Мултиплексорите и демултиплексорите принадлежат към класа комбинационни устройства, които са предназначени да превключват потоци от данни в комуникационни линии на определени адреси. Повечето от данните в цифрови системисе предава директно през проводниците и проводниците на печатните платки. Често има нужда от прехвърляне на информационни двоични сигнали (или аналогови в аналогово-цифровите системи) от източник на сигнал към потребителите. В някои случаи трябва да прехвърляте данни на дълги разстояния по телефонни линии, коаксиални и оптични кабели. Ако всички данни се предават едновременно по паралелни комуникационни линии, общата дължина на такива кабели би била твърде дълга и те биха били твърде скъпи. Вместо това данните се предават по един проводник в сериен вид и се групират в паралелни данни в приемащия край на тази единична връзка. Устройствата, използвани за свързване на един от източниците на данни с даден номер (адрес) към комуникационна линия, се наричат мултиплексори. Устройствата, използвани за свързване на комуникационна линия към един от приемниците на информация с определен адрес, се наричат демултиплексори. Паралелни данни на един от цифрови устройствас помощта на мултиплексор те могат да бъдат преобразувани в серийни информационни сигнали, които се предават по един проводник. На изходите на демултиплексора тези серийни входове могат да бъдат повторно групирани в паралелни данни.
Мултиплексорите и демултиплексорите принадлежат към класа комбинационни устройства, които са предназначени да превключват потоци от данни в комуникационни линии на определени адреси. Повечето от данните в цифровите системи пътуват директно по проводниците и проводниците на печатните платки. Често има нужда от прехвърляне на информационни двоични сигнали (или аналогови в аналогово-цифровите системи) от източник на сигнал към потребителите. В някои случаи трябва да прехвърляте данни на дълги разстояния по телефонни линии, коаксиални и оптични кабели. Ако всички данни се предават едновременно по паралелни комуникационни линии, общата дължина на такива кабели би била твърде дълга и те биха били твърде скъпи. Вместо това данните се предават по един проводник в сериен вид и се групират в паралелни данни в приемащия край на тази единична връзка. Устройствата, използвани за свързване на един от източниците на данни с даден номер (адрес) към комуникационна линия, се наричат мултиплексори. Устройствата, използвани за свързване на комуникационна линия към един от приемниците на информация с определен адрес, се наричат демултиплексори. Паралелните данни на едно от цифровите устройства с помощта на мултиплексор могат да бъдат преобразувани в серийни информационни сигнали, които се предават по един проводник. На изходите на демултиплексора тези серийни входове могат да бъдат повторно групирани в паралелни данни.
Мултиплексори
Мултиплексорът се използва за комбиниране на цифрови потоци от различни източници в един транспортен поток- компресионни кодери, изходи на други мултиплексори, изходи на приемници - декодери и др. Входящите сигнали могат да имат различна времева база (тоест могат да се формират с малко по-различни тактови честоти), а задачата на мултиплексора е да формира асинхронен поток, като същевременно поддържа информацията за синхронизация на всеки един от компонентите.
Принципът на работа на мултиплексора се основава на свойствата на буфера на паметта - информацията се записва в него от един тактова честота, но се чете на различна, по-висока честота. Ако си представите верига от буфери, свързани последователно, синхронизирани по такъв начин, че изходните изблици от импулси да не се припокриват във времето, това би било мултиплексор.
Основният параметър на мултиплексора е изходната скорост на транспортния поток, която за повечето модели е 55 ... 60 Mbit / s. Има и проби със скорости до 100 Mbps. Разбира се, дебитът, зададен на изхода, трябва да бъде поне не по-нисък от сбора на дебитите на всички комбинирани потоци. Превишаването на скоростта на изходния поток се компенсира чрез въвеждане на нулеви пакети на изхода на мултиплексора.
Демултиплексорът е функционална единица на компютър, предназначена да превключва (превключва) сигнала от един информационен вход D към един от n информационни изходи. Номерът на изхода, към който се подава стойността на входния сигнал във всеки цикъл на машинното време, се определя от адресния код A0, A1 ..., Am-1. Адресните входове m и информационните изходи n са свързани чрез съотношението n2m. DC декодер може да се използва като демултиплексор. В този случай информационният сигнал се подава към входа за разрешаване E (от английското enable - enable). Демултиплексор със затвор с информационен вход D, адресни входове A1, A0 и вход на порт C е показан на Фигура 2.1. Демултиплексорът изпълнява противоположната функция на мултиплексора. По отношение на мултиплексорите и демултиплексорите, те също използват термина "селектори на данни".
Демултиплексорите се използват за превключване на отделни линии и многобитови шини, преобразувайки сериен код в паралел. Подобно на мултиплексора, демултиплексорът включва адресен декодер. Сигналите на декодера управляват логически порти, позволявайки информацията да се предава само през един от тях (Фигура 1.1)
Мултиплексорът е устройство, което взема проби от един от няколкото входа и го свързва към неговия изход. Мултиплексорът има няколко информационни входа (D 0, D 1, ...), адресни входове (A 0 A 1, ...), вход за подаване на строб сигнал C и един изход Q. На фиг. 1, f показва символно изображение на мултиплексор с четири информационни входа.
На всеки вход за данни на мултиплексора се присвоява номер, наречен адрес. Когато към вход C се приложи строб сигнал, мултиплексорът избира един от входовете, чийто адрес се задава чрез двоичен код на адресните входове, и го свързва с изхода.
По този начин, чрез подаване на адресите на различни информационни входове към адресните входове е възможно да се предават цифрови сигнали от тези входове към изхода Q. Очевидно броят на информационните входове n inf и броят на адресните входове n adr са свързани с съотношението n inf = 2 nadr.
|
маса 1 |
|||
|
Адресируемвходове |
Стробсигнал |
Изход |
|
Работата на мултиплексора е дефинирана в табл. 1. При липса на строб сигнал (C = 0), няма връзка между информационните входове и изхода (Q = 0). Когато се приложи строб сигнал (C = l), логическото ниво на това на информационните входове D i, чийто номер i в двоична форма е зададен на адресните входове, се предава на изхода. Така че, когато задавате адрес A l A 0 = ll 2 = 3 10, сигналът на входа на информацията с адрес 3 10, тоест D 3, ще бъде предаден на изхода Q.
От тази таблица можете да напишете следния логически израз за изхода Q:
Схематичната диаграма на мултиплексора, конструиран съгласно този израз, е показана на фиг. 1, б.
В случаите, когато е необходимо да се предават многобитови входни данни към изходите в паралелна форма, се използва паралелно свързване на мултиплексори според броя на битовете предавани данни.
Използването на мултиплексори за синтез на комбинационни устройства.
Мултиплексорите могат да се използват за синтезиране на логически функции. В този случай броят на елементите, използвани във веригата (пакети от интегрални схеми), може да бъде значително намален.
Булевият израз на мултиплексора съдържа членове с всички комбинации от адресни променливи. Следователно, ако е необходимо да се синтезира функция от три променливи f (x 1, x 2, x 3), тогава две от тези променливи (например x 1, x 2) могат да се подават към адресните входове A1 и А 0, а третият х 3 - до информационния вход.
Например, да предположим, че искате да синтезирате функцията, дадена в табл. 2. Израз на булева функция
Разглеждайки променливите x l, x 2 като адресни променливи, получаваме таблица. 3, от която се вижда, че мултиплексорът на изхода Q реализира дадена логическа функция. Схематична диаграмапоказано на фиг. 2.
Очевидно е, че на мултиплексори с четири входа може да се синтезира всяка функция от три променливи, на мултиплексори с осем входа, всяка функция от четири променливи и т.н.
Когато се синтезират комбинационни схеми, мултиплексорите могат да се използват заедно с елементи на определена основа. Нека общият брой на променливите функции е n. След това, ако мултиплексорът има n адреса на входни адреси, тогава им се подават n променливи адреса и се подават неговите информационни входове функции n-nпроменлива adr.
Да предположим, например, че искате да синтезирате логическа функция от четири променливи с помощта на мултиплексор с четири входа. Ако адресните променливи са x 1, x 2, тогава функциите на променливите x 3 и x 4, дефинирани, както е показано в Таблица 1, трябва да се подават към информационните входове на мултиплексора. 5 области от таблицата на Weich. Вътре във всяка област на таблицата на Veitch, очертана за информационните входове, минимизирането се извършва по обичайните методи, след което се конструират веригите, които формират функциите, подавани на информационните входове на мултиплексора.
Нека покажем тази техника за изпълнение на функцията, дадена в табл. 6.
При подаване на променливи x 1 и x 2 към адресните входове на мултиплексора трябва да се приложи D 0 = 1 към неговите информационни входове; D 1 = 0; D 2 = x 3. 4, D 3 = 4. Схемата, която изпълнява дадената функция, е показана на фиг. 3.
Трябва да се има предвид, че при синтезиране на логическо устройство с помощта на мултиплексор е необходимо също така да се изгради вариант на схемата без използване на мултиплексор. След това, като сравнявате получените опции, определете кой от вариантите се оказва най-добрият по отношение на броя на пакетите на интегрални схеми, използвани във веригата.
Мултиплексорът е превключвател, който свързва множество входове към един изход според даден цифров код. Всъщност мултиплексорите са два вида: аналогови и цифрови, аналоговите мултиплексори са изградени на транзистори с полеви ефект и предават сигнала в двете посоки, докато цифровите мултиплексори от избрания вход дублират сигнала към изхода. По-нататък ще говорим за аналогов мултиплексор.
Изборът на канал, както е описано по-горе, се извършва според посочения цифров код, както е показано на снимката по-долу.
Нека си представим следната ситуация, имаме АЦП и няколко аналогови сензора, информацията от които той трябва да обработва. Тъй като има само един ADC и има много сензори, той може да ги обслужва само на свой ред, а мултиплексорът ще му помогне в това.
Използвайки конвенционален делител на напрежение и мултиплексор, можете да отслабнете сигнала точната сумаведнъж.
И чрез добавяне на мултиплексор и няколко резистора към обратна връзкаусилвател, изграден върху оперативен усилвател, може да усилва сигнала толкова пъти, колкото е необходимо.
На снимките по-горе мултиплексорът е изобразен схематично за по-добро възприемане, но на диаграмата е изобразен по следния начин.
Сега, когато знаем къде се използва мултиплексорът, нека да разгледаме как се различава от превключвателя.
Първо, съвременните мултиплексори са изградени с помощта на CMOS технология и в резултат на това отворен канал има известно съпротивление, стойността на това съпротивление може да бъде по-малка от 1 Ohm и зависи от стойността на захранващото напрежение. Съпротивлението на канала може да се намери от листа с данни, обозначено е Ron.
Второ, напрежението, което мултиплексорът може да превключва, както и напрежението на управляващите входове, не трябва да надвишава захранващото напрежение. Максималният ток на превключване на съвременните мултиплексори може да достигне 400mA. Отново максималният ток може да бъде намерен от листа с данни, в различните листове с данни той е посочен по различен начин.
Трето, тъй като мултиплексорът е изграден по CMOS технология, в структурата му има капацитети, които влошават характеристиките му. Еквивалентната схема на двуканален мултиплексор е както следва.
- На снимката се вижда, че между каналите има някакъв капацитет на Css и Cdd, през който сигналът от един канал може да проникне в друг.
- Наличието на капацитета на Cds води до факта, че при високи честоти сигналът преминава през отворения ключ.
- Съпротивлението Ron, заедно с капацитета Cd, образуват нискочестотен филтър, който ограничава честотната лента.
Също така, еквивалентната схема показва източници на ток, които отразяват тока на утечка, което от своя страна може да бъде източник на грешка.
Мултиплексорите са устройства, които ви позволяват да свържете няколко входа към един изход. се наричат устройства, които позволяват един вход да бъде свързан към множество изходи. В най-простия случай такова превключване може да се извърши с помощта на клавиши:
Фигура 1. Превключвател (мултиплексор), сглобен върху ключове
Такъв превключвател ще работи еднакво добре както с аналогов, така и с цифрови сигнали... Въпреки това, скоростта на работа на механичните клавиши оставя много да се желае и често е необходимо ключовете да се управляват автоматично, като се използва някаква схема.
В цифровите схеми се изисква да се управляват ключове с помощта на логически нива. Тоест, трябва да изберете устройство, което би могло да изпълнява функциите на електронен ключ с електронно управление на цифров сигнал.
Особености на изграждането на мултиплексори върху TTL елементи
Нека се опитаме да накараме вече познатите ни да работят като електронен ключ. Помислете за таблицата на истинността на портата И. В този случай един от входовете на логическия елемент "И" ще се счита за информационен вход на електронния ключ, а другият вход - за контролен. Тъй като и двата входа на портата И са еквивалентни, няма значение кой е контролният вход.
Нека X е контролен вход, а Y информационен вход. За простота на разсъжденията ще разделим таблицата на истинността на две части в зависимост от нивото на логическия сигнал на управляващия вход X.
Таблицата на истината ясно показва, че докато към контролния вход X се прилага нулево логическо ниво, сигналът, приложен към входа Y, не преминава към изхода. Когато към контролния вход X се приложи логическа единица, сигналът, пристигащ на входа Y, се появява на изхода.
Това означава, че портата И може да се използва като електронен ключ. В този случай няма значение кой от входовете на елемента "AND" ще бъде използван като контролен вход и кой - като информационен вход. Всичко, което остава, е да комбинирате изходите на портите И в един изход. Това се прави с помощта на портата ИЛИ по същия начин, както за. Получената версия на превключвателя с управление на логически нива е показана на фигура 2.
Фигура 2. Схематична схема на цифров мултиплексор, изработен върху логически елементи
Във веригите, показани на фигури 1 и 2, можете едновременно да включите няколко входа към един изход. Това обаче обикновено води до непредвидими последици. Освен това, за да се управлява такъв превключвател, са необходими много входове, следователно в мултиплексора обикновено се включва двоичен файл, както е показано на Фигура 3. Този декодер беше получен от нас по-рано, използвайки. Това дава възможност да се контролира превключването на информационните входове, като се използват двоични кодове, подавани на контролните входове. Броят на информационните входове в такива схеми се избира като кратно на степен на две.
Фигура 3. Схематична диаграма на мултиплексор с двоично управление
Графичното обозначение на бинарно управлявания мултиплексор с четири входа е показано на Фигура 4. Входовете A0 и A1 са управляващите входове на въпросната микросхема, които определят адреса на входния сигнал, който ще бъде свързан към изхода Y. Самите входни сигнали са обозначени като X0, X1, X2 и X3.
Фигура 4. Конвенционално графично обозначение на мултиплексор с четири входа
В конвенционалното графично обозначение имената на информационните входове A, B, C и D се заменят с имената X0, X1, X2 и X3, а името на Out се заменя с името Y. Това име на входове и изходи се среща по-често в родната литература. Адресните входове са обозначени с A0 и A1.
Характеристики на изграждане на мултиплексори върху CMOS елементи
Когато работите с електронен ключ, е много лесно да получите един или два MOS транзистора, следователно в CMOS схеми логическият елемент "AND" не се използва като електронен ключ. Веригата на електронен ключ, направен на допълнителни MOS транзистори, е показана на фигура 5.
Фигура 5. Схема на електронен ключ, изработен на CMOS транзистори
Такъв превключвател може да превключва както цифрови, така и аналогови сигнали. Съпротивлението на отворените транзистори е десетки ома, а съпротивлението на затворените транзистори надвишава десетки мегаома. Това има както предимства, така и недостатъци. Фактът, че ключът, сглобен на MOS транзистора, не е обикновен логически елемент, ви позволява да комбинирате изходите на електронните ключове в строго съответствие с диаграмата, показана на фигура 1. Това ясно опростява веригата на устройството.
В допълнение, CMOS мултиплексорът може да се използва за превключване на аналогови сигнали. В този случай трябва само да запомните, че веригата не издържа на отрицателни напрежения. Това означава, че за аналогови сигнали е необходимо да се използва схема за отклоняване, така че стойностите на аналоговия сигнал да са в диапазона от потенциала на общия проводник на веригата до захранващото напрежение на мултиплексора.
В същото време, когато работите с мултиплексор, сглобен на CMOS ключове, трябва да поставите логически елементи на неговия вход и изход. Само тогава цифровата схема като цяло ще функционира правилно. Трябва да се отбележи, че в повечето случаи това условие се изпълнява автоматично.
Сега не забравяйте, че в мултиплексора само един от входните сигнали трябва да бъде свързан към изхода. Точно както при управлението на двоичния код на електронните ключове, в мултиплексора е включен декодер. Схемата на такъв мултиплексор е показана на фигура 6.
Фигура 6. Схема на CMOS мултиплексор
Конвенционалното графично обозначение на мултиплексорите не зависи от технологията за производство на микросхеми, тоест CMOS мултиплексорът е обозначен по същия начин, както е показано на фигура 4.
В домашните микросхеми мултиплексорите се обозначават с буквите KP, непосредствено след серийния номер на микросхемите. Например, микросхемата K1533KP2 е двоен четириканален мултиплексор, направен по TTL технология, а микросхемата K1561KP1 е двоен четириканален мултиплексор, направен по CMOS технология.
литература:
Заедно със статията "Мултиплексори" прочетете:
Законите на алгебрата на логиката ви позволяват да трансформирате логически функции. Логически функциисе трансформират, за да ги опростят и това води до опростяване на цифровата верига ...
http: //site/digital/AlgLog.php
Всяка логическа схема без памет е напълно описана от таблицата на истината ... За да приложите таблицата на истината, достатъчно е да разгледате само тези редове ...
http: //site/digital/SintSxem.php
Декодерите (декодери) ви позволяват да конвертирате някои видове двоични кодове в други. Например...
http: //site/digital/DC.php
Доста често разработчиците на цифрово оборудване се сблъскват с обратния проблем. Искате да конвертирате осмичен или десетичен редов код в ...
http: //site/digital/Coder.php
Устройствата се наричат демултиплексори ... Съществената разлика от мултиплексора е ...
http: //site/digital/DMS.php
Цифровият мултиплексор е логично комбинирано устройство, което е предназначено за контролирано предаване на информация от няколко източника на данни към изходен канал. Всъщност това устройство е набор от цифрови позиционни превключватели. Оказва се, че цифровият мултиплексор е превключване на входните сигнали в една изходна линия.
Това устройство има три групи входове:
- адресируем, на който определя кой информационен вход трябва да бъде свързан към изхода;
- информационни;
- разрешително (стробоскоп).
Произведеният цифров мултиплексор има максимум 16 информационни входа. Ако проектираното устройство изисква Повече ▼, в този случай структурата на така нареченото мултиплексорно дърво е изградена от няколко микросхеми.
Цифров мултиплексор може да се използва за синтезиране на почти всяко логическо устройство, като по този начин значително се намалява броят на логическите елементи, използвани във веригите.
Правила за синтез за устройства, базирани на мултиплексори:
- за изходната функция е изградена карта на Karnot (въз основа на стойностите на променливите на функцията);
- избран е редът на използване във веригата на мултиплексора;
- изградена е маскираща матрица, която трябва да съответства на реда на използвания мултиплексор;
- необходимо е да се наслагва получената матрица върху картата на Карнот;
- след това функцията се минимизира отделно за всяка област на матрицата;
- въз основа на резултатите от минимизирането е необходимо да се изгради верига.
Сега да преминем от теория към практика. Нека разгледаме къде се използват такива устройства.
Гъвкавите мултиплексори са проектирани да генерират цифрови потоци (първични) със скорост 2048 kbit/s от (говор), както и данни от цифрови интерфейси за кръстосано превключване на електронни канали със скорост 64 kbit/s, предават цифров поток през IP / Ethernet мрежа и преобразувайте линейна сигнализация и физически връзки.
С помощта на такова устройство можете да превключвате до 60 (при някои модели тази цифра може да е повече) аналогови терминации в 1 или 2 или 128 абонатни комплекта за четири E1 потока. Обикновено аналоговите терминации са PM линии с вътрешнолентова сигнализация или сигнализацията се изпълнява на отделен канал. Данните за гласовия канал могат да бъдат компресирани до 32 или 16 kbps на канал с помощта на ADPCM кодиране.
Гъвкавите мултиплексори позволяват използването на разпръскващи връзки, тоест да подават сигнали от един от цифровите или аналогови канали към няколко други. Те често се използват за доставяне на излъчвани програми едновременно на няколко различни места.
Оптичните мултиплексори са устройства, предназначени да работят с потоци от данни, използващи светлинни лъчи, които се различават по амплитуда или фаза, както и по дължина на вълната. Предимствата на такива устройства включват устойчивост на външни влияния, техническа безопасност, защита срещу хакване на предаваната информация.
