Cơ sở lý thuyết và đặc tính kỹ thuật các công cụ giải bài toán

PHẦN II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CÁC CÔNG CỤ GIẢI BÀI TOÁN CHƯƠNG II NGUYÊN LÝ HỌAT ĐỘNG CỦA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN THOẠI I.TIẾN TRÌNH THỰC HIỆN MỘT CUỘC GỌI Để mô tả hệ thống chuyển mạch , tiến trình của một cuộc gọi xem như trải qua mười tầng . Các tầng này sẽ được minh hoạ qua lược đồ sau đây : Thuê bao gọi Tổng đài Thuê bao được gọi Nhận dạng thuê bao gọi ( tín hiệu truy cập Œ  Phân bố bộ nhớ chứa các chữ số và kết nối thiết bị dùng chung Âm mời quay số Ž Phân tích số và chọn kênh xuất Các chữ số quay   DTMF hay PULSE Thiết lập đường dẫn chuyển mạch ‘ Gởi nhận diện số nếu có dịch vụ Âm hiệu chuông ’ DoØng điện chuông Cắt âm hiệu và dòng chuông Tín hiệu trả lời “ Quản lý Đàm thoại Đàm thoại ” Tín hiệu gác máy • Ngắt thiết bị Trình tự của một cuộc gọi nội hạt II. Kỹ Thuật Gởi Số Bằng Xung Lưỡng Aâm Đa Tần (Dual Tone Multifrequency Dtmf ): 1. Hệ thống DTMF: Để thực hiện quay số về tổng đài có 2 phương thức quay DTMF và PULSE.Hệ thống DTMF đang phát triển và đã trở thành phổ biến trong hệ thống điện thoại hiện đại hiện nay. Hệ thống này còn gọi là hệ thống Touch-Tone, hệ thống được hình thành vào năm 1960 nhưng mãi đến năm 1970 mới được phát triển rộng rãi. Hệ thống DTMF giờ đây trở thành chuẩn thay thế cho hệ thống xung kiểu cũ. DTMF (dual tone multifrequency) là tổng hợp của hai âm thanh. Nhưng điểm đặt biệt của hai âm này là không cùng âm nghĩa là: tần số của hai âm thanh này không có cùng ước số chung với âm thanh kia. Ví dụ như 750 và 500 thì có cùng ước số chung là 250 (750=250 x 3, 500= 250 x 2) vì vậy 750 và 500 là hai thanh cùng âm không thể kết hợp thành tín hiệu DTMF. Lợi điểm của việc sử dụng tín hiệu DTMF trong điện thoại là chống được nhiễu tín hiệu , do đó tổng đài có thể biết chính xác được phím nào đã được nhấn. Ngoài ra nó còn giúp cho người ta sử dụng điện thoại thuận tiện hơn. Ngày nay hầu hết các hệ thống điện thoại đều sử dụng tín hiệu DTMF. Bàn phím chuẩn của loại điện thoại này có dạng ma trận chữ nhật gồm có 3 cột và 4 hàng tạo nên tổng cộng là 12 phím nhấn: 10 phím cho chữ số (0-9), hai phím đặc biệt là ‘* ’ và ‘# ’. Mỗi một hàng trên bàn phím được gán cho một tần số tone thấp, mỗi cột được gán cho tần số tone cao (hình vẽ). Mỗi một phím sẽ có một tín hiệu DTMF riêng mà được tổng hợp bởi hai tần số tương ứng với hàng và cột mà phím đó đang đứng. Những tần số này đã được chọn lựa rất cẩn thận. 1209Hz 1336Hz 1477Hz * 0 # 9 1 2 8 4 5 6 7 3 697Hz 770Hz 852Hz 941Hz Bàn phím chuẩn 12 phím DTMF Ngày nay để tăng khả năng sử dụng của điện thoại người ta phát triển thêm một cột nữa cho bàn phím điện thoại chuẩn tạo nên bàn phím ma trận 4x4 như hình sau : 1209Hz 1336Hz 1477Hz 1633Hz A 3 2 1 697Hz B 6 5 4 C 7 8 9 770Hz D # 0 * 852Hz 941Hz Bàn phím chuẩn 16 phím DTMF 2. So sánh thời gian gửi số: Gửi số bằng lưỡng âm đa tần DTMF nhanh hơn cách quay số rất nhiều về mặt nguyên tắt cũng như trên thực tế. Với DTMF thời gian nhận được một chữ là 50ms và thời gian nghỉ giữa hai số là 50ms, tổng cộng là 100ms cho mỗi số. Giả sử gửi đi 10 số: Với DTMF mất: 100 ms x 10 = 1s. Với đĩa quay số : 5x10x100ms + 9x700ms = 11,3 s. Ngoài ưu điểm sử dụng dễ dàng, nhẹ, DTMF giảm thời gian chiếm dụng bộ thu số rất nhiều, giảm bởi số lượng bộ thu số dẫn tới giản giá thành tổng đài. III. Nguyên lý hoạt động của thuê bao: 1. Yêu cầu của mạch vòng thuê bao: Vòng nội bộ của thuê bao là 1 đường 2 dây cân bằng nối với đầu cuối , có trở kháng đặc tính khoảng 500 - 1000W , thông thường là 600W . Một nguồn chung của đầu cuối cung cấp nguồn 48VDC cho mỗi vòng thuê bao , hai dây dẫn được nối với hai đầu Tip và Ring . Đường Ring có điện thế 48VDC đối với đàu Tip . Đầu Tip được nối với đất (chỉ đối với DC) ở đầu cuối . Khi thuê bao nhấc máy (off-hook) làm đóng tiếp điểm chuyển mạch tạo nên dòng điện xấp xỉ 20 mA chạy trong vòng thuê bao . Ở chế độ off-hook điện thế DC rơi trên đường dây giữa 2 đầu Típ và Ring khoảng 8 - 10 VDC ở thiết bị đầu cuối của thuê bao điện thoại . Tín hiệu thoại âm tần được truyền trên mỗi hướng của đường dây khi có sự thay đổi nhỏ của dòng điện vòng . Sự thay đổi của dòng điện bao gồm tín hiệu AC chồng chập với dòng điện vòng DC . 2 . Các chỉ tiêu tối thiểu cho một máy điện thoại : * Tổng trở DC khi gác máy > 20KW . * Tổng trở Ac khi gác máy : 4 - 10 KW . * Tổng trở DC khi nhấc máy < 1KW . * Gởi số về tổng đài dạng Pulsse hay tone . 3 . Nhận định phương thức làm việc: . Thuê bao gọi nhấc máy: Tổng đài sẽ nhận biết trạng thái thuê bao chủ gọi nhấc máy thông qua sự thay đổi điện trở vòng của đường dây thuê bao . Bình thường khi thuê bao ở trạng thái nghĩ điện trở vòng rất lớn , ta có thể coi như hở mạch . Khi thuê bao nhấc máy điện trở vòng giảm đi nhiều , tổng đài có thể nhận biết sự thay đổi điện trở của thuê bao tức là thay đổi của trạng thái thuê bao thông qua bộ cảm biến trạng thái . . Cấp âm hiệu mời quay số cho thuê bao: Khi tổng đài phát hiện trạng thái nhấc máy (off-hook) , xung mời quay số được phát đến vòng thuê bao ; đó là âm hiệu mời gọi báo cho người gọi biết cuộc gọi đã sẵn sàng chờ quay số . Tín hiệu này có dạng hình sin có tần số 425Hz và phát liên tục cho tới khi bắt đầu quay số thứ nhất . Trong trường hợp người gọi nhấc máy nhưng không quay số , sau một thời gian khoảng 15s tổng đài sẽ ngắt Dia tone và phát busy tone về phía người quay số . VDC 0 t Tín hiệu Dial tone Tín hiệu báo bận Busy tone: Khi thuê bao bị gọi đang thông thoại trước đó hoặc các đường kết nối thông thoại đều bị bận thì tổng đài sẽ cấp busy tone cho thuê bao gọi . Âm hiệu này cũng là tín hiệu hình Sin có tần số 425Hz nhưng được ngắt quãng 0,5s làm việc 0,5s nghỉ . VDC 0 t 0,5s 0,5s Tín hiệu Busy tone Nếu các đường dây thông thoại không bận thì tổng đài phải nhận biết các thuê bao gọi và xem xét : * Nếu số đầu nằm trong tập thuê bao của tổng đài thì tổng đài sẽ phục vụ như cuộc gọi nội đài . * Nếu số đầu không nằm trong tập thuê bao của tổng đài thì tổng đài sẽ phục vụ như 1 cuộc gọi liên đài qua trung kế và giữ toàn bộ phần định vị số quay sang sang tổng đài đối phương để giải mã . * Nếu số đầu là mã gọi chức năng đặc biệt thì tổng đài sẽ thực hiện các chức năng đó để phục vụ cho thuê bao . Nếu thuê bao được gọi rảnh thì tổng đài sẽ gởi số nhận diện số chủ gọi nếu có cài dịch vụ sau đó cấp chuông cho thuê bao được gọi vớid điện áp AC 70 - 110 V , tần số f= 16 - 25 Hz ( thường là 90VAC/25Hz) với chu kỳ 2s có tín hiệu và 3s không có tín hiệu . VAC 90 t 0 2s 3s Tín hiệu chuông Đồng thời tổng đài sẽ cấp tín hiệu hồi âm chuông cho thuê bao gọi , đó là tín hiệu Ring Back Tone có tần số f=425Hz với chu kỳ 3s làm việc và 2s nghỉ . VDC 90 0 t 3s 2s Tín hiệu Ring Back Tone Khi thuê bao được gọi nhấc máy thì tổng đài sẽ nhận biết trạng thái nhấc máy này , tiến hành cắt dòng chuông cho thuê bao bị gọi một cách kịp thời để tránh hư hỏng cho thuê bao . Đồng thời tổng đài cũng tắt âm hiệu hồi chuông cho thuê bao chủ gọi và tiến hành kết nối thông thoại cho cả 2 thuê bao . .Tổng đài sẽ giải toả : một số thiết bị không cần thiết để tiếp tục phục vụ cho các cuộc đàm thoại khác ( mạch giả mã DTMF) . Khi 2 thuê bao đang đàm thoại mà có 1 thuê bao gác máy: Tổng đài nhận biết trạng thái gác máy này , cắt các thông thoại cho cả 2 thuê bao , đồng thời cấp busy tone cho thuê bao còn lại , giải toả đường dây đã kết nối để phục vụ cuộc đàm thoai khác . Khi thuê bao còn lại gác máy , tổng đài xác định trạng thái gác máy này và kết thúc chương trình phục vụ cho thuê bao . Tấùt cả các hoạt động trên được điều khiển bằng các chương trình , người vận hành tổng đài có thể theo dõi hoạt động của tổng đài thông qua màn hình máy tính của tổng đài . CHƯƠNG III TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ GIAO TIẾP NỐI TIẾP CỔNG COM I. Giới thiệu : Trong hệ thống thông tin hiện nay , việc trao đổi truyền dữ liệu với máy tính là không thể thiếu . Khác với truyền bằng cách thu phát tín hiệu tương tự như âm thanh , hình ảnh . Việc truyền dữ liệu với máy tính thực hiện bằng cách thu và phát tín hiệu có mã nhị phân , các mã này được tạo ra , lưu trữ và xử lý bởi máy tính và các thiết bị ngoại vi của nó . Chúng bao gồm các thông báo , các file văn bản , đồ hoạ dữ liệu số và các dạng tương tự như vậy . Một mã nhị phân n bit có thể biểu diễn 2n phần tử dữ liệu . Các đường truyền dùng để truyền dữ liệu là các đường truyền số , nghĩa là tín hiệu chỉ có thể ở trong một số trạng thái riêng biệt . Thông thường , tín hiệu số được biểu diễn bằng hai trạng thái tương ứng với mức logic 0 và mức logic 1 . Trong khi đó , một tín hiệu tương tự có thể chiếm một trạng thái bất kỳ trên một dãy liên tục . Các bộ mã hiển thị các chữ cái và số được gọi là các mã chữ số . Bộ mã số thông dụng nhất là bộ mã ASCII 07 bit . Bảng mã này có 128 vị trí chứa các mã chữ cái in hoa và in thường , các số từ 0 đến 9 , một số dấu chấm câu và các ký tự đặc biệt , các mã chức năng và các mã điều khiển dành cho các chức năng đặc biệt như xuống dòng , về đầu dòng , ... II . Truyền dữ liệu và chuẩn RS232 : Các kiểu truyền dữ liệu: a. Truyền song song và truyền nối tiếp: b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 Truyền song song Truyền song song: Một mã có thể được gởi đi dưới dạng song song , nghĩa là các bit được phát đồng thời trên các đường dây riêng rẽ . Truyền nối tiếp : Hoặc mã đó được gởi đi dưới dạng nối tiếp , tức là các bit được phát tuần tự từng bít trên cùng một đường dây . b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 Truyền nối tiếp b. Truyền đồng bộ và bất đồng bộ : Bên cạnh truyền song song và nối tiếp , dữ liệu có thể được gửi đi theo cách đồng bộ hoặc bất đồng bộ . Truyền đồng bộ: Nơi thu sẽ dịch các ký tự vào thanh ghi dịch cùng nhịp với nơi phát . Việc truyền như vậy được thực hiện do ta cấp xung clock cho cả hai thanh ghi dịch ở bộ phát và bộ thu từ một nguồn xung clock chung . Một khi sự đồng bộ được thiết lập ở nơi thu , một chuỗi các ký tự được gửi đi với tốc độ cao ( bị giới hạn bởi băng thông của đường truyền ) . Ưu điểm của phương pháp truyền tốc độ là tốc độ truyền cao , truyền liên tục không có khoảng trống giữa các bit . Tuy nhiên , bất lợi của phương pháp này là cần phải gửi tín hiệu xung clock song song với dữ lỉệu trên một kênh truyền thứ hai . Ở khoảng cách xa không cung cấp được kênh riêng , phía phát đưa thông tin clock vào dữ liệu (line coding) , phía thu được trang bị các vòng khoá pha số DPLL để có thể lấy ra thông tin định thời bit từ chính dòng dữ liệu và tái tạo lại tín hiệu xung clock phía thu . Vì vậy dùng phương pháp này ít kinh tế hơn là truyền bất đồng bộ . Để phân biệt bắt đầu và kết thúc ký tự (nghĩa là lúc nào có ký tự này với ký tự sau) , thông thường một ký tự đặc biệt được gửi trước một khối dữ liệu để thu đạt được đồng bộ . Ký tự SYN ( có mã ASCII là 22) thường được sử dụng cho mục đích này . Truyền bất đồng bộ: Tồn tại khoảng thời gian nghĩ giữa các bit . Không đòi hỏi tín hiệu phải được truyền liên tục từ nơi phát đến nơi thu . Các ký tự sẽ được đồng bộ một cách riêng rẽ . Kỹ tự được truyền theo các Frame , mỗi Frrame gồm có các bit start , các bít dữ liệu của ký tự được truyền , bit parity kiểm tra lỗi đường truyền và các bit stop . Bit start được truyền trước tiên , phía thu phát hiện bit này và kích khởi bộ phận tạo xung clock dời bit của máy thu . Stop bit ( 1bit , 1 bit rưỡi hoặc 2 bit) được truyền cuối cùng để xưÛ lý một số vấn đề sau khi truyền , độ dài stop bit được chọn tuỳ thuộc vào thời gian xử lý . Việc đồng bộ ký tự sẽ dựa vào start và stop bit . Nếu không có ký tự nào được truyền thì ngõ ra bên phát ở mức cao . Khi có ký tự được truyền , đầu tiên sẽ phát ra start bit để báo cho phía thu biết có dữ liệu đang đựoc truyền tới , kế đó là truyền tiếp các bit dữ liệu của ký tự rồi đến bit parity để kiểm tra ký tự vừa nhận để báo đúng hoặc sai , cuối cùng là truyền stop bit để báo ký tự truyền đi đã kết thúc . Bit parity không bắt buộc , thông thường chỉ dùng bit này khi truyền đi xa . Vì phải thêm vào các bit start và stop cho một ký tự dữ liệu khi truyền nên tốc độ truyền bất đồng bộ chậm hơn truyền đồng bộ . Tuy nhiên truyền bằng phương pháp bất đồng bộ sẽ kinh tế hơn , phù hợp cho truyền dữ liệu vào không liên tục . Các tốc độ chuẩn của truyền bất đồng bộ là : 75 , 110 , 300 , 1200 , 9600 bps . Các tốc độ chuẩn của truyền đồng bộ là : 2400 , 4800 , 9600 bps . Bắt tay trong truyền dữ liệu : Để tránh việc truyền tràn lan từ phía phát đến bên thu , người ta sử dụng bắt tay Bắt tay cứng: Sử dụng nối dây phần cứng nhằm thoả thuận giữa máy tính và modem ( hay giữa hai máy tính) khi nào truyền được hoặc không truyền dữ liệu . DCE (modem) dùng CTS (Clear to send) hay DSR ( Data Set Ready) để báo cho phía phát ngưng phát hay phát tiếp . Nếu là đường truyền song công , bốn đường bắt tay RTS (Request to send) , DTR (Data Terminal Ready ) , DSR , CTS được dùng để thông báo lúc này truyền hoặc ngưng . THU PHÁT sẵn sàng nhận chưa chưa rồi gửi ký tự Bắt tay cứng Bắt tay mềm: Các ký tự điều khiển được truyền chung với ký tưÏ dữ liệu . Phương pháp bắt tay này còn được gọi là giao thức Xon/Xoff . Điều kiện bắt buộc để có thể sử dụng bắt tay này là đường truyền phải có khả năng truyền hai chiều . Khi phía phát nhậ được ký tự Xoff (ký tự DC3) thì phía phát phải ngưng truyền vì phía thu đã đầy . Khi phía thu xử lý xong nó yêu cầu Xon ( ký tự DC1) thì phía phát lại truyền PHÁT THU Bắt tay mềm Xoff Xon Chuẩn RS232C : Chuẩn RS232C dùng chỉ rõ các kết nối đường điều khiển và dữ liệu nối giữa một modem và một thiết bị đàu cuối hoặc máy tính . Chuẩn xem modem như DCE và xem thiết bị đầu cuối là DTE . Chuẩn RS232C được dùng để truyền dữ liệu trong khoảng cách ngắn , tối đa là 20 m với tốc độ truyền thấp hơn 20 Kbps . Đây là một dạng giao tiếp loại TTL bộ kích thích đường dây không cân bằng . Đặc điểm kỹ thuật về điện của RS232C: Mức điện áp của RS232C ở khoảng giữa +15V và -15V . Các đường dữ liệu sử dụng mức điện áp từ -3V đến -15V để chuyển mức logic 1 và +3V đến +15V để chuyển mức logic 0 . Tuy nhiên các đường điều khiển (ngoại trừ TxD và RxD ) sử dụng mức +3V đến +15V để chỉ giá trị true và mức -3V đến -15V để chỉ giá trị false . Ở chuẩn giao tiếp này , giữa ngõ ra bộ kích phát và ngõ vào của bộ thu có mức nhiều giới hạn là 2V . Do đó ngưỡng nhỏ nhất đối với ngõ ra là ±5V . Ngõ ra bộ kích phát khi không tải có điện áp là ±25V . Để ngăn sự dao động quá mức , tốc độ thay đổi của điện áp không vượt quá 30V/ms . Đối với các đường điều khiển , thời gian chuyển của tín hiệu ( từ true sang false hoặc ngược lại ) không vượt quá 1ms . Đối với các đường dữ liệu , thời gian chuyển ( từ 1 sang 0 hoặc ngược lại ) không vượt quá thơì gian 4% của 1 bit hoặc 1ms . Các đường dữ liệu và điều khiển của RS232C: DTE DCE 2 3 20 6 4 5 8 22 7 1 2 3 20 6 4 5 8 22 7 1 TxD (transmit data) RxD ( receiver data) DTR (data terminal ready) DSR (data set ready) RTS (request to send) CTS (clear to send) CD (carier detect) RI (ring indicate) SIG (signal ground) SGH (shield ground) TxD: Dữ liệu được truyền trên mạng điện thoại . RxD: Dữ liệu được thu bởi modem trên mạng điện thoại . DSR: Báo rằng Modem đã sẵn sàng . DTR: Báo rằng thiết bị đầu cuối đã sẵn sàng . RTS: Báo rằng thiết bị đầu cuối yêu cầu phát dữ liệu . CTS: Modem đáp ứng nhu cầu gửi dữ liệu của thiết bị đầu cuối cho biết rằng thiết bị đầu cuối có thể sử dụng kênh truyền để truyền dữ liệu . CD: Modem báo cho thiết bị đầu cuối biết rằng nhận được sóng mang từ mạng điện thoại . RI: Các modem tự động trả lời , báo rằng đã phát hiện chuông từ mạng điện thoại . Có hai đường dây đất riêng rẽ: một đường cho dây nguồn hoặc mass máy và một đường cho tín hiệu tham chiếu đất . Chúng có điện thế đất như nhau nhưng tách ra như vậy để dòng điện 60 Hz hoặc một nhiều bất kỳ sẽ không xuất hiện trên mạch tín hiệu . Hai đường dây đất này được đặt cách ly bởi điện trở 100W bên trong thiết bị . Modem rỗng của RS232C: Modem rỗng (null modem) được dùng để kết nối hai thiết bị đầu cuối với nhau hoặc một máy tính và một máy in mà không sử dụng các modem . Trong trường hợp này , các đường TxD và RxD phải đặt chéo nhau , các đường điều khiển cần thiết phải được đặt ở true hoặc được trao đổi thích hợp bên trong các kết nối . Trong trường hợp đơn giản chỉ cần kết nối 4 dây lẫn nhau . Trong thực tế hai đường dây đất thường được kết hợp lại mặc dù điều này không được đề cập tới . DTE DTE RI DTR CD DSR CTS RTS RxD TxD SG RI DTR CD DSR CTS RTS RxD TxD SG DTE DTE RI DTR CD DSR CTS RTS RxD TxD SG RI DTR CD DSR CTS RTS RxD TxD SG Các IC kích phát và thu của RS232C: Nhờ tính phổ biến của giao tiếp RS232C , người ta đã chế tạo các IC kích phát và thu . Hai vi mạch như vậy được hãng Motorola sản xuất là IC kích phát MC1488 và IC thu MC1489 . MC1488 nhận tín hiệu mức TLL và cho ra tín hiệu ngõ ra tương thích với mức điện áp của RS232C . Ngược lại , MC1489 nhận tín hiệu vào mức điện áp của RS232C và chuyển thành tín hiệu ngõ ra mức TLL . Tương tự như vậy , IC MAX232 cũng thực hiện chức năng chuyển đổi trên nhưng các kích phát và thu đều được tích hợp trên một IC . Mức Mức RS232 Mức RS232 Mức MC1489 MC1488 IV. Giao tiếp nối tiếp qua cổng com RS232: Vài nét cơ bản về cổng nối tiếp: Cổng nối tiếp RS232 là một loại giao diện phổ