專用交換機過於強大專業的功能，以及昂貴的價格，並非小型建網的理想選擇；同時，傳統的PBX的模擬交換方式存在著失真大、欠靈活以及隨規模增大而複雜度劇增的不足。本文提出的方案，有別於常用PBX的模擬交換，是一種適用於一定規模局域網的機。的使用在保證了性能提高的同時，在複雜度和擴展性方麵也有了明顯的改進。

       一 、係統結構
　　
      本係統實現了帶有16路內線電話、同時具備4路外線接口的數字交換機，係統結構如圖1。

　　（1）用戶接口及PCM編碼部分

　　用戶接口電路選用IDT公司的821611芯片，該芯片與編碼芯片IDT821034配合良好。用戶線各對應一片821611，四路用戶接入一片821034（可調增益的四路PCM編碼芯片），最終4片821034的PCM信號（16路）一起掛接在PCM總線上，送入FPGA。要注意的是， 821034采用的類似SPI (Serial Peripheral Interface)的串行控製接口，使我們能采用帶SPI的單片機（例如，Analog公司的Aduc812），很方便地實現對多片IDT821034的控製。

　　（2）外線接口

　　外線接口一部分負責外線的鈴流檢測和變壓器(僅通過語音)接入。鈴流檢測采用了SGS公司的LS1240。每當鈴流進入，向FPGA送出高電平，從而測知外線的呼入。另一部分為與內線中的SLIC和CODEC類似的語音編解碼部分，負責將交換後的數字信號轉為語音送到外線（或者將外線語音及DTMF編碼後送入FPGA）。

　　(3) DTMF接收及提示語音產生

　　係統中，20路電話（含4路外線）複用4路DTMF收號芯片進行收號。FPGA將待收號話路的PCM信號送到當前空閑的收號模塊。DTMF的接收由MT8870完成， FPGA與MT8870之間，有一片MT8965（單通道語音編解碼芯片）,將FPGA送出數字信號轉為模擬信號由MT8870讀取。而交換過程的提示語音則選用ISD4004（語音錄放芯片，SPI控製），將其語音輸出接在MT8965的語音輸入端，再以PCM的編碼形式送入FPGA。每路DTMF接收和語音送出均為固定時隙，交換控製在FPGA中完成。

　　 (4) FPGA

　　FPGA作為核心部分，負責數字交換、信號音產生及控製、收號控製、提示音控製、外線接口控製、時鍾產生等功能。為了與外圍器件配合，選用兼容5V接口的FPGA（如Altera的ACEX 1K）。詳細說明在後麵給出。

　　 (5)MCU

　　MCU（這裏選用Analog公司的Aduc812，具有包括SPI在內的的靈活的用戶接口）負責整個係統運行過程的調度及流程控製。軟件的一些細節也將在後麵進行說明。

       二、PGA邏輯設計

　　係統內的PCM信號（用戶語音、外線語音、提示語音3種語音的PCM編碼信號）需要處理和交換；電話所需的信號音（撥號、提示、忙等）需要產生；MCU雖然負責整個係統的配置控製，但它與器件之間還需要控製邏輯；同時，係統還需要特定的時鍾和定時信號。上述的這些功能，都由FPGA來完成。圖3是FPGA的頂層硬件框圖。

　　MCU對各功能塊的相關操作均通過以總線讀寫寄存器的方式進行。

　　（1）總線控製（BUS-TRAN）

　　本功能塊將MCU的總線（高8位地址線和低8位數據地址複用線）轉換為分開的地址與數據總線（以BUS表示）。

　　（2） SPI片選生成（SPI-/CS）

　　圖4中除/SS之外的信號均由MCU產生，隻有/SS信號需要FPGA提供。通過對功能塊內寄存器的寫操作，生成外圍器件的SPI-/SS信號。

　　（3） DTMF收號（DTMF-REC）

　　FPGA與8870有DATA0－DATA3（數據）、StD（狀態線）、TOE（片選有效）等6線相連，FPGA在MCU控製下查詢StD狀態，有正脈衝時，通過TOE使8870輸出有效，再由DATA0-DATA3讀取收號結果。同時， 還要產生MT8965的控製線（ CA,/F1i, CSTI）以配合收號和送提示音過程。

　　（4）外線檢測（EXTERNAL-DET）

　　這裏隻需要對外線接口送來的狀態線進行查詢（讀寄存器方式），以測知是否有外線呼入。

　　（5）時鍾產生（TIMING-GEN）

　　將係統時鍾分頻，得到PCM-FS、 PCM-Clock 、MCLK(For 821034)、OSC(For 8870)、C2i(For 8965)等時鍾信號。