程控交换实验报告

程控交换原理及实验箱简介

1、 程控交换原理介绍

交换技术经历了人工交换、电路交换、X.25的分组交换、帧中继、信元中继、IP交换的发展历程。任何交换系统在呼叫处理方面均有五项基本要求：

◆ 能随时发现呼叫的到来；

◆ 能接收并保存主叫发送的被叫号码；

◆ 能检测被叫的忙闲以及是否存在空闲通路；

◆ 能向空闲被叫用户振铃，在被叫应答时与主叫建立通话电路 ◆ 能随时发现任何一方用户的挂机；

交换系统的基本功能：连接、信令与终端接口、控制。 连接功能就是提供一条通路，空分的连接由半电子的金属接点和全电子的电子接点构成，时分连接由时分复用方式完成。时分复用方式有脉幅调制（PAM）、增量调制（ΔM）和脉冲编码调制（PCM）3种方式。目前采用PCM方式的数字交换网络得到广泛的应用。交换网络除了提供用户间的连接通路外，还应提供必要的传送信号的通路，如信号音的发送、控制接续的信号的接收等。

信令与终端接口功能包括监视（呼出监视、应答与接收监视）、号码（脉冲接收、双音多频信号接收）、信号音（拨号音、铃流、回铃音、忙音等）。数字程控的终端接口除了信令配合的功能外，还有编译码或码型转换等功能

控制功能分低层控制（对连接和信令的控制，处理器发指令由硬件完成）和高层控制（呼叫控制，如号码分析、选空闲通路等）。

2、 程控交换实现技术介绍

程控交换机的实现在硬件上可分成用户接口模块、PCM的编解码模块、交换网络模块（空分交换模块或时分交换模块）、中央控制模块、通信模块。

软件上分操作系统和应用程序，应用程序可分成呼叫处理、维护处理、管理三部分。

空分交换模块由交叉点矩阵和控制存储器构成，中央处理器通过控制存储器的地址变化来打通不同的电子开关。

时分交换模块的实现可以用顺序写入、控制读出的方式，也可采用控制写入、顺序读出的方式来实现时隙的交换。也可采用TST或

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STS的时分交换网络。

3、 JH5003交换实验箱模块及功能介绍 实验箱由话机（4只）、模拟用户电路（4块）、数字用户电路（4块）、交换网络、交换控制单元、信号音产生单元、时钟信号与人工话务台单元、通信单元、局间通话、外线、信号音检测、DTMF解码、直流输出、A/D采样、显示模块和键盘模块（PC版中显示和键盘由PC机完成）构成。同时，本系统配有+5V、 -5V、 -48V等三组电源。

该实验系统的原理框图如图1－1所示；图1－2是该实验系统的模块图。

图1－1 实验系统的原理框图

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交 换 控 制模拟用户接口电路1数字用户接口电路1模拟用户接口电路2数字用户接口电路2空分交换模拟用户接口电路3数字用户接口电路3模拟用户接口电路4数字用户接口电路4时分交换时钟单元DTMF解码局间通信串行通信信号音产生铃流外线通信显示信号音检测直流输出人工话务台键盘图 1－2 实验系统模块图

1）、交换实验箱模块及功能介绍

用户电路由模拟用户线接口电路和数字用户接口电路构成，完成BORSCHT七大功能。 B（馈电）、 O（过压保护）、 R(振铃)、 S（监视）、 C（编译码）、 H（混合）、 T（测试）

⑴模拟用户接口模块：模拟用户线接口电路完成BORS功能、混合电路完成二/四线转换（模拟二线双向信号与四线单向信号的转换）功能；本实验系统中，用户线接口电路包括向用户话机恒流馈电、向被叫用户话机馈送铃流、用户摘机后自行截除铃流、摘挂机的检测、语音信号的二\\四线转换。

⑵数字用户接口模块：由滤波器和PCM/ADPCM编译码器构成，完成模拟话音与数字编码的转换；本实验系统中，数字用户接口电路可完成64kbps速率的PCM编解码、32kbps速率的ADPCM编解码、24kbps速率的ADPCM编解码及16kbps速率的ADPCM编解码，可以比较不同编解码速率时的编解码效果；

⑶交换网络由空分交换网络、时分交换网络组成。本实验系统中，对模拟的话音信号进行空分交换，对音频信号编解码后的数字

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信号进行时分交换；

⑷信号音产生模块完成模拟用户信令的产生功能，即产生在用户话机与局间传递控制信息的各种信号音。包括拨号音、忙音、回铃音、摧挂音、空闲音、长途通知音等。本实验系统中，由信号发生器产生各种正弦信号和断续比不同的信号音，来满足用户信令的要求。

⑸交换控制模块完成对用户状态的检测、控制及用户之间的信号交换功能。本系统由单片机发送控制字和检测监视线路状态，按照15类25个实验的需要，对交换矩阵及本实验系统中相应模块进行控制和操作。

⑹时钟信号及人工话务模块提供实验箱的工作时钟及人工话务台的音频信号的输入和输出。本系统中所需要的几组工作时钟信号，分别由晶振或晶体直接提供或经分频后提供。本模块还可提供数字的总线，收、发时隙，音频输入、输出的测试和人工话务台的耳机插孔及话筒。

⑺通信模块完成实验箱与PC机串口之间的通信或实验箱与LCD屏控制器之间的通信。在通信单元中，通过自定义的通信协议，将实验过程中产生的数据可靠的发送到后台，同时也要将后台的指令正确的送给实验箱的交换控制单元。；

⑻局间通话模块完成交换实验箱之间模拟交换局间的通信功能。本实验系统中，为了模拟交换局间的通信，通过实现两个实验箱之间的通话，来模拟两个不同局号的用户之间的通信。而局间信令中国采用的有“中国1号”和“7号信令”两种，由于太复杂，在本实验箱中暂由自定义的简单信令完成。

⑼外线模块完成本小交换机内线与外线之间的通信，并具有回音抑制的功能。本实验中设置了外线模块，在打外线时加拨一个出局号，听到拨号音后再拨外线号码；如外线打内线则采用先接入11号话机，遇忙后转入下一部话机的方式，且设置了回音抑制电路。（若有语音提示，则可拨分机号。该版本实验箱无语音功能）。

⑽信号音检测模块完成对外线信令信号的检测。在与外线通信时必须检测外线的信号音，以使实验箱的交换控制单元了解外线的状态（如外线“忙”或“闲”）。

⑾DTMF解码模块对双音多频信号进行收号和解码的工作，并将解码的结果分别用7段数码管显示十进制数，L11、L12、L13、L14四个发光管显示BCD码，PC或LCD屏显示三种显示方式； ⑿直流输出模块，提供可调整大小的直流输出。本实验中提供可调电位器，通过调整电阻值的大小来调整直流电压的输出，供

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PCM编码。直流编码的效果可最直观的反映PCM编码的结果: 在本系统中选用LCD显示屏显示实验数据和状态或通过通信模块发到PC机显示。

⒀A/D采样模块，通过实时的采样，将实验的结果和中间过程中数据的波形送到后台显示；在本实验系统中，对信道上的音频信号进行实时的采样，将采样后转化成数字信号的信息送到后台显示，这样可以动态的反映实验的过程，加深实验者的理解。 ⒁显示模块：由640x320的LCD显示屏构成，完成无PC版时实验介绍、实验状态和实验数据的显示功能；

⒂键盘模块完成无PC版时屏幕菜单、实验状态的选择和控制。在本实验系统中共设置了21个按键。 2）、交换实验箱工作过程：

在本实验系统中，当系统交换控制单元检测到用户摘机后，信号音产生单元在中央处理单元的控制下产生并发送拨号音。用户听到拨号音后进行拨号，交换机的中央处理器控制收号并对被叫号码进行分析，再控制信号音产生单元向主叫送回铃音、向被叫送振铃音。被叫听到振铃并摘机后，双方通过交换矩阵通话。一方挂机后，交换机检测到挂机信息后，控制信号音产生单元向另一方送催挂音。由此完成了一个实验箱局内用户之间的通话。此外，当用户与外线通信时，需经交换矩阵与外线交互；当局间用户通话时，需经交换网络、局间通话模块与对方话局通信。整个系统工作时钟由时钟信号单元控制。

用户与系统的交互通过显示模块和键盘模块完成。显示模块与交换控制模块通过串行通讯单元进行交互，键盘模块则直接输入命令给中央处理器。

要全面具体实现上述过程，则要有软件支持，该软件程序流程图见图1－3。

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开始NO有用户呼叫吗呼叫YES去话续接向主叫送拨号音NO拨号开始第一位号码来了吗YES停送拨号音，收存号码内部处理被叫闲吗YES来话接续NO向主叫送忙音向被叫送铃音，向主叫送回铃NO被叫应答吗应答主叫挂机吗NOYES停送铃流，回铃音，接通电路NO话端挂机吗挂机YES拆线（释放复原）开始图1－3 程序工作流程示意图

4、实验箱使用说明

打开实验箱，接通电源，可见红色电源指示灯亮。设备初始化完成后， CPU工作指示灯间歇闪动，＋5V、－5V、－48V开关电源指示灯亮，25Hz信号闪动，L11－L14灯亮四路话机处于待机状态。若后台采用PC做显示，则可见通信连接等待、连接正常的显示,而串行通信指示灯连接时闪动,正常连接时常亮。正常后LCD或PC显示器上均可见“欢迎使用捷辉公司实验设备”的字幕（见图1-4 JH3005交换实验箱初始界面），点击“进入”后可见实验菜单界面如图1-5 所示。

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图1-4 JH3005交换实验箱初始界面

图1-5 JH5003交换实验箱实验项目主菜单

菜单显示的是实验项目，共16项实验,点击进入后显示的是相应的原理及实验。本实验界面见图1-6 程控交换原理及实验箱简介，其四部分均可选择进入，可见电子档的介绍，与本实验指导书内容一致。可参见图1-7。

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图1-6 程控交换原理及控制单元实验菜单界面

图1-7 实验箱模块功能介绍

用户1、2、3、4的话机号分别为“11”、“12”、“21”、“22”。打外线先拨“9”, 再拨外线话机号。局间通信，先拨中继码“0”和对方局号（“00”-“99”），再拨对方话机号。话机号和局号由初装系统时配置。需要人工话务员服务时，拨人工话务台号码“66”。

5 简单通话实验

1、实验准备：在实验动手前先阅读实验指导书或本实验的电子档介绍。再连接电话单机，检查实验箱与PC机的串口连线。仔细察看附图1或附图2，查找并熟悉实验箱中各模块的位置、各测试

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点的位置、可操作件的位置及操作方法。

2、打开实验箱电源，电源指示灯亮，正常状态下，CPU工作指示

灯间歇闪动，＋5V、－5V、－48V开关电源灯亮，25Hz信号灯闪亮，L11－L14灯亮，串行通信指示灯亮，四路话机处于待机状态。之后启动PC机，观察图1-4界面左下角的串口检测是否成功，若失败则检查串口的硬件是否连接正常，连接成功后再选择进入实验界面。

3、将万用表拨至直流电压档，测量－48V、－5V、＋5V电源测试

点，看电压是否正常。（－48V允许误差?10％，其它为?5％） 4、正常呼叫全过程的观察和记录。（现以用户1为主叫，用户2

为被叫进行实验为例） 1） 主叫摘机，“摘机”指示灯亮，PC界面显示主叫电话号码“11”，主叫听到拨号音。 2） 主叫拨首位被叫号码“1”，主叫拨号音停，主叫继续拨完被叫号码“2”。被叫振铃同时“振铃”指示灯亮，主叫听到回铃音。

3） 被叫摘机，被叫振铃停，双方通话，“通话”指示灯亮。 4） 挂机，任意一方先挂机（如主叫先挂机），另一方（被叫）听到催挂音。“待机”指示灯亮。 5、 不正常呼叫的自动处理

1） 主叫摘机后在规定的时间内不拨号，主叫听到催挂音。（系

统时间可以设置，在复位状态时，系统时间默认为10秒）。 2）拨完第一位号码后在规定的时间内没有拨第一位号 码

时，主叫听到催挂音。 3）号码拨错时（如主叫拨“23”），主叫听到催挂音。

4）被叫振铃后在规定的时间内不摘机，被叫振铃停，主叫听到催挂音。

注意事项

当实验过程中出现异常现象时，请按一下“复位”键，系统重新启动。

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实验七 时分交换与空分交换实验

一、 实验目的

1、 熟悉时分交换的基本原理与实现方法。

2、 通过时分交换通话实验，熟悉时分交换网络的工作过程。 3、 熟悉空分交换的基本原理与实现方法。 4、 通过对MT8816芯片的实验，熟悉空分交换网络的工作过程。

二、 实验原理

空分/时分交换原理介绍

空分交换矩阵实际上就是一系列电子开关按照行和列的方式，排列在交叉接点上构成的一个开关阵列，通过打通不同开关的方式来接通不同的电路。空分交换就是通过打通交换矩阵上输入线与输出线不同的交叉点来实现的。交换芯片MT8816功能介绍如下：

（1） MT8816基本特性

由图7-1可见,该芯片是 8×16模拟开关阵列, 它内含7—128 线地址译码器,控制锁存器和8×16交叉点开关阵列,其电路的基本特性为:

1.1 提供8×16模拟开关阵列功能 1.2 导通电阻 (VDD=12V)45Ω 1.3 导通电阻偏差 (VDD=12V)5Ω 1.4 模拟信号最大幅度 12Vpp 1.5 开关带宽 45 MHz 1.6 非线性失真 0.01% 1.7 电源 4.5-13.2V 1.8 工艺 CMOS 1.9 封装双列直插式

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图7－1 MT8816功能方框图

（2） MT 8816管脚说明

下面将对该管脚功能作一简要说明

MT8816353739121191715242525222343618383COL0COL1COL2COL3COL4COL5COL6COL7ACOL0ACOL1ACOL2AROW0AROW1AROW2AROW3VCCCSSTDIRESETVEEVSSICIC4020161434ROW0ROW1ROW2ROW3ROW4ROW5ROW6ROW7ROW8ROW9ROW10ROW11ROW12ROW13ROW14ROW153332313029288910111213272667 图7－2 MT 8816管脚排列图

35、37、39、1、21、19、17、15 脚COL0－COL7: 列输入/输出, 开关阵列 8 路列输入或输出。

33－28、8－13、27、26、6、7 脚ROW0－ROW15: 行输入/输出,开关阵列 16 路行输入或输出。

24、25、2 脚ACOL0－ACOL2: 列地址码输入,对开关阵列进行列寻址。

5、22、23、4 脚AROW0－AROW3: 行地址码输入,对开关阵行进行行寻址。

18 脚 ST: 选通脉冲输入,高电平有效,使地址码与数据得以控制相应开关的通、断。在ST上升沿前,地址必须进入稳定状态, 在 ST 下降沿处,数据也应该是稳定的。

38 脚 DI: 通断控制输入,若DI为高电平,将所选择的开关导通 ；若DI为低电平,将所选择的开关断开。

3 脚RESET: 复位信号输入,若为高电平,不管 CS 处于什么电平, 均将全部开关置于截止状态。

36 脚CS: 片选信号输入,高电平有效。

40 脚Vcc: 正电源, 电压范围为 4.5－13.2V 20 脚VEE: 负电源。 16 脚Vss: 数字地。

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14、34 脚IC: 空。

（3）MT8816 工作原理

MT8816是CMOS大规模集成电路芯片。这是一片8×16模拟交换矩阵,如图 7－3所示

COL7COL6COL5COL4COL3COL2COL1COL0AROW0AROW1AROW2AROW3数据传输ROW0ROW15地 址 译 码 和 锁 存CSDISTACL2AROW1AROW0图 7－3 MT 8816 交换矩阵示意图

图中有8条COL线（COL0 -COL7）和16条ROW线（ROW0－ROW 15）,形成一个模拟交换矩阵。它们可以通过任意一个交叉点接通。芯片有保持功能,因此可以保持任一交叉点处于接通状态, 直至有断开控制信号或复位信号为止。CPU可以通过地址线 ACOL2－ACOL0 和数据线AROW3－AROW0控制和选择需要接通的交叉点号。ACOL2－ACOL0 管COL7－C0L0中的一条线。 ACOL7-ACOL0编成二进制码,经过译码以后就可以接通交叉点相应的COLi;数据线AROW3-AROW0 管ROW15-ROW0中的一条。 AROW3-AROW0也是编码的,经过译码以后就可以接通交叉点相应的ROWi;控制相应 ROWi以接通有关的交叉点。例如要接通 COL1和ROW8 之间的交叉点。这时一方面向ACOL2-ACOL0送 \另一方面向 AROW3-AROW0 送 \。并使 DI为高电平,当送出地址启动门 ST 时,就可以将相应交叉点接通了,图中还有一个端子叫 \复位端。当 RESET 为 \时,全部交叉点就断开了。

时分交换是利用了时分复用的方式，使不同的话路占用不同的时隙来进行交换。

在PCM编码中，用户占不同的时隙，每一个用户所占用的时隙是固定的，PCM 系统发送端发出的信息到接收端接收均在同一时隙内传

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输, 为了实现通信,要求时隙能变换,即能把信息从一个时隙变换到另一个时隙。在交换机系统中,设置了数字交换网络来实现时隙的交换, 使发送端的信息用某一时隙发送,而在接收端在另一时隙接收信息。如图 7-4 所示。

图7-4 数字交换网的概念

时分交换单元有两种控制方式：输出控制和输入控制。 1.输出控制

在时钟控制下，输入复用线上各个时隙的内容依次写入话音存储器的各个单元。如果需要在输出复用线上的第j个时隙输出，则可在控制存储器的第j个单元写入i，由于控制存储器是顺序读出，当第j个输出时隙到达时，读出第j个单元的内容i。再将i作为话音存储器的读出地址，取出第i个单元的内容a在TSj输出；就实现了时隙交换。 2.输入控制

当输入TSi到来时，读出控制存储器第i个单元的内容j，以此作为话音存储器的写入地址，于是在话音存储器第j个单元中写入了输入TSi中的内容a。话音存储器是顺序读出，当输出TSj到来时，就读出第j个单元的内容a，从而完成了所需的时隙交换。

最后要提及的是，无论输出控制还是输入控制，每个输入时隙都对应这话音存储器的一个存储单元，这意味着有空间位置的划分而实现时隙交换。就这个意义而言，时间交换单元带有空分性质，是按空分工作的。

三、 实验仪器

1、程控交换实验箱 一台 2、电话单机 两台

四、 实验内容与步骤

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1、实验准备：连接电话单机；检查实验箱与PC的串口连线。 2、打开实验箱电源，电源指示灯亮，正常状态下，CPU工作指示灯间歇闪动，＋5V、－5V、－48V开关电源灯亮，25Hz信号灯闪亮，L11－L14灯亮，串行通信指示灯亮，四路话机处于待机状态。之后启动PC机，选择进入实验界面。

图7-5 交换矩阵

3、交换矩阵切换实验

1） 在PC界面上键入主、被叫号码，并确认。 2） 主、被叫用户摘机、通话，空分指示灯亮。 3） 主、被叫挂机。

4） 修改主、被叫用户号码，重复本实验。

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图7-6 空分交换矩阵实验

4、通话实验

1） 主叫用户摘机拨号，被叫用户摘机，双方通话。 2） 同时观察PC界面上的通话状态同步显示。 3） 主、被叫挂机。修改被叫号码，重复本实验。

图7-7 交换通话实验

5，从返回首页进入时分实验菜单

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图7-8 时分交换实验菜单

6、通话实验

4） 主叫用户摘机拨号，被叫用户摘机，双方通话。 5） 同时观察PC界面上的通话状态同步显示。 6） 主、被叫挂机。

7） 修改被叫号码，重复本实验。

8） 同时用示波器观察编码模块上发时隙和收时隙上信号波形。

图7-9 时分交换通话实验

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实验八 人工转接以及电话会议实验

一、 实验目的

1、 掌握人工转接原理。

2、 增强对电话通信交换的感性认识。 3、 了解电话会议的接续过程。

二、 实验原理

1 人工转接原理介绍

人工转接过程中，首先主叫拨话务台号码，然后告知话务员欲与哪路用户通信，接着等待话务员操作。话务员得知被叫用户号码后，首先检测被叫当前是否空闲，若被叫正忙，话务员语音通告主叫后向主叫送忙音；若被叫空闲，则向被叫送振铃音向主叫送回铃音，等待被叫摘机，此时话务员可以退出此次接续。在本实验系统中，话务员只需向系统指明被叫即可，其他工作由后台程序实现。 2 电话会议原理介绍

电话会议是现代交换技术中最有市场价值的应用之一，利用交换技术，设置会议主席坐席、主讲坐席、听众坐席三种坐席，将首先取机的用户定义为主席席，主席席用户有权指定主讲席用户，其它用户则为听众席用户，通过软件的控制，使得所有的参加电话会议的人员均有权听到会议的内容。其原理为通过控制台界面的设置的主叫的切换，将主叫话音交换到每一个取机做为被叫（听众席用户）的用户端既可。

3、电话会议实验介绍

本实验系统规定先取机的用户为主席席的用户，同时他也是主讲席，再取机的用户均为听众席的用户，此时可以主席说，大家听；若有听众需发言，由主席在后台界面上将其设定为主讲席，则其成为讲者，而其他的用户则均是听众；主讲结束后控制权回归主席席，仍由主席设置下一个主讲者。

三、 实验仪器

1、程控交换实验箱 一台 2、电话单机 四台 3、跳线 数根

四、 实验内容与步骤

1、实验准备：连接电话单机；检查实验箱与PC的串口连线。

2、打开实验箱电源，电源指示灯亮，正常状态下，CPU工作指示灯

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间歇闪动，＋5V、－5V、－48V开关电源灯亮，25Hz信号灯闪亮，L11－L14灯亮，串行通信指示灯亮，四路话机处于待机状态。之后启动PC机，选择进入实验界面。

图8-1 人工转接实验界面

3、人工交换实验

1） 用跳线将任意两线的发时隙与收时隙交叉连接（A线收时

隙与B路发时隙，A线发时隙与B线收时隙连接） 2） 两路用户取机，通话。

图8-2 人工交换实验界面

4、人工话务台实验。

1) 在实验界面显示人工话务台号码，点击确认。

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2) 主叫取机，拨人工话务台号码，话务台显示“振铃”。话务员单击“振铃”，与主叫通话。

3) 话务员在界面上选定被叫号码并确认，若被叫闲，被叫振铃；若被叫忙，话务员通知主叫后向主叫送忙音。

4) 话务员监视主被叫状态。若被叫取机，主、被叫通话，话务员退出监视；若被叫久不摘机，话务员与主叫通信，主叫挂机后话务员退出监视。 5) 主、被叫挂机。

图8-3 人工话务台实验

5、选择进入实验界面。

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图8-4 综合实验二—电话会议实验菜单

6、电话会议实验

1) 主席先取机，界面上显示主席号码。之后，听者陆续取机，

界面上显示听众席号码。

2) 确认主席听众后，会议开始，主席发言。

3) 切换讲者坐席。会议过程中在界面上，重新设定主讲，确

认后再次开始会议。

4) 讲者发言完毕后点击“发言完毕”，交还发言权给主席。 5) 听者挂机，则该听者退出会议；主席挂机，则会议结束。

图8-5 电话会议实验界面

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实验总结

程控交换即存贮程序控制交换（简称程控交换）。这是用计算机控制的交换方式。采用的是电子计算机中常用的“存贮程序控制”方式。它把各种控制功能、步骤、方法编成程序，放入存贮器，通过运行存贮器内所存贮的程序来控制整个交换工作。 通过时分交换与空分交换实验及实验，我们对JH5003交换实验箱各个模块功能有了一定的了解，充分认识到了交换实验箱的工作过程。将理论知识运用到实验中，使我们更加深刻理解时分交换与空分交换及人工转接和电话会议的工作原理，也使我们对理论知识如何应用到实践中有了一定的认知。

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实验总结

程控交换即存贮程序控制交换（简称程控交换）。这是用计算机控制的交换方式。采用的是电子计算机中常用的“存贮程序控制”方式。它把各种控制功能、步骤、方法编成程序，放入存贮器，通过运行存贮器内所存贮的程序来控制整个交换工作。 通过时分交换与空分交换实验及实验，我们对JH5003交换实验箱各个模块功能有了一定的了解，充分认识到了交换实验箱的工作过程。将理论知识运用到实验中，使我们更加深刻理解时分交换与空分交换及人工转接和电话会议的工作原理，也使我们对理论知识如何应用到实践中有了一定的认知。

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