Multiplexoarele și demultiplexoarele aparțin clasei de dispozitive combinaționale care sunt concepute pentru a comuta fluxurile de date în liniile de comunicație la adrese date. Majoritatea datelor în sisteme digitale transmis direct prin firele și conductorii plăcilor cu circuite imprimate. Adesea este nevoie de a transmite semnale binare de informații (sau analogice în sisteme analog-digitale) de la sursa semnalului către consumatori. În unele cazuri, este necesară transmiterea datelor pe distanțe mari prin linii telefonice, cabluri coaxiale și optice. Dacă toate datele ar fi transmise simultan pe linii de comunicație paralele, lungimea totală a unor astfel de cabluri ar fi prea mare și ar fi prea scumpe. În schimb, datele sunt transmise pe un singur fir în formă serială și sunt grupate în date paralele la capătul de recepție al acelei linii de comunicație unice. Dispozitivele folosite pentru a conecta una dintre sursele de date cu un anumit număr (adresă) la o linie de comunicație se numesc multiplexoare. Dispozitive folosite pentru a conecta o linie de comunicație la unul dintre receptorii de informații cu adresa specificată, se numesc demultiplexoare. Datele paralele ale unuia dintre dispozitive digitale folosind un multiplexor poate fi convertit în semnale de informații seriale care sunt transmise pe un fir. La ieșirile demultiplexorului, aceste semnale de intrare seriale pot fi grupate înapoi în date paralele.
Multiplexoarele și demultiplexoarele aparțin clasei de dispozitive combinaționale care sunt concepute pentru a comuta fluxurile de date în liniile de comunicație la adrese date. Majoritatea datelor din sistemele digitale sunt transmise direct prin fire și urme de pe plăcile de circuite imprimate. Adesea este nevoie de a transmite semnale binare de informații (sau analogice în sisteme analog-digitale) de la sursa semnalului către consumatori. În unele cazuri, este necesară transmiterea datelor pe distanțe mari prin linii telefonice, cabluri coaxiale și optice. Dacă toate datele ar fi transmise simultan pe linii de comunicație paralele, lungimea totală a unor astfel de cabluri ar fi prea mare și ar fi prea scumpe. În schimb, datele sunt transmise pe un singur fir în formă serială și sunt grupate în date paralele la capătul de recepție al acelei linii de comunicație unice. Dispozitivele folosite pentru a conecta una dintre sursele de date cu un anumit număr (adresă) la o linie de comunicație se numesc multiplexoare. Dispozitivele folosite pentru a conecta o linie de comunicație la unul dintre receptorii de informații cu o adresă specificată se numesc demultiplexoare. Datele paralele de la unul dintre dispozitivele digitale pot fi convertite în semnale de informații seriale folosind un multiplexor, care sunt transmise printr-un singur fir. La ieșirile demultiplexorului, aceste semnale seriale de intrare pot fi regrupate în date paralele.
Multiplexoarele
Multiplexorul este folosit pentru a combina fluxuri digitale din diverse surse într-un singur flux de transport.– codificatoare de compresie, ieșiri ale altor multiplexoare, ieșiri receptoare – decodore etc. Semnalele de intrare pot avea o bază de timp diferită (adică pot fi generate cu frecvențe de ceas ușor diferite), iar sarcina multiplexorului este de a forma un flux asincron menținând în același timp informațiile de sincronizare ale fiecărei componente.
Principiul de funcționare al multiplexorului se bazează pe proprietățile unui buffer de memorie - informațiile sunt scrise în acesta dintr-unul frecvența ceasului, dar este citit la o frecvență diferită, mai mare. Dacă ne imaginăm un lanț de tampoane conectate secvențial, sincronizate în așa fel încât exploziile de impulsuri de ieșire să nu se suprapună în timp, acesta va fi un multiplexor.
Parametrul principal al multiplexorului este viteza de ieșire a fluxului de transport, care pentru majoritatea modelelor este de 55...60 Mbit/s. Există, de asemenea, mostre cu viteze de până la 100 Mbit/s. Desigur, debitul setat la ieșire trebuie să fie cel puțin nu mai mic decât suma vitezelor tuturor debitelor combinate. Depășirea vitezei fluxului de ieșire este compensată prin introducerea de pachete zero la ieșirea multiplexorului.
Un demultiplexor este o unitate funcțională a unui computer concepută pentru a comuta (comuta) semnalul unei singure intrări de informații D la una dintre n ieșiri de informații. Numărul de ieșire la care este furnizată valoarea semnalului de intrare la fiecare ciclu de timp al computerului este determinat de codul de adresă A0, A1..., Am-1. Intrările de adrese m și ieșirile de informații n sunt legate prin relația n2m. Un decodor DC poate fi folosit ca demultiplexor. În acest caz, semnalul de informare este furnizat către intrarea de permisiune E (din limba engleză enable - permission). Un demultiplexor cu poartă cu intrare de informații D, intrări de adresă A1, A0 și intrare de poartă C este prezentat în Figura 2.1. Un demultiplexor îndeplinește funcția inversă a unui multiplexor. În ceea ce privește multiplexoarele și demultiplexoarele, este folosit și termenul „selector de date”.
Demultiplexoarele sunt folosite pentru comutarea liniilor individuale și a magistralelor multi-biți, transformând codul serial în paralel. La fel ca un multiplexor, un demultiplexor include un decodor de adrese. Semnalele decodorului controlează porțile logice, permițând transferul de informații doar prin una dintre ele (Fig. 1.1)
Un multiplexor este un dispozitiv care prelevează una dintre mai multe intrări și o conectează la ieșirea sa. Multiplexorul are mai multe intrări de informații (D 0, D 1, ...), intrări de adresă (A 0 A 1, ...), o intrare pentru furnizarea unui semnal stroboscopic C și o ieșire Q. În fig. 1,f prezintă o imagine simbolică a unui multiplexor cu patru intrări de informații.
Fiecărei informații introduse de multiplexor îi este atribuit un număr numit adresă. Când un semnal stroboscopic este aplicat la intrarea C, multiplexorul selectează una dintre intrări, a cărei adresă este specificată printr-un cod binar la intrările de adresă și o conectează la ieșire.
Astfel, prin furnizarea adreselor diferitelor intrări de informații la intrările de adresă, este posibil să se transmită semnale digitale de la aceste intrări la ieșirea Q. Evident, numărul de intrări de informații n inf și numărul de intrări de adresă n adr sunt legate prin relatia n inf = 2 nadr.
|
tabelul 1 |
|||
|
Abordareintrări |
Stroboscopsemnal |
Ieșire |
|
Funcționarea multiplexorului este determinată de tabel. 1. În absența unui semnal stroboscopic (C = 0), nu există nicio legătură între intrările de informații și ieșirea (Q = 0). Atunci când se aplică un semnal stroboscopic (C = l), nivelul logic al celui al intrărilor de informații D i al căror număr i în formă binară este specificat la intrările adresei este transmis la ieșire. Deci, la setarea adresei A l A 0 = ll 2 = 3 10, un semnal de intrare de informații cu adresa 3 10, adică D 3, va fi transmis la ieșirea Q.
Folosind acest tabel, putem scrie următoarea expresie logică pentru ieșirea Q:
Schema de circuit a unui multiplexor construit folosind această expresie este prezentată în Fig. 1, b.
În cazurile în care este necesară transmiterea datelor de intrare pe mai mulți biți la ieșiri în formă paralelă, se utilizează conexiunea paralelă a multiplexoarelor în funcție de numărul de biți ai datelor transmise.
Utilizarea multiplexoarelor pentru sinteza dispozitivelor combinaționale.
Multiplexoarele pot fi utilizate pentru a sintetiza funcții logice. În acest caz, numărul de elemente (pachete de circuite integrate) utilizate în circuit poate fi redus semnificativ.
Expresia booleană a multiplexorului conține membri cu toate combinațiile de variabile de adresă. În consecință, dacă este necesar să se sintetizeze o funcție de trei variabile f(x 1, x 2, x 3), atunci două dintre aceste variabile (de exemplu, x 1, x 2) pot fi furnizate intrărilor de adresă A 1, și A 0, iar al treilea x 3 - la intrarea informațiilor.
De exemplu, să presupunem că trebuie să sintetizați o funcție dată în tabel. 2. Exprimarea funcției logice
Considerând variabilele x l, x 2 ca variabile de adresă, obținem tabel. 3, din care reiese clar că multiplexorul de la ieșirea Q implementează o funcție logică dată. Diagramă schematică prezentată în fig. 2.
Evident, orice funcție a trei variabile poate fi sintetizată pe multiplexoare cu patru intrări, orice funcție a patru variabile pe multiplexoare cu opt intrări etc.
La sintetizarea circuitelor combinaționale, multiplexoarele pot fi utilizate împreună cu elemente de o anumită bază. Să fie numărul total funcții variabile n. Apoi, dacă multiplexorul are n adrese de intrări de adrese, atunci li se furnizează n adrese de variabile și intrărilor sale de informații. funcții n-n adresa variabilă.
De exemplu, să presupunem că doriți să sintetizați o funcție logică cu patru variabile folosind un multiplexor cu patru intrări. Dacă variabilele de adresă sunt x 1, x 2, atunci funcțiile variabilelor x 3 și x 4, definite așa cum se arată în tabel, trebuie să fie furnizate intrărilor de informații ale multiplexorului. 5 zone ale mesei Veitch. În fiecare zonă a tabelului Veitch conturată pentru intrările de informații, minimizarea este efectuată folosind metode convenționale, după care sunt construite circuite care formează funcțiile furnizate intrărilor de informații ale multiplexorului.
Să demonstrăm această tehnică folosind implementarea funcției prezentate în tabel. 6.
Când variabilele x 1 și x 2 sunt furnizate intrărilor de adresă ale multiplexorului, D 0 = 1 trebuie furnizat intrărilor sale de informații; D1 = 0; D2 = x3. 4, D 3 = 4. Circuitul care implementează funcția dată este prezentat în Fig. 3.
Trebuie avut în vedere faptul că atunci când sintetizați un dispozitiv logic folosind un multiplexor, este, de asemenea, necesar să construiți o versiune a circuitului fără a utiliza un multiplexor. Apoi, comparând opțiunile rezultate, determinați care opțiune este cea mai bună în ceea ce privește numărul de pachete de circuite integrate utilizate în circuit.
Un multiplexor este un comutator care conectează mai multe intrări la o singură ieșire conform unui cod digital dat. De fapt, există două tipuri de multiplexoare: analogice și digitale, pe care sunt construite analogice tranzistoare cu efect de câmpși transmit semnalul în ambele direcții, în timp ce cele digitale de la intrarea selectată dublează semnalul la ieșire. În continuare vom vorbi despre multiplexorul analogic.
Selectarea canalului, așa cum este descris mai sus, se efectuează conform codului digital specificat, așa cum se arată în imaginea de mai jos.
Să ne imaginăm următoarea situație: avem un ADC și mai mulți senzori analogici, informații din care trebuie să proceseze. Deoarece există un singur ADC și există mulți senzori, el îi poate servi doar unul câte unul, iar un multiplexor îl va ajuta în acest sens.
Folosind un divizor și un multiplexor convențional de tensiune, puteți atenua semnalul prin cantitatea necesară o singura data.
Și prin adăugarea unui multiplexor și a mai multor rezistențe părere Un amplificator construit pe un amplificator operațional poate amplifica semnalul de numărul necesar de ori.
În imaginile de mai sus, multiplexorul a fost reprezentat schematic pentru o mai bună percepție, dar în diagramă este reprezentat astfel.
Acum că știm unde este folosit un multiplexor, să vedem cum diferă acesta de un comutator.
În primul rând, multiplexoarele moderne sunt construite folosind tehnologia CMOS și, ca urmare, canalul deschis are o oarecare rezistență, valoarea acestei rezistențe poate fi mai mică de 1 Ohm și depinde de valoarea tensiunii de alimentare. Rezistența canalului poate fi găsită în fișa tehnică; este desemnată Ron.
În al doilea rând, tensiunea pe care o poate comuta multiplexorul, precum și tensiunea la intrările de control, nu trebuie să depășească tensiunea de alimentare. Curentul maxim de comutare al multiplexerelor moderne poate ajunge la 400mA. Din nou, curentul maxim poate fi găsit din fișa de date; este indicat diferit în diferite fișe de date.
În al treilea rând, deoarece multiplexorul este construit folosind tehnologia CMOS, structura sa conține capacități care îi înrăutățesc caracteristicile. Circuitul echivalent al unui multiplexor cu două canale este următorul.
- Imaginea arată că între canale există o oarecare capacitate Css și Cdd, prin care un semnal de la un canal poate pătrunde în altul.
- Prezența capacității Cds duce la faptul că la frecvențe înalte semnalul trece printr-un comutator deschis.
- Rezistența Ron, împreună cu capacitatea Cd, formează un filtru trece-jos care limitează banda de trecere.
Circuitul echivalent arată, de asemenea, surse de curent care reflectă curentul de scurgere, care, la rândul său, poate fi o sursă de eroare.
Multiplexoarele sunt dispozitive care vă permit să conectați mai multe intrări la o singură ieșire. sunt numite dispozitive care vă permit să conectați o intrare la mai multe ieșiri. În cel mai simplu caz, o astfel de comutare se poate face folosind tastele:
Figura 1. Comutator (multiplexor) asamblat folosind chei
Un astfel de comutator va funcționa la fel de bine atât cu analogic, cât și semnale digitale. Cu toate acestea, viteza de funcționare a cheilor mecanice lasă mult de dorit, iar cheile trebuie adesea controlate automat folosind un fel de circuit.
Circuitele digitale necesită ca comutatoarele să fie controlate folosind niveluri logice. Adică, trebuie să selectați un dispozitiv care ar putea îndeplini funcțiile unei chei electronice cu control electronic al unui semnal digital.
Caracteristici de construire a multiplexoarelor pe elemente TTL
Să încercăm să le facem pe cele pe care le cunoaștem deja să funcționeze ca o cheie electronică. Să luăm în considerare tabelul de adevăr al elementului logic „ȘI”. În acest caz, una dintre intrările elementului logic „ȘI” va fi considerată ca o intrare de informații a cheii electronice, iar cealaltă intrare ca una de control. Deoarece ambele intrări ale porții AND sunt echivalente, nu contează care dintre ele va fi intrarea de control.
Fie intrarea X cea de control, iar Y cea de informare. Pentru simplitatea raționamentului, împărțim tabelul de adevăr în două părți, în funcție de nivelul semnalului logic la intrarea de control X.
Tabelul de adevăr arată clar că, în timp ce un nivel logic zero este aplicat la intrarea de control X, semnalul aplicat la intrarea Y nu trece la ieșirea Out. Când se aplică unul logic la intrarea de control X, semnalul primit la intrarea Y apare la ieșirea Out.
Aceasta înseamnă că poarta AND poate fi folosită ca cheie electronică. În acest caz, nu contează care dintre intrările elementului „ȘI” va fi folosită ca intrare de control și care va fi folosită ca intrare de informație. Tot ce rămâne este să combinați ieșirile elementelor logice „ȘI” într-o singură ieșire. Acest lucru se face folosind poarta SAU în același mod ca și cu . Comutatorul rezultat cu control al nivelului logic este prezentat în Figura 2.
Figura 2. Schema schematică a unui multiplexor digital realizat pe elemente logice
În circuitele prezentate în figurile 1 și 2, puteți conecta simultan mai multe intrări la o singură ieșire. Cu toate acestea, acest lucru duce de obicei la consecințe imprevizibile. În plus, pentru a controla un astfel de comutator, sunt necesare multe intrări, astfel încât multiplexorul include de obicei unul binar, așa cum se arată în Figura 3. Am obținut acest decodor mai devreme folosind. Acest lucru vă permite să controlați comutarea intrărilor de informații folosind coduri binare furnizate intrărilor de control. Numărul de intrări de informații în astfel de circuite este ales să fie un multiplu al puterii a doi.
Figura 3. Diagrama schematică a unui multiplexor controlat de cod binar
Denumirea grafică a unui multiplexor cu patru intrări cu control binar este prezentată în Figura 4. Intrările A0 și A1 sunt intrările de control ale microcircuitului în cauză, determinând adresa semnalului de intrare care va fi conectat la ieșirea Y. Semnalele de intrare ei înșiși sunt desemnați ca X0, X1, X2 și X3.
Figura 4. Desemnarea grafică convențională a unui multiplexor cu patru intrări
În denumirea grafică convențională, numele intrărilor de informații A, B, C și D sunt înlocuite cu numele X0, X1, X2 și X3, iar numele ieșirii Out este înlocuit cu numele Y. Acest nume pentru intrări și ieșirile sunt mai frecvente în literatura internă. Intrările adresei sunt desemnate A0 și A1.
Caracteristici de construire a multiplexoarelor bazate pe elemente CMOS
Când lucrați cu un comutator electronic, este foarte ușor să obțineți unul sau doi tranzistori MOS, prin urmare, în circuitele CMOS, elementul logic „ȘI” nu este folosit ca cheie electronică. Circuitul unui comutator electronic realizat pe tranzistoare MOS complementare este prezentat în Figura 5.
Figura 5. Schema circuitului unei chei electronice realizate pe tranzistoare CMOS
O astfel de cheie poate comuta atât semnalele digitale, cât și cele analogice. Rezistența tranzistoarelor deschise este de zeci de ohmi, iar rezistența tranzistoarelor închise depășește zeci de megaohmi. Există atât avantaje, cât și dezavantaje în acest sens. Faptul că comutatorul asamblat pe un tranzistor MOS nu este obișnuit element logic, vă permite să combinați ieșirile cheilor electronice în conformitate exactă cu diagrama prezentată în Figura 1. Acest lucru simplifică în mod clar circuitul dispozitivului.
În plus, un multiplexor CMOS poate fi utilizat pentru a comuta semnale analogice. Cu toate acestea, nu trebuie uitat că circuitul nu poate rezista la tensiuni negative. Aceasta înseamnă că pentru semnalele analogice este necesar să se utilizeze un circuit de polarizare astfel încât valorile semnal analog au fost în intervalul de la potențialul firului comun al circuitului până la tensiunea de alimentare a multiplexorului.
În același timp, atunci când lucrați cu un multiplexor asamblat pe comutatoare CMOS, trebuie să instalați elemente logice la intrare și la ieșire. Numai în acest caz circuitul digital în întregime va funcționa corect. Trebuie remarcat faptul că în majoritatea cazurilor această condiție este îndeplinită automat.
Acum amintiți-vă că într-un multiplexor trebuie să conectați doar unul dintre semnalele de intrare la ieșire. La fel ca în cazul controlului cheilor electronice cu cod binar, în multiplexor este introdus un decodor. Diagrama unui astfel de multiplexor este prezentată în Figura 6.
Figura 6. Circuitul multiplexor CMOS
Desemnarea grafică a multiplexoarelor nu depinde de tehnologia de fabricație a microcircuitelor, adică un multiplexor CMOS este desemnat exact la fel ca în figura 4.
În microcircuitele domestice, multiplexoarele sunt desemnate prin literele KP, imediat după numărul de serie al microcircuitelor. De exemplu, cipul K1533KP2 este un multiplexor dublu cu patru canale realizat folosind tehnologia TTL, iar cipul K1561KP1 este un multiplexor dublu cu patru canale realizat folosind tehnologia CMOS.
Literatură:
Împreună cu articolul „Multiplexare” citiți:
Legile algebrei logice vă permit să transformați funcții logice. Funcții logice sunt transformate pentru a le simplifica, iar acest lucru duce la o simplificare a circuitului digital...
http://site/digital/AlgLog.php
Orice circuit logic fără memorie este complet descris de un tabel de adevăr... Pentru a implementa un tabel de adevăr, este suficient să luăm în considerare doar acele rânduri...
http://site/digital/SintSxem.php
Decodoarele (decodificatoarele) vă permit să convertiți unele tipuri de coduri binare în altele. De exemplu...
http://site/digital/DC.php
Destul de des, dezvoltatorii de echipamente digitale se confruntă cu problema opusă. Trebuie să convertiți codul liniar octal sau zecimal în...
http://site/digital/Coder.php
Demultiplexoarele sunt dispozitive... O diferență semnificativă față de un multiplexor este...
http://site/digital/DMS.php
Un multiplexor digital este un dispozitiv logic combinat care este proiectat pentru transmiterea controlată a informațiilor din mai multe surse de date către un canal de ieșire. În esență, acest dispozitiv este o serie de comutatoare digitale de poziție. Se pare că un multiplexor digital este un comutator de semnale de intrare într-o linie de ieșire.
Acest dispozitiv are trei grupuri de intrări:
- cele de adresă, care determină ce intrare de informații trebuie conectată la ieșire;
- informativ;
- rezolvare (stroboscopic).
În multiplexoarele digitale fabricate, există maximum 16 intrări de informații. Dacă dispozitivul proiectat necesită Mai mult, în acest caz, structura așa-numitului arbore multiplexer este construită din mai multe cipuri.
Un multiplexor digital poate fi utilizat pentru a sintetiza aproape orice dispozitiv logic, reducând astfel semnificativ numărul de elemente logice utilizate în circuite.
Reguli pentru sinteza dispozitivelor bazate pe multiplexoare:
- o hartă Karnaugh este construită pentru funcția de ieșire (pe baza valorilor funcțiilor variabile);
- este selectată ordinea de utilizare în circuitul multiplexor;
- se construiește o matrice de mascare, care trebuie să corespundă ordinii multiplexorului utilizat;
- este necesar să se suprapună matricea rezultată pe harta Karnaugh;
- după aceasta, funcția este minimizată separat pentru fiecare zonă a matricei;
- Pe baza rezultatelor minimizării, este necesar să se construiască un circuit.
Acum să trecem de la teorie la practică. Să luăm în considerare unde sunt utilizate astfel de dispozitive.
Multiplexoarele flexibile sunt proiectate pentru generarea de fluxuri digitale (primare) cu o viteză de 2048 kbit/s din (vorbire), precum și date de la interfețele digitale de interconectare a canalelor electronice la o viteză de 64 kbit/s, transmiterea unui digital flux printr-o rețea IP/Ethernet și pentru conversia semnalizării liniare și a îmbinărilor fizice.
Folosind un astfel de dispozitiv, puteți conecta până la 60 (în unele modele această cifră poate fi mai mult) terminații analogice în 1 sau 2 sau 128 de seturi de abonați pentru patru fluxuri E1. De obicei, terminațiile analogice sunt linii TC care au semnalizare în bandă sau semnalizarea este implementată pe un canal separat. Datele canalului vocal pot fi comprimate la 32 sau 16 kbit/s pe canal folosind codificarea ADPCM.
Multiplexoarele flexibile permit utilizarea conexiunilor de difuzare, adică transmiterea semnalelor de la unul dintre canalele digitale sau analogice la câteva altele. Adesea folosit pentru a furniza simultan programe radio în mai multe puncte diferite.
Multiplexoarele optice sunt dispozitive concepute pentru a funcționa cu fluxuri de date folosind fascicule de lumină care diferă în amplitudine sau fază, precum și în lungime de undă. Avantajele unor astfel de dispozitive includ rezistența la influențele externe, siguranța tehnică și protecția împotriva piratarii informațiilor transmise.
