждый (В, В_1, В_2,В_3), присоединены ко входу и выходу усилителя. Адресация блоков осуществляется при помощи двух дешифраторов U2 – выход, U3 – вход (74НС138). Тактирование контроллера гудка/звонка лучше сделать внешнее, от основного микроконтроллера IC1. Сигналы сброса и управления гудком/звонком тоже приходят от IC1. Уровень срабатывания внутреннего компаратора основного микроконтроллера IC1 выставляется потенциометром R3, это очень важная регулировка, влияющая на общую работу АТС. На рис. 2 приведена принципиальная схема одного из блоков (В, В_1, В_2,В_3).
Рис. 3
Плата одного абонента обозначена (С, С_1,….С_7). Коммутаторы абонентов – аналоговые мультиплексоры U23, U24.
Рис. 4
«Внутренности» блоков (С, С_1,….С_7) приводятся на рис. 3.
Рис. 5
Входы/выходы телефонной линии обозначены: LIN_L, LIN_R, парафазный сигнал с них приходит на вход ОУ U 26, который «привязывает» этот сигнал к «земле» – это, входящий сигнал. Транзисторы Q26, Q27 – высоковольтные, комплиментарные, они формируют исходящий сигнал абонента. Конденсатор С47 и ОУ U25А вместе с входным мультиплексором – схема выборки-хранения, для восстановления сигнала на приемной стороне.
Осталось привести схему гудка/звонка (блок А1). Как говорилось уже, она реализована на отдельном контроллере, чтобы разгрузить основной. Смотрим рис. 5.
Рис. 5
Усилитель на ОУ U5 тоже широкополосный, как и основной. Микроконтроллер «вырисовывает» две ступенчатые псевдо-синусоиды разной частоты и амплитуды для звонка и гудка. Гудок имеет частоту 425Гц, звонок – 50Гц. Управление, сброс и тактовый сигнал приходит от основного контроллера. Эта часть схемы уже имеет отлаженную программу. Для основного контроллера программа ещё не написана полностью, так как пока отсутствуют заинтересованные в ней лица.