Федеральное агентствопо образованию Российской Федерации
Уфимскийгосударственный авиационный технический университет
Кафедра АСУ
КУРСОВАЯ РАБОТА
по коммутации
на тему: Пространственно-временной коммутатор 7x7
ОГЛАВЛЕНИЕ
коммутатор преобразователь дешифратор1. Задание2. Введение3. Разработка функциональной схемы4. Назначение основных элементов коммутатора и принципих работы4.1 Последовательно-параллельный ипараллельно-последовательный преобразователи, стробирующие регистры4.2 Дешифратор4.3 Речевое и адресное запоминающие устройства4.4 Счетчик4.5 Мультиплексоры5. Расчет блокировок коммутационного поля в режимеиндивидуального искания6. Заключение
/>1. Задание
Разработать пространственно-временнойкоммутатор потоков DS1 (30 каналов) и рассчитатьблокировки построенного на его основе коммутационного поля в режимеиндивидуального искания.
Исходные данные: общее число входовкоммутационного поля N=4;
число входов одного коммутатора n=2;
число коммутаторов в среднем звене m=4;
интенсивность нагрузки Y =0,8 Эрл.
Структура коммутационного поля,соответствующая исходным данным, представлена на рис. 1.1.
/>
Рис. 1.1. Структура коммутационного поля.
/>2. Введение
Вторая половина ХХ века ознаменоваласьпереходом от так называемого индустриального способа общественного производствак информационному, в котором главенствующую роль начинает играть информация какосновной критерий развития. Как следствие, повышаются требования к качествусистем коммутации и способам передачи, для повышения качества сигнала.Изобретение компьютеров тем более усилило процесс эволюции, так как резковозросшие объемы предаваемой информации, вводили проблему с ее обработкой, ивведение дополнительного аналогового оборудования уже не могло решить этупроблему. Необходимо было создавать качественно новые системы связи.
Данную проблему удалось решить кначалу 1980-х годов, когда началось чувствоваться влияние сетей ISDN, концепцииИнтеллектуальной сети, идеи Информационной магистрали. Одной из наиболеесущественных технологий среди перечисленных выше являются цифровые АТС спрограммным управлением. Эпоху цифровой реализации телекоммуникационной сетипредопределило наличие двух очень важных устройств: кодеков и модемов. Именноони, наряду с цифровизацией многоканальной электросвязи – систем передачи сИКМ, обусловили появление цифровых систем коммутации.
Переход на цифровую передачу икоммутацию немедленно привел к резкому возрастанию числа обсуживаемых абонентови улучшению качества речи, к уменьшению массогабаритных параметров, а какследствие экономия сырья на изготовление микросхем; значительно возросланадежность оборудования, ввиду использования автоматизированного процессаизготовления и настройки. Также были введены вспомогательные и дополнительныевиды обслуживания абонентов (например, услуги Интеллектуальной сети).
Особенности цифровых коммутационныхустройств с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) сигналов: процессы на входах,выходах и внутри устройств согласованы по частоте и времени (синхронныеустройства).
/>3. Разработкафункциональной схемы
Структурнаясхема пространственно — временного коммутатора 7x7 представленана рис. 3.1.
/>
Рис. 3.1. Структурная схема пространственно — временного коммутатора 7x7:
S/P — последовательно-параллельный преобразователь;
P/S — параллельно-последовательный преобразователь;
РЗУ — речевоезапоминающее устройство;
АЗУ — адресноезапоминающее устройство;
СЧ — счетчик;
МX1 — мультиплексор адреса РЗУ;
МX2 — мультиплексор адреса АЗУ.
Данный коммутатор осуществляетпространственно-временную коммутацию входящих трактов ИКМ в исходящие.
Последовательно-параллельныйпреобразователь S/P осуществляет преобразование входящих ИКМ-трактов,представленных в последовательной форме, в параллельную.
РЗУ предназначено для записи ихранения в определенных ячейках, по адресам счетчика, кодовых комбинаций исчитывания их в нужный момент времени.
АЗУ используется для записи и храненияинформации о том, какой входящий и исходящий канал необходимо скоммутировать, ив последующем обеспечивает считывание в нужный момент времени номера входящегоканала на адресные входы РЗУ при помощи счетчика.
Счетчик в свою очередь выдает адресана РЗУ для записи по ним входящих каналов, а на АЗУ для считывания по нимномеров входящих каналов.
Дешифратор, получая адреса со счетчика,выдает логическую 1 на соответствующих выводах, что необходимо для разрешенияпараллельной загрузки информации на регистры S/P, и P/S при преобразовании кодав последовательную форму в исходящем тракте.
Мультиплексор MХ1 РЗУ осуществляетпереключение сигналов со счетчика и сигналов, приходящих с АЗУ на выход,осуществляя тем самым запись и считывание по приходящим адресам.
Принцип работы мультиплексора МХ2 АЗУаналогичен.
Параллельно-последовательныйпреобразователь P/S преобразует параллельную кодовую комбинацию с выхода РЗУ впоследовательную форму для последующей коммутации с заданным исходящим каналом.
Пример коммутации 3-го входящегоканала в 8-й исходящий представлен на временных диаграммах (Приложение В).
Установим основные требования кэлементам функциональной схемы коммутатора:
Разрядность шины счетчика />, где скобки /> означаютокругленное до целого в большую сторону значение. Для коммутатора 7Ч7входящих/исходящих трактов ИКМ-24 получим
/>
Так как при считывании с РЗУ поддействием адресной информации, приходящей с выхода АЗУ (через мультиплексорадреса), содержимое каждой ячейки речевой памяти может быть извлечено в какой-либоканальный интервал исходящего тракта, то, очевидно, должны адресоваться всеячейки РЗУ. Поскольку таких ячеек в РЗУ />, то для их считывания необходимаадресная шина шириной не менее /> разрядов.
С другой стороны, при емкостикоммутатора nЧm цифровых трактов, количество канальных интервалов на его выходеравно mK (содержание речевой памяти может считаться в mK временных интервалах,позиции которых определят моменты считывания адресных слов из АЗУ).Следовательно, емкость АЗУ должна быть равна />-разрядных ячеек. Для данногокоммутатора />.
Очевидно, что для исключения потериинформации содержимого входящих цифровых трактов, за время цикла (Тц)необходимо успеть осуществить запись nK восьмиразрядных слов в РЗУ и считать ихоттуда. Т.е. на запись и считывание одного канального слова в РЗУ квадратногокоммутатора должно отводиться время не более
/>,
что определяет требование побыстродействию речевого ОЗУ при заданном числе входных каналов или, наоборот,требования к количеству входящих канальных интервалов или цифровых трактов призаданном быстродействии ОЗУ
/>.
Все вышеперечисленные требованияотражены на рис. 3.1.
/>4. Назначениеосновных элементов коммутатора и принцип их работы/> 4.1 Последовательно-параллельный ипараллельно-последовательный преобразователи, стробирующие регистры
В последовательно-параллельномпреобразователе используются 15 регистров К155ИР13. Первые восемь из нихработают в режимах параллельной загрузки и сдвига вправо (режим определяетсясигналами, приходящими с дешифратора), данные с входящих ИКМ трактов поступаютна параллельные входы D0-D7 8 регистров, а снимаются с выходов Q7. Затем данныепоступают на входы последовательного ввода данных остальных 7 регистров (второйряд) и сдвигаются вправо, что необходимо для синхронного вывода данных споследовательно-параллельного преобразователя, причем каждый из 7 этихрегистров осуществляет задержку на разное число тактов, так регистробрабатывающий младший разряд кода сдвигает принятый импульс на 7 тактов,регистр обрабатывающий следующий разряд – соответственно на 6 тактов и т.д.
Элементная база и принцип действияпараллельно-последовательного преобразователя аналогичны. Так как коммутатор7х7, то в 8-ом канальном интервале полезных данных не содержится, и впараллельно-последовательном преобразователе достаточно использовать 13регистров: 7 в режиме параллельной загрузки и сдвига, 6 только в режиме сдвигавправо.
Так основным критерием коммутационныхустройств с ИКМ-модуляцией является согласование всех входов и выходов почастоте и времени (синхронные устройства), то для надлежащей работы схемынеобходимо применять стробирующие регистры задержки на 1 такт.
/>
Рис. 4.1. Микросхема К155ИР13.
Микросхема К155ИР13 – универсальный,восьмиразрядный, синхронный регистр сдвига (рис. 4.1). Каждая операцияпродолжается в регистре не более 20 нс. Синхронную работу регистру обеспечиваютспециальные входы выбора режима S0 и S1 (таблица 4.1). Таблица 4.2 содержит сочетанияуровней на этих входах, позволяющие переводить регистр в тот или иной режим.Кроме однотипных параллельных входов D0-D7, имеются также дополнительныеD-входы: DR – вход последовательного ввода данных при сдвиге информации вправо,DL – вход последовательного ввода данных при сдвиге информации влево.
При параллельной загрузке слово,подготовленное на входах D0-D7, появится на выходах Q0-Q7 после приходапоследующего перепада тактового импульса на входе С. Низким уровнем на входе /> все выходныесигналы устанавливаются на низкий уровень. Регистр потребляет ток 116 мА,тактовая частота его может превышать 25 МГц.
Таблица 4.1
Назначение выводов микросхемы К155ИР13Выводы 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 ,S1 13 Вход сброса R 4,6,8,10,14,16,18,20 Информационные выходы Q0–Q7 24 Питание Ucc 12 Общий
Таблица 4.2
Состояния регистра К155ИР13Режим работы Вход Выход С
/> S1 S0 DR DL Dn Q0 Q1–Q6 Q7 Сброс х Н х х х х х Н Н – Н Н Хранение В н н х х х q0 q1– q6 q7 Сдвиг влево В в н х н х q1 q2 –q7 Н В в н х в х q1 q2 –q7 В Сдвиг вправо В н в н х х Н q0 –q5 q6 В н в в х х В q0 –q5 q6 Параллельная загрузка В в в в х dn d0 d1-d6 d7 />4.2 Дешифратор
Дешифратор К155ИД10 (рис. 4.2)преобразует трехразрядный двоичный код, поступающий на входы DI1,DI2 и DI4. Дешифратор К155ИД10формирует сигналы параллельной загрузки, которые поступают на вход S0 первого ряда регистров К155ИР13. На входы DI1 подается сигнал частотой />, на DI2 –/>, на DI4 – /> со счетчика; на вход E подается уровень логического нуля. Таблица истинностимикросхемы К155ИД10 приведена в таблице Время задержки распространения сигналаот адресного входа до выхода 50 нс. Ток потребления микросхемы 70 мА. Таблица 4.3отражает все возможные состояния дешифратора.
/>
Рис. 4.2. Микросхема К155ИД10.
Таблица 4.3
Состояния дешифратора К155ИД10Входы Выходы DO E DI4 DI2 DI1 1 2 3 4 5 6 7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 X X X /> 4.3 Речевое и адресное запоминающиеустройства
Для унификации элементов в качествеРЗУ и АЗУ используем БИС статического оперативного запоминающего устройства.
Тип микросхемы выбираем по критериямбыстродействия и емкости. Быстродействие запоминающего устройства определяетсявременем выборки адреса:
/>
где Тц =125 мкс — длительность цикла; /> – количество каналов,которое должно быть коммутировано (в принципе, для работы данного коммутаторадостаточно /> каналов,однако, чтобы не нарушать типовую структуру коммутатора, с восьмой тракт будемзаписывать только нули или единицы).
/>
Емкость запоминающего устройстваопределяется числом входящих ИКМ трактов и разрядностью передаваемых сигналов.Как уже отмечалось, для реализации варианта пространственно-временногокоммутатора 7х7 достаточна емкость 168 слов по 8 бит каждое, однако для расчетапринимаем емкость запоминающих устройств в коммутаторе 8х8 (т. к. в данномпроекте не производим преобразование частоты, и имеем в параллельном коде 8битные каналы, из которых 1 бит не несет полезной информации) равную 192 словапо 8 бит.
РЗУ работает с управлением по записи,причем учитывается сквозная нумерация, приведенная в приложении А, номеравходящих сдвигаем на 8 позиций (рассматриваем 18 входящий – подразумеваем 10).
РЗУ и АЗУ построены на основемикросхемы КМ185РУ7. Параметры микросхемы, назначение выводов и таблицаистинности микросхемы КМ185РУ7 приведены в таблицах 4.4–4.6.
/>
Рис. 4.3. Микросхема КМ185РУ7.
Таблица 4.4
Параметры микросхемы КМ185РУ7Информационная емкость 1024 бит Организация 256 слов´4 разряда Напряжение питания
5 В />5% Потребляемая мощность не более 710 мВт Диапазон температур -10…+700С Совместимость по входу и выходу с ТТЛ — схемами
Входное напряжение
низкого уровня
высокого уровня
не более 0,8 В
не менее 2,1 В
Входное напряжение
низкого уровня
высокого уровня
не более 0,45 В
не менее 2,4 В
Входной ток
низкого уровня
высокого уровня
не более 0,3 мА
не менее 0,04 мА
Выходной ток
низкого уровня
высокого уровня
не более 8 мА
не менее 5,2 мА Время выборки адреса tА(А) не более 45 нс Время выбора tСS не более 30 нс Время выборки считывания tА(RD) не более 40 нс Время выборки сигнала разрешения по выходу tА(СЕО) не более 30 нс Время установления сигнала записи относительно адреса tSU(А-WR) не менее 10 нс Время установления сигнала записи относительно входных данных tSU(DI-WR) не менее 5 нс Длительность сигнала записи tW(WR) не менее 30 нс Время сохранения адреса после сигнала записи tV(WR-A) не менее 5 нс Время сохранения входных данных после сигнала записи tV(WR-DI) не менее 5 нс Время восстановления высокого сопротивления или время восстановления высокого уровня при подключении RL к UCC после сигнала СS tDIS(CS) не более 30 нс Время восстановления высокого сопротивления или время восстановления высокого уровня при подключении RL к UCC после сигнала СЕО tDIS(CEO) не более 30 нс Время восстановления высокого сопротивления после сигнала считывания tDIS(RD) не более 35 нс Время цикла записи tCY(WR) не менее 45 нс
Таблица 4.5
Назначение выводов микросхемы КМ185РУ7Выводы Назначение Обозначение 1-7, 21 Адресные входы А1–А7, А0 9, 11, 13, 15 Входы данных DI0–DI3 10, 12, 14, 16 Выходы данных DO0–DO3 17, 19 Выбор микросхемы CS1, CS2 20 Сигнал запись – считывание W/R 18 Разрешение по выходу CEO 22 Напряжение питания UCC 8 Общий ОВ
Таблица 4.6
Таблица истинности микросхемы КМ185РУ7CS1 CS2 CEO WR A0 — A7 DI0 — DI3 DO0 — DO3 Режим работы М M X X X X Roff Хранение В Н X Н A Н Roff Запись 0 В Н X Н A В Roff Запись 1 В Н Н В A X Данные в прямом коде Считывание В Н В В A X Roff Запрет выхода
Примечание: М — любая комбинацияуровней, отличная от CS1=В и CS2=Н;
X — безразличный уровень сигнала;
В — высокий уровень сигнала;
Н — низкий уровень сигнала;
A — значение текущего адреса.
На информационные входы АЗУ подаютсясигналы номера входящего канала. На адресные входы — с мультиплексора адресаАЗУ.
Сигнал записи WR представляет собойпоследовательность частоты fт.
Сигнал разрешения по выходу СЕОявляется отрицанием fт.
На вход CS1 подается уровеньлогической единицы, CS2-логического нуля.
Информация с выходов, данных DO0–DO7АЗУ поступает на информационные входы регистра К155ИР13, работающего в режимепараллельной загрузки, в котором происходит стробирование сигналов с частотойfт для увеличения длительности сигналов и синхронизации сигналов относительнотактовой частоты fт. Синхронную работу регистра обеспечивают входы выборарежима S0 и S1, на которые подается уровень логической единицы. На входсинхронизации подается сигнал fт. На входы DR и DL подается уровень логическогонуля. На выходе регистра получаем данные с задержкой на 1 такт. Сигнал с выходастробирующего регистра подаются на мультиплексор адреса РЗУ.
На адресные входы РЗУ подаются сигналыс мультиплексора адреса РЗУ. Так как сигналы с мультиплексора адреса РЗУприходят с задержкой в 1 такт, то сигналы с параллельно-последовательногопреобразователя, приходящие на информационные входы РЗУ, необходимо задержатьна 1 такт. Задержка данных осуществляется на регистре К155ИР13, работающего врежиме параллельной загрузки. Информация, поступившая на входы данных регистрас параллельно-последовательного преобразователя, появится на его выходах сприходом фронта синхроимпульса на вход С, поэтому на вход синхронизацииподается сигнал fт. Режим параллельной загрузки обеспечивается подачей на входыS0 и S1 уровня логической единицы. На входы DR и DL подается уровеньлогического нуля. Сигналы с выхода данных регистра подаются на вход данных РЗУ.
Запись информации в ячейки РЗУпроисходят по адресу со счетчика постоянно, но считываются не все ячейки, атолько те, в которых имеется информация 7-и входящих трактов. Таким образом,ячейки по сквозной нумерации 8, 16 и т.д. не будут считываться.
Сигнал записи WR и сигнал разрешенияпо выходу CEO подаются аналогично сигналам АЗУ; на вход CS1 подается уровеньлогической единицы, CS2 -логического нуля.
Информация с выходов данных РЗУпоступает на параллельно-последовательный преобразователь./>4.4 Счетчик
Двоичный счетчик К555ИЕ10 запускаетсяположительным перепадом тактового импульса и имеет синхронную загрузку.Специально для синхронного каскадирования микросхема имеет два входаразрешения: СЕР (параллельный) и СЕТ (вспомогательный), а также выход TC (окончание счета). В применяемом двухкаскадном счетчикесигнал с выхода TC первого счетчика поступает на вход E1 второго счетчика, на вход С обоих счетчиков подается fт.Счетчик считает тактовые импульсы, если на обоих его входах СЕТ и СЕТнапряжение высокого уровня. Вход СЕР последующего счетчика получает разрешениесчета в виде напряжения высокого уровня от выхода TCпредыдущего счетчика. Счетчик потребляет от источника питания ток 32 мА.Максимальная тактовая частота счета 25 МГц. Время распространения сигнала отвхода С до выхода TC составляет 27 нс.
/>
Рис. 4.4. Микросхема К555ИЕ10.
Режимы работы счетчика К555ИЕ10сведены в таблицу 4.7.
Таблица 4.7
Режимы работы счетчика К555ИЕ10Режим Вход Выход
/> C СЕР СЕТ РЕ Dn Qn TC Сброс Н х х х х х Н Н Параллельная В х х н н Н Н загрузка В х х н в В В Счет В в в в х Счет В Хранение В х н х в х qn B B x x н в х qn B />4.5 Мультиплексоры
Мультиплексоры предназначены для автоматическойвыборки одного из двух информационных каналов и подключения его к своемувыходу.
Мультиплексорыадреса АЗУ и РЗУ построены на основе микросхемы К155КП11. Назначение выводов итаблица истинности микросхемы К155КП11 приведены в таблицах 4.9 и 4.10.
/>
Рис. 4.5. Микросхема К155КП11.
Таблица 4.8
Параметры микросхемы К155КП11Напряжение питания
5 В /> 5%
Выходное напряжение низкого уровня
высокого уровня
/> 0,4 В
/>2,4 В Входной ток низкого уровня
/> –1,6мА высокого уровня
/> 0,04мА
Таблица 4.9
Назначение выводов микросхемы К155КП11Выводы Назначение Обозначение 2,3,5,6,10,11,13,14 Информационные входы DI00 — DI30 ,DI01 — DI31 1 Вход выборки адреса S 15 Вход стробирования EO 4,7,9,12 Информационные выходы DO0 — DO3 8 Общий 16 Напряжение питания Ucc
Таблица 4.10
Таблица истинности микросхемы К155КП11EO S DIi0 DIi1 DOi 1 X X X Z Данные в прямом коде X Данные в прямом коде 1 X Данные в прямом коде Данные в прямом коде
Мультиплексор адреса АЗУ
На нулевые информационные входымультиплексора адреса АЗУ подаются сигналы со счетчика, а на единичные – срегистра номера исходящих каналов. На адресный вход Sподаются сигналы частотой fт. На стробирующий вход EOсигнал логического 0.
В режиме записи в АЗУ мультиплексорпропускает сигналы с регистра, в режиме считывания из АЗУ — со счетчика.
Мультиплексор адреса РЗУ
На нулевые информационные входымультиплексора адреса РЗУ подаются сигналы с АЗУ, а на единичные – со счетчика.На адресный вход S подаются сигналы частотой fт co счетчика. На стробирующий вход EOсигнал логического 0. В режиме записи в РЗУ мультиплексор пропускает сигналы сосчетчика, в режиме считывания из РЗУ — с выхода АЗУ.
5. Расчетблокировок коммутационного поля в режиме индивидуального искания
Режим индивидуального искания (ИИ)характеризуется соединением конкретного канала с конкретным трактом. Необходиморассчитать блокировки данного коммутационного поля в режиме ИИ. Для расчетаблокировок КП используется метод вероятностных графов или метод Ли.Вероятностный граф отображает структуру КП в графе своих состояний.Вероятностный граф трехзвенного коммутационного поля (режим ИИ) построенного наоснове коммутатора 7х7 выглядит следующим образом.
/>
Рис. 5.1. Вероятностный графкоммутационного поля.
Метод вероятностных графов основан назамене вероятности блокировки р интенсивностью нагрузки Y: />.
Вероятность блокировки коммутационногополя рассчитывается по формуле:
/>
6. Заключение
В данном курсовом проекте былразработан пространственно — временной коммутатор 7х7 потоков DS1 (24 каналаИКМ по американской иерархии ЦСП) и рассчитана блокировка коммутационного поля,построенного на основе коммутаторов такого типа.
Временные диаграммы работы узловкоммутатора подтверждают его работоспособность и правильность выбора элементов.Расчет блокировок коммутационного поля с помощью метода вероятностных графовпоказал, что вероятность блокировки очень мала и удовлетворяет требованиям к современнымцифровым АТС.