Brevet FR2535878A1 — publié le 19840511

AUTOCOMMUTATEUR TEMPOREL NUMERIQUE PEDAGOGIQUE L'invention concerne les outils ou appareillages pédagogiques des tinés à faciliter l'enseignement et l'apprentissage de la commutation téléphonique électronique. De tels appareils existent mais sont de type spatial à commande enre gistrée, c'est-à-dire comportant un réseau de commutation spatial et un mini-calculateur de commande (cf. autocommutateur pédagogique "SICAL" développé par la Société Thomson Téléphone par exemple). Les deux inconvénients de ces autocommutateurs spatiaux sont qu'ils ne facilitent que l'apprentissage de la commutation électronique spatiale alors que cette technique de commutation est sans avenir face à la commutation temporelle et qu'ils n'assurent pas l'indépendance entre le matériel de commutation et le mini-calculateur de commande. La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients en permettant un apprentissage accéléré de la commutation temporelle grâce à un outil ou appareillage pédagogique simple, facile à mettre en oeuvre et peu coûteux. Plus précisément, objet de l'invention est un autocommutateur numérique à division du temps, à codage monovoie et commande par microprocesseur. I1 permet la visualisation de tous les signaux le long d'une chaîne de parole temporelle grâce à la présence de nombreux points de test. L'invention va être maintenant décrite en détail en relation avec les dessins annexés dans lesquels - la Fig. 1 représente sous la forme d'un diagramme de blocs, les circuits élémentaires dont est compose l'appareillage de l'invention - la Fig. 2 montre le schéma d'une trame MIC conventionnelle - la Fig. 3 est le schéma électronique d'un joncteur et du codec associé - les Figs. 4a et 4b représentent des formes d'onde de signaux produits par la base de temps de l'appareillage - la Fig. 5 représente la configuration de l'interface de périphérie téléphonique et du dispositif annexe de joncteurs dans le cas d'une premiere fonction - la Fig. 6 représente la configuration de l'interface de périphérie téléphonique et du dispositif annexe de joncteurs dans le cas d'une seconde et d'une troisième fonction ;; - la Fig. 7 représente la configuration de l'interface de périphérie téléphonique et du dispositif annexe de joncteurs dans le cas d'une quatrième fonction - la Fig. 8 représente la structure du mot de commande émis vers le codec - la Fig. 9 représente la configuration de 11 interface de périphérie téléphonique dans le cas d'une cinquième fonction - la Fig. 10 représente la configurationde l'interface de péri phérie téléphonique dans le cas d'une sixième fonction ; et - les Figs. ila et llb représentent respectivement de face et de dessus la maquette d'un autocommutateur conforme à l'invention. I - ORGANISATION GENERALE ET DIAGRAMME DE BLOCS La Fig. 1 représente le diagramme de blocs général constituant l'autocommutateur. Dans ce diagramme général, on trouve les circuits fonctionnels suivants 1.1 Commutateur ou réseau de commutation (Fig. 1) L'autocommutateur est organisé autour d'un élément permettant de connecter sélectivement 32 voies téléphoniques temporelles entrantes sur 32 voies téléphoniques temporelles sortantes. Ce réseau de commutation ou commutateur est du type temporel commandé par la sortie. I1 est decrit dans ltouvrage "La Commutation Electrique", tome 1, "Structure des Systèmes spatiaux et temporels" par GRINSEC, Editions Eyrolles, pages 248. Le commutateur de l'invention ne comporte qu'une ligne multiplex entrante 9 et une ligne multiplex sortante 9', chacune de ces lignes étant le support des 32 voies téléphoniques temporelles entrantes et sortantes. I1 ne comporte donc qu'une mémoire tampon de 32 mots de 8 bits. Tous les signaux d'horloge permettant le fonctionnement du commutateur sont fournis par la base de temps 2. Les connexions à réaliser entre les voies téléphoniques entrantes et les voies téléphoniques sortantes sont établies par des commandes spécifiques élaborées par le microprocesseur 4. Ces commandes sont envoyées vers la mémoire de commande du commutateur 1 par l'intermédiaire de l'interface de périphérie téléphonique IPT 3 propre à l'invention. les voies téléphoniques, véhiculées par les lignes multiplex 9 et 9' sont des voies numériques respectant le standard MIC européen à 32 voies normalisé par le CCITT (avis de la série G 700, tome I1I-2 du livre orange). Cependant, à la différence du MIC évoqué ci-dessus, la synchronisation des trames n'est pas effectuée par des mots de verrouillage mais par la base de temps 2 du système. L'autocommutateur n'effectuant que les communications locales, il n'a pas de relation avec d'autres autocommutateurs. Le niveau de signalisation dans les intervalles de temps ou voies temporelles 16 des MIC n'existe pas. En résumé, les 32 voies sont banalisées et pourraient être affectées à des abonnés. Cependant, 4 voies temporelles sont réservées - la voie O qui ne peut être affectée car pendant l'intervalle de temps 0, on écrit dans la mémoire de commande du réseau de commutation 1 ; - les voies 1, 2, 3 sur la ligne multiplex 9 sur lesquelles on injecte les tonalités Voie 1 : Invitation à numéroter Voie 2 : Retour d'appel Voie 3 : Occupation Ces tonalités sont créées dans le générateur de tonalités (7, Fig. 1) dont il va être question par la suite. I.2- Joncteurs et Codecs Cet étage est composé de joncteurs et de codecs 5 (Fig. 1) au nombre de 4 sur les maquettes réalisées, nombre qui peut aller jusqu'à 16. Les joncteurs,ou "équipements de lignes", sont constitués comme le montre la figure 10 du chapitre 2.3 de l'ouvrage de GRINSEC précité, page 200. La Fig. 3 représente le joncteur qui équipe l'auto commutateur. Les rôles de ce joncteur sont les suivants - alimentation du poste téléphonique par les fils a et b et le primaire du transformateur 500 - détection des décrochages et raccrochages du poste grâce à la cellule diode électroluminescente-phototransistor 501 n - sonnerie du poste : fils S1. S2, relais 502. Le courant de sonnerie est fourni par le générateur de sonnerie 8 (Fig. 1). Le relais 502 est commandé par la base 504 du transistor 503 - séparation signal de parole, courant d'alimentation par le transformateur 500 - conversion 2 fils/4 fils par le module de conversion 2 fils/4 fils 505 (Fig. 3). Ce convertisseur est un circuit industrialisé par la Société "Electrique Marcel DAsSAULT7' sous la référence 7 5 1 0 1 2. - interface avec l'unité de commande permettant la détection des décrochages et des raccrochages par la porte logique NOR 506. Les accès du convertisseur 2 fils/4 fils 505 appelées 511 pour la sortie modulation et 512 pour l'entrée démodulation, sont raccordés à un circuit intégré codec 508 réalisant le codage et le décodage numérique des signaux de parole. Ce circuit codec est un circuit fabriqué par la Société INTEL sous le nO 2 9 1 1 (CODEC PCM A -LAq). Le codec est monovoie en ce sens qu'il ne traite les signaux que d'un seul joncteur. I1 y a donc autant de codecs que de joncteurs. Les signaux téléphoniques émis par le joncteur sont numérisés par le codec suivant la loi respectant la norme CCITT du code MIC européen défini ci-avant. Le code numérique est positionné sur une voie temporelle de la trame MICvéhiculè par la ligne multiplex entrante 9 (Fig. 1). Les signaux numériques véhiculés par la ligne multiplex sortante 9' arrivent sur le codec. Ce dernier extrait de ces signaux les signaux situés sur la voie temporelle sur laquelle il est positionné. Le codec décode ces signaux numériques et restitue un signal analogique à l'entrée 512 du joncteur. Ces commandes de l'ensemble joncteur-codec sont les suivantes - Mise en fonctionnement du codec sur une voie temporelle bien précise - Mise hors service du codec - lecture de ltetat du poste d'abonné raccordé sur le joncteur (décroché, raceroché) - Commande d'envoi de courant de sonnerie vers le poste d'abonné. Ces commandes sont émises par le microprocesseur et sont traitées par la carte d'interface périphérie téléphonique IPT 3 (Fig. 1). Elles sont ensuite aiguillées par adressage émis par le microprocesseur et par décodage de cet adressage dans la carte de "dispositifs annexes joncteurs" DAJ 6 (Fig. 1). Ces cartes IPT 3 et DAJ 6 sont proprets à l'invention. Le fonctionnement en est décrit au Chapitre II. La carte DAJ est prévue pour commander 16 joncteurs. La carte IPT est prévue pour commander 16 DAJ. On pourrait donc equiper l'appareillage de l'invention de 16 x 16 - 256 joncteurs. L3 -La base de ems (2, Fig. 1) Cette unité fournit tous les signaux nécessaires aux opérations suivantes - la synchronisation-des lignes multiplex MIC entrants et sortants ; - la création des 32 intervalles de temps ou voies temporelles des MICs ; - fonctionnement des CODECs - fonctionnement du générateur de tonalités ; - fonctionnement du commutateur ou réseau de commutation. Les signaux sont créés à partir d'un oscillateur à quartz de fréquence 8,192 MHz avec une précision de 10 . Ils sont représentés dans les Figs. 4a et 4b. Cette base de temps est réalisée sur une carte de circuit imprimé au standard Socotel 4 U. Elle n'est pas dupliquée. Les signaux fournis par la base de temps sont les suivants - hx : c'est l'horloge de synchronisation de bits. constituant le MIC. Sa fréquence est donc de 2,048 MHz. - ho : signal hx complété. - hl, h2 : signaux de même fréquence que hw servant à créer les impulsions de fonctionnement du réseau de commutation. - 1 à 8 : chacun de ces temps correspond à un bit des octets de codage des signaux téléphoniques. - ì)1 correspond au premier bit de l'octet. - w8 : correspond au huitième bit de l'octet. - ti : représente le temps réservé à la voie temporelle i (3,9 ps). - t31.8 : correspond au produit logique du temps t31 (voie temporelle 31) et de 1'w8 de ce temps. Le début de t31.ù)8 est lé- gèrement retardé (par hl) par rapport au t3l.8) réel pour obtenir le signal de synchronisation de trame nécessaire au fonctionnement des CODECS. - T1 à T5 : les combinaisons de ces 5 signaux représentent les 32 intervalles de temps de la trame MIC. T1 à T5 permettent l'adressage des mémoires du réseau de commutation. - tO : temps O (voie temporelle O de la trame MIC). - t31 : temps 31 (voie temporelle 31 de la trame MIC). - tOw8 et t31w8 : huitième bit de l'octet dans la voie temporelle N O ou N 31. 1.4 - Générateur de tonalité (7, Fig. 1) Cette unité, propre à l'invention injecte sur le MIC entrant porté par la ligne multiplex entrante 9 (Fig. 1) trois tonalités directement numérisées. VT1 : tonalité d'invitation à numéroter VT2 : tonalité de retour d'appel VT3 : tonalité d'occupation Ces tonalités sont générées par lecture de mots écrits en mémoire EPROM. Ces mots correspondent au codage (Loi A MIC CEPT) d'une fréquence de 800 Hz d'amplitude 2 volts. Les mots lus au début de chaque trame sont injectés sur les 3 voies temporelles citées ci-avant avec un système d'arrêt cadencé pour les voies 2 et 3. Voie 2, on injecte la tonalité pendant 1,6 sec., on l'arrête pendant 3 sec. Voie 3, on injecte la tonalité pend-ant 500 ms, on llarrête pendant 500 ms. La Fig. 2 représente la connexion entre I'ntervallede temps entrant N 1 contenant VT1 et l'intervalle de temps sortant Nô 5. 15- Générateur de sonnerie (8, Fig. 1) Ce générateur crée un courant alternatif de fréquence 10 kHz ayant une amplitude suffisante pour allumer une lampe sur poste téléphonique. Les postes téléphoniques raccordés à l'autocommutateur sont modifés. Leur sonnerie d'origine est. remplacée par une lampe à filament. II - FONCTIONNEMENT DE L'ENSEMBLE Toute la partie "matériel" décrite par le diagramme de blocs de la Fig. 1 est gérée par un microprocesseur TEXAS INSTRUMENT de la série 9900, (4-, Fig. 1). La carte "Interface périphérie téléphonique11, (3, Fig. 1) est adaptée à ce microprocesseur. I1 est possible de commander l'autocommutateur par tout autre microprocesseur à condition de créer une carte IPT spécifique pour cet autre microprocesseur. Les fonctions à réaliser pour établir une communication sont de deux types - Fonctions matérielles : le microprocesseur émet alors des commandes vers les sous-ensembles constituant l'autocommutateur. Ces fonctions sont au nombre de 6 F1 à F5 et F'5 et sont décrites ci-après dans ce chapitre - Fonctions logicielles : le microprocesseur gère, suivant les instructions du programme, les fonctions non réaliséespar le matériel Exemple - gestion des enregistreurs, traduction de la numérotation emise par les usagers, etc. E.1 - Fonction Fl (Fig. 5) Elle concerne la lecture de l,état des joncteurs. Son objet est de savoir si le poste d'abonné raccordé sur un joncteur déterminé est raccroché ou décroché. L'état raccroché est caractérisé par un "O" logique en sortie 507 de la porte logique NOR 506 du joncteur. L'état décroché est caractérisé par un "1" logique en sortie de cette même porte. Cette fonction permet de tester 256 joncteurs. Le microprocesseur 4 émet la fonction F1 sur 3 bits (001) vers un décodeur defonctions 300 (Fig. 5). Le décodeur valide une sortie de300 correspondant à la fonction F1. Le microprocesseur 4 émet l'adresse du joncteur à tester sur 8 bits. Les 4 bits de poids forts(24 à 27) sont émis vers un décodeur d'adresses 301 permettant de sélectionner un groupe de 16 joncteurs commandés par une DAJ commune 6. Les 4 bits de poids faites (20 à 23) sont émis vers toutes les cartes DAJ 6 équipées (16 au maximum, 1 sur la maquette décrite). Ces 4 bits sont aiguillés sur un multiplexeur 601 permettant de sélectionner une entrée parmi 16. Sur cette entrée, on trouve la sortie 507 de la porte NOR 506 du joncteur adressé (Fig. 3). Le multiplexeur 601 ne fonctionnera que s'il est validé par le décodeur des poids forts 301 et par le décodeur de fonction 300 grâce à la porte ET 602. L'état logique présent sur l'entrée sélectionnée du multiplexeur 601 se retrouve en sortie de cet élément. Cette sortie est câblée sur une entrée d'un multiplexeur 302 dans 1'IPT 3. Le multiplexeur 302 a 16 entrées correspondant aux 16 DAJ. L'adressage du multiplexeur 302, poids forts de l'adresse du joncteur validés par la fonction F1 (sortie du decodeur de fonction 300) permet de ramener à sa sortie l'état logique présent sur l'entrée 507 sélectionnée. La sortie du multiplexeur 302-est câblée sur une entrée du microprocesseur : entrée EJ (Fig. 5). Le microprocesseur vient lire le point EJ par programme et range, dans sa mémoire, l'état logique trouvé. Le CODEC INTEL 2911 est positionné au travail, sur une voie temporelle définie, par émission vers ce codec d'un mot de 8 bits en série, chaque bit étant validé par une impulsion d'horloge (Fig. 8). Le mot émis vers le codec comporte le nO de la voie temporelle codé sur 6 bits et des informations codées sur 2 bits permettant de mettre le codec en ou hors fonctionnement. Le mot d'affectation du codec est émis vers tous les codecs. Les impulsions de validation sont émises vers le codec que l'on désire affecter à une voie temporelle. Le microprocesseur émet la fonction 4 (100) vers le décodeur de fonctions 300 et l'adresse du joncteur et donc du codec sur 8 bits. Par jeu de décodeurs 301 dans 1'IPT, 606 dans la DAJ qui fonctionnent suivant le même principe- que pour les fonctions précédentes, on aiguille l'horloge de validation vers le bon codec. Le microprocesseur 4 émet le message de 8 bits sur une sortie série 401 CRUOUT ainsi que les impulsions de validation sur une sortie 402 CRUCLK (voir Fig. 8). II.4 - Fonction F5 (Fig. 9) Elle concerne l'envoi d'un message vers le réseau de commutation, c'est-à-dire qu'elle permet de réaliser une connexion dans le commutateur 1 (Fig. 1) entre une voie temporelle du MIC de la ligne multiplex entrante 9 et une voie temporelle du MIC de la ligne multiplex sortante 9' (Fig. 1). Pour cela, on écrit la donnée permettant la connexion dans la mémoire de commande 100 du commutateur 1. Le microprocesseur 4 doit émettre un mot comportant la donnée à écrire dans la mémoire de commande (5 bits), l'adresse indiquant où écrire ce mot dans la mémoire (5 bits) et une donnée indiquant au commutateur 1 qu'il s'agit d'une écriture ou d'une lecture de la mémoire de commande (2 bits). Les bits de ce mot doivent être présentés en parallèle aux entrées du commutateur. Or, on se sert des sorties CRUOUT 401 et CRUCLK 402 du microprocesseur. I1 faut donc réaliser une conversion série-parallèle dans l'interface IPT. Ceci est réalisé par un registre à décalage 303. Le microprocesseur émet vers le décodeur de fonctions 300 la fonction F5 (101). Cette fonction ouvre une porte 304 permettant le passage du mot série . Le mot est alors rangé dans 303. II.2 - Fonctions F2 et F3 (Fig. 6) Elles concernent la commande et l'arrêt de sonnerie, c'est-à-dire le placement d'un "1" logique sur l'entrée 504 d'un joncteur déterminé pour commander le relais 502 basculant les fils de ligne a, b du jonc teur vers les fils S1, S2 (Fig. 3) sur lesquels se trouve le courant de sonnerie, pour envoyer le signal de sonnerie sur le poste raccordé à ce joncteur, et le placement d'un "0" logique sur 504 pour remettre le relais au repos et arrêter la sonnerie. Le microprocesseur 4 émet la fonction 2 (010) ou 3 (011) vers le décodeur de fonction 300. Ce dernier valide sa sortie correspondant à la fonction F2 ou F3. Le microprocesseur émet l'adresse du joncteur sur 8 bits. Les 4 bits de poids forts sont émis vers le décodeur d'adresses 301 qui sé lectionne une carte DAJ 6. Les 4 bits de poids faibles sont émis dans toutes les DAJ, vers des décodeurs 603 et 604. Le décodeur 603 fonctionne s'il est validé par la sortie du décodeur 301 de 1'IPT et par la sortie du décodeur 300 correspondant à la fonction F2 (commande sonnerie). La sortie du décodeur 603 correspondant au joncteur adressé est alors activée et positionne une bascule 6050 à 60515 à "1" logique. La sortie de cette bascule est reliée à l'entrée 504 du joncteur. Le décodeur 604 fonctionne s'il est validé parla sortie du décodeur 301 de 1'IPT et par la sortie F3 du décodeur de fonctions 300. La sortie du décodeur 604 correspondant au joncteur adressé est alors activée et positionne la bascule désirée 6050 à 60515 correspondant au joncteur à ltétat logique "O". Ce "O" logique émis sur le fil 504 du joncteur fait retomber le relais 502 du joncteur précédemment mis au travail par la fonction F2. II.3 - Fonction F4 (Fig. 7) Elle concerne l'affectation d'une voie temporelle à un joncteur, c'est-à-dire la mise d'un codec correspondant à un joncteur déterminé au travail sur une voie temporelle définie et la mise au repos du codec qui fonctionne. Le microprocesseur émet ensuite une impulsion de validation sur sa borne 403 permettant de transférer en parallèle le mot rangé dans 303 dans un registre d'entrée 100 du reseau de connexion (ou commutateur). II.5 - Fonction F'5 (Fig. 10) Elle concerne le test de l'interface du réseau de commutation. Pour écrire un mot dans la mémoire de commande 100 du réseau de commutation 1 (Fig. 1), il faut que le mot précédemment envoyé vers le réseau ait été pris en-compte et rangé dans la mémoire. Tant que cette action n'est pas réalisée, le réseau marque son indisponibilité sur un fil. Le microprocesseur vient tester l'état logique présent sur ce fil. La fonction F'5 (101) identique par sa structure binaire à F5 permet l'ouverture d'une porte 305 qui transfère l'état logique du réseau (point 101) à l'entrée du microprocesseur. En se référant maintenant aux Figs. lla et llb, on a représenté en 8 la carte de sonnerie, en JO et J1 deux cartes de joncteurs, en 6 la carte du dispositif annexe de joncteurs (DAJ), en 7 la carte du générateur de tonalités 5, en 2 la base de temps, en 1 le réseau de commutation, en 3 deux cartes d'interface de periphérie- téléphonique, en 51 la carte d'interface dè raccordement de la liaison de l'autocommutateur avec le microprocesseur, par l'intermédiaire d'un câble plat 52, en 508 les cartes codecs, en 53 la carte d'interconnexion entre cartes sur laquelle sont fixés les connecteurs femelles 54 de ces cartes, en 55 les flèches femelles permettant le raceordement des postes d'abonnés et en 56 les fiches femelles permettant le raccordement des alimentations +5V, -5V, +12V, -12V, -48V et terre. Les éléments suivants rendent le dispositif apte à l'enseignement 57 désigne deux cartes prolongateurs, double-face portant sur chaque face 31 conducteurs parallèles. Un conducteur femelle à-2 x 31 points est fixé sur le bandeau avant ; ses broches sont soudées aux 62 conducteurs de la carte. 58 est une carte prolongateur comportant 8 conducteurs aboutissant sur 8 fiches femelles fixées sur le bandeau avant. 59 est un cordon plat comportant 2 x 31 conducteurs aux extrémités duquel sont fixés deux connecteurs femelles à 2 x 31 points pouvant s'enficher sur les broches de connexion de la carte 53. Revendications 1 - Dispositif de commutation numérique, multiplex à division du temps, destiné à l'enseignement de la commutation temporelle comprenant un réseau de commutation temporelle proprement dit ayant une mémoire de commande ; des moyens de définir une trame et des voies temporelles des joncteurs de lignes d'abonné des codecs associés auxdits joncteurs des générateurs de signaux de sonnerie et de tonalités un microprocesseur caractérisé en ce qu'il comprend en outre une interface de périphérie téléphonique (3) et un dispositif annexe de joncteur (6), qui reçoivent respectivement du microprocesseur (4) un mot d'instruction et l'adresse d'un joncteur désigné, que le dispositif annexe de joncteurs (6) décode l'adresse du joncteur désigné reçue du microprocesseur, teste l'état du joncteur désigné (borne 507) etapplique sélectivement audit joncteur (borne 504) le signal de sonnerie en provenance du générateur de sonnerie (8). 2 - Dispositif de commutation numérique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif annexe de joncteurs (6) reçoit du microprocesseur (4) l'adresse du joncteur désigné, le numéro du codec associé audit joncteur désigné et des impulsions de validation des bits dudit numéro et que le dispositif annexe de joncteurs transmet ledit numéro et lesdites impulsions de validation au codec destinataire après avoir décodé l'adresse du joncteur. 3 - Dispositif de commutation numérique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le microprocesseur transmet par l'intermédiaire de l'interface de périphérie téléphonique (3) à la mémoire de commande (100) du réseau de commutation (1) des mots de commande de la connexion cntre voies temporelles à effectuer. 4 - Dispositif de commutation numérique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les tonalités sont enregistrées sous forme MIC dans une mémoire morte et que ladite mémoire morte applique une tonalité donnée à une voie temporelle entrante de rang donné, d'où il résulte que l'envoi d'une tonalité désignée à un abonné donné revient à connecter la voie temporelle assignée à ladite tonalité désignée à la voie temporelle sortante de cet abonné. 5 - Dispositif de commutation numérique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'adresse du joncteur désigné transmise par le microprocesseur (4) au dispositif annexe de joncteurs (6) comprend deux parties, l'une affectée à un groupe de joncteurs et l'autre affectée à un joncteur de ce groupe.