Šta je multiplekser, kola i princip rada. Digitalni multiplekser: opis, namena, vrste Primena multipleksora

Kompjuterska kola koriste mnogo dijelova koji se pojedinačno čine beskorisnim (a u većini slučajeva i jesu). Ali kada se sakupe u logički sistem, u skladu sa zakonima fizike, mogu se pokazati kao jednostavno nezamjenjivi. Dobar primjer su multiplekseri i demultiplekseri. Oni igraju važnu ulogu u stvaranju komunikacionih sistema. Multiplekser nije težak. A u to ćete se i sami uvjeriti čitajući članak.

Šta je multiplekser?

Multiplekser je uređaj koji bira jedan od nekoliko ulaza, a zatim ga povezuje sa svojim izlazom. Sve zavisi od stanja binarnog koda. Multiplekser se koristi kao prekidač signala koji ima više ulaza i samo jedan izlaz. Mehanizam njegovog rada može se opisati sljedećom tablicom:

Slične tabele se mogu videti i kod proučavanja programiranja, tačnije kod rešavanja problema logičkog izbora. Prvo, o analognom multipleksoru. Oni direktno povezuju ulaze i izlaze. Postoji optički multiplekser, koji je složeniji. Oni jednostavno kopiraju rezultirajuće vrijednosti.

Šta je demultiplekser?

Demultiplekser je uređaj sa jednim ulazom i više izlaza. Šta će biti povezano sa onim što je određeno binarnim kodom. Da bi se to učinilo, čita se i izlaz koji ima traženu vrijednost se povezuje na ulaz. Kao što vidite, ovi uređaji ne moraju nužno raditi u paru za pun rad, a ime su dobili zbog funkcionalnosti koju obavljaju.

Multipleksersko kolo

Pogledajmo sklop multipleksora. Najveći dio je AND-OR element. Može imati različit broj ulaza, u rasponu od dva i teoretski do beskonačnosti. Ali, u pravilu se ne prave za više od 8 ulaza. Svaki pojedinačni ulaz naziva se inverter. Oni na lijevoj strani nazivaju se informacijama. U sredini se nalaze adresabilni ulazi. Desno se obično povezuje element koji određuje da li će sam multiplekser raditi. Ovo se može dopuniti inverzijskim ulazom. Da bi se u pisanom obliku označio broj ulaza i da bi se pokazalo da se radi o multiplekseru, koriste se unosi ovog tipa: „1*2“. Pod jedinicom podrazumijevamo broj pinova koji ulaze u trojku. Dva se koristi za označavanje izlaza i obično je jednako 1. U zavisnosti od broja adresabilnih ulaza, određuje se koji bit će imati multiplekser i u ovom slučaju se koristi formula: 2 n. Umjesto n, samo zamijenite traženu vrijednost. U ovom slučaju, 2 2 = 4. Ako je za binarni ili ternarni multipleksor razlika u broju ulaza i izlaza dva i tri, respektivno, onda se kaže da su potpuni. Na nižoj vrijednosti oni su nekompletni. Ovaj uređaj ima multiplekser. Dijagram je dodatno predstavljen u obliku slike tako da imate najpotpuniju predstavu o njegovoj strukturi.

Demultipleksersko kolo

Za prebacivanje kanala, demultiplekseri koriste samo “AND” logičke elemente. Imajte na umu da se CMOS čipovi često prave pomoću tranzistorskih prekidača sa efektom polja. Stoga se koncept demultipleksera ne odnosi na njih. Da li je moguće napraviti tako da jedan uređaj može promijeniti svoja svojstva u dijametralno suprotna? Da, ako zamijenite informacijske izlaze i ulaze, zbog čega se nazivu "multiplekser" može dodati prefiks "de-". Po svojoj namjeni slični su dekriptorima. Unatoč postojećim razlikama, oba uređaja u domaćim mikro krugovima označena su istim slovima - ID. Demultiplekseri izvode jednooperandne (jednostruki ulaz, unitarne) logičke funkcije, koje imaju značajan broj mogućih opcija odgovora na signal.

Vrste multipleksora

U osnovi, postoje samo dvije vrste multipleksera:

Terminal. Ovaj tip multipleksora se nalazi na krajevima komunikacione linije kroz koju se prenose neki podaci.
I/O. Koriste se kao alati koji se ugrađuju u komunikacijsku liniju za uklanjanje nekoliko kanala informacija iz opšteg toka. Na ovaj način je izbjegnuta potreba za ugradnjom terminalnih multipleksora, koji su skuplji mehanizmi.

Cijena multipleksera

Vrijedi napomenuti da multipleksori nisu jeftino zadovoljstvo. Najjeftiniji u ovom trenutku košta više od 12 hiljada rubalja, gornja granica je 270 000. Ali čak i po takvim cijenama, i dalje su gotovo uvijek isplativiji od postavljanja nove linije. Ali takva prednost je prisutna samo ako postoji kvalificirano osoblje koje može pravilno obaviti cijeli obim posla i pravilno instalirati multiplekser. Cijena se može malo povećati ako nema stalnog specijaliste. Ali uvijek se mogu zaposliti u specijalizovanim kompanijama.

Multipleksiranje

Multipleksiranje signala se vrši zbog značajnih troškova samih komunikacijskih kanala, kao i zbog troškova njihovog održavanja. Štaviše, sa čisto fizičke tačke gledišta, ono što je sada dostupno ne koristi se u potpunosti. Instaliranje multipleksera za rad u sistemu je u novčanom smislu isplativije od organizovanja novog kanala. Osim toga, na ovaj proces morate potrošiti manje vremena, što podrazumijeva i određene materijalne koristi.

U ovom članku ćemo se upoznati sa principom rada frekvencijskog multipleksiranja. Uz to, poseban frekvencijski raspon je posebno dodijeljen za svaki dolazni tok u zajedničkom komunikacijskom kanalu. A multiplekser ima zadatak da prenese spektar svakog dolaznog spektra u različit raspon vrijednosti. Ovo se radi kako bi se eliminisala mogućnost ukrštanja različitih kanala. Kako bi spriječili da jedni drugima postanu prepreka čak i kada prelaze zadane granice, koriste tehnologiju zaštitnih intervala. Sastoji se od ostavljanja određene frekvencije između svakog kanala, koja će apsorbirati utjecaj kvarova i neće utjecati na cjelokupno stanje sistema. FDMA multipleksiranje se može koristiti u optičkim i električnim komunikacijskim linijama.

Ograničeni resursi stvorili su priliku za poboljšanje mehanizma. Krajnji rezultat je bio proces nazvan "vremensko multipleksiranje". Ovim mehanizmom se u opštem toku velike brzine dodeljuje kratak vremenski period za prenos jednog ulaznog signala. Ali ovo nije jedina opcija implementacije. Može biti i da je dodijeljen određeni dio vremena, koji se ciklički ponavlja u datom intervalu. Generalno, multipleksor se u ovim slučajevima suočava sa zadatkom da obezbedi ciklički pristup mediju za prenos podataka, koji mora biti otvoren za dolazne tokove u kratkim intervalima.

Zaključak

Multiplekser je nešto što proširuje komunikacijske mogućnosti. U članku su ispitani uređaji koji se koriste za prijenos podataka koji omogućavaju značajne uštede na ovoj stavci troškova. Također je ukratko osvrt na njihovu šematsku strukturu i koncept multipleksiranja, njegove karakteristike i primjenu. Dakle, pregledali smo teorijski okvir. Trebat će vam da pređete na praksu ako želite istražiti multipleksere i demultipleksere.

Digitalni multipleksor je logički kombinovani uređaj koji je dizajniran za kontrolirani prijenos informacija iz više izvora podataka na izlazni kanal. U suštini, ovaj uređaj je serija digitalnih prekidača položaja. Ispostavilo se da je digitalni multipleksor prekidač ulaznih signala u jednu izlaznu liniju.

Ovaj uređaj ima tri grupe ulaza:

adresne, koje određuju koji informacijski ulaz treba povezati sa izlazom;
informativni;
razlučivanje (stroboskop).

U proizvedenim digitalnim multiplekserima postoji najviše 16 informacijskih ulaza. Ako projektovani uređaj zahteva veći broj, onda se struktura takozvanog multiplekserskog stabla gradi od nekoliko čipova.

Digitalni multiplekser se može koristiti za sintetizaciju gotovo svakog logičkog uređaja, čime se značajno smanjuje broj logičkih elemenata koji se koriste u kolima.

Pravila za sintezu uređaja baziranih na multiplekserima:

konstruirana je Karnaughova karta za izlaznu funkciju (na temelju vrijednosti varijabilnih funkcija);
odabire se redoslijed korištenja u krugu multipleksera;
konstruirana je maskirna matrica koja mora odgovarati redoslijedu korištenog multipleksora;
potrebno je da se dobijena matrica preklopi na Karnaughovu kartu;
nakon toga, funkcija se minimizira zasebno za svako područje matrice;
Na osnovu rezultata minimizacije potrebno je konstruisati kolo.

Sada pređimo s teorije na praksu. Razmotrimo gdje se takvi uređaji koriste.

Fleksibilni multiplekseri su dizajnirani za generisanje digitalnih tokova (primarni) brzinom od 2048 kbit/s iz (govora), kao i podataka sa digitalnih interfejsa unakrsnog povezivanja elektronskih kanala brzinom od 64 kbit/s, prenoseći digitalni stream preko IP/Ethernet mreže i za pretvaranje linearne signalizacije i fizičkih spojeva.

Koristeći takav uređaj, možete povezati do 60 (u nekim modelima ova brojka može biti i više) analognih završetaka u 1 ili 2 ili 128 pretplatničkih setova za četiri E1 toka. Tipično, analogni završnici su TC linije koje imaju signalizaciju unutar pojasa, ili se signalizacija implementira na zasebnom kanalu. Podaci o glasovnom kanalu mogu se komprimirati na 32 ili 16 kbit/s po kanalu koristeći ADPCM kodiranje.

Fleksibilni multiplekseri omogućavaju korištenje radiodifuznih veza, odnosno prijenos signala s jednog od digitalnih ili analognih kanala na nekoliko drugih. Često se koristi za isporuku radio programa istovremeno na nekoliko različitih tačaka.

Optički multiplekseri su uređaji dizajnirani za rad sa tokovima podataka koristeći svjetlosne zrake koje se razlikuju po amplitudi ili fazi, kao i po talasnoj dužini. Prednosti takvih uređaja uključuju otpornost na vanjske utjecaje, tehničku sigurnost i zaštitu od hakovanja prenesenih informacija.

Multiplekser je kombinovani digitalni uređaj, koji omogućava naizmjenični prijenos nekoliko ulaznih signala na jedan izlaz. Omogućava prijenos (prebacivanje) signala sa željenog ulaza na izlaz; u ovom slučaju odabir potrebnog ulaza se ostvaruje određenom kombinacijom upravljačkih signala. Broj multipleksnih ulaza se obično naziva brojem kanala, mogu biti od 2 do 16, a broj izlaza se naziva multiplekser bitovima, obično 1 - 4.

Na osnovu načina odašiljanja signala, multipleksori se dijele na:

- analogni;

- digitalno.

Dakle, analogni uređaji koriste direktnu električnu vezu za spajanje ulaza na izlaz; u ovom slučaju njegov otpor je reda veličine nekoliko jedinica - desetine Ohma. Stoga se nazivaju prekidači ili ključevi. Digitalni (diskretni) uređaji nemaju direktnu električnu vezu između ulaza i izlaza, oni samo kopiraju signal – “0” ili “1” - na izlaz.

Princip rada multipleksora

Općenito, princip rada multipleksora može se objasniti na primjeru prekidača koji povezuje ulaze sa izlazom uređaja. Rad prekidača je osiguran na osnovu upravljačkog kola u kojem se nalaze adresni i omogućavajući ulazi. Signali sa adresnih ulaza pokazuju koji je informacioni kanal povezan na izlaz. Dozvoljeni ulazi se koriste za povećanje sposobnosti – povećanje bitova, sinhronizacija sa radom drugih mehanizama, itd. Za kreiranje kontrolnog kola multipleksera obično se koristi dekoder adrese.

Područje primjene multipleksora

Multiplekseri su dizajnirani za upotrebu kao univerzalni logički element pri implementaciji bilo koje funkcije, čiji je broj jednak broju adresnih ulaza. Široko se koriste u svrhu prebacivanja pojedinačnih autobusa, odlaznih linija ili njihovih grupa. U mikroprocesorskim sistemima, oni se instaliraju na udaljenim objektima kako bi implementirali mogućnost prijenosa informacija preko jedne linije od nekoliko senzora koji se nalaze na udaljenoj udaljenosti jedan od drugog. Također, multiplekseri se u dizajnu kola koriste u razdjelnicima frekvencije, prilikom kreiranja kola za upoređivanje, brojača, generatora koda, itd., za transformaciju paralelnog binarnog koda u serijski.

Broj kanala multipleksera koje danas proizvodi domaća industrija je obično 4, 6, 10 i 16. Za izgradnju kola sa većim brojem ulaza koristi se tzv. broj ulaznih linija baziranih na komercijalno proizvedenim multiplekserima.

3.7. Multiplekseri i demultiplekseri

Multiplekser je uređaj koji uzorkuje jedan od nekoliko ulaza i povezuje ga sa svojim jednim izlazom, ovisno o stanju binarnog koda. Drugim riječima, multipleksor je signalni prekidač koji se kontrolira binarnim kodom i ima nekoliko ulaza i jedan izlaz. Na izlaz je povezan ulaz čiji broj odgovara kontrolnom binarnom kodu.

Pa, privatna definicija: multiplekser je uređaj koji pretvara paralelni kod u serijski.

Struktura multipleksera može biti predstavljena raznim šemama, na primjer, ovom:

Rice. 1 – Primjer specifičnog sklopa multipleksora

Najveći element ovdje je AND-OR element sa četiri ulaza. Kvadrati sa jednim su invertori.

Pogledajmo zaključke. Oni na lijevoj strani, odnosno D0-D3, nazivaju se informacionim ulazima. Predstavljaju im se informacije koje se moraju odabrati. Ulazi A0-A1 se zovu adresni ulazi. Ovdje se isporučuje binarni kod, koji određuje koji će od ulaza D0-D3 biti spojen na izlaz, označen na ovom dijagramu kao Y. Ulaz C – sinhronizacija, dozvola za rad.

Dijagram također ima adresne ulaze sa inverzijom. Ovo je da bi uređaj bio svestraniji.

Na slici je prikazan, kako se još naziva, 4X1 multiplekser. Kao što znamo, broj različitih binarnih brojeva koje kod može specificirati određen je brojem bitova koda kao 2 n, gdje je n broj bitova. Morate postaviti 4 stanja multipleksera, što znači da u kodu adrese treba biti 2 bita (2 2 = 4).

Da bismo objasnili princip rada ovog kola, pogledajmo njegovu tabelu istinitosti:

Ovako binarni kod bira željeni ulaz. Na primjer, imamo četiri objekta, i oni šalju signale, ali imamo jedan uređaj za prikaz. Uzimamo multiplekser. Ovisno o binarnom kodu, signal sa željenog objekta se povezuje na uređaj za prikaz.

Multiplekser je označen mikrokolom na sljedeći način:

Rice. 2 – Multiplekser kao ISS

Demultiplekser- uređaj inverzan multiplekseru. To jest, demultiplekser ima jedan ulaz i mnogo izlaza. Binarni kod određuje koji će izlaz biti spojen na ulaz.

Drugim riječima, demultiplekser je uređaj koji uzorkuje jedan od svojih nekoliko izlaza i povezuje ga sa svojim ulazom, ili je to signalni prekidač kontroliran binarnim kodom i koji ima jedan ulaz i nekoliko izlaza.

Na ulaz je povezan izlaz čiji broj odgovara stanju binarnog koda. I privatna definicija: demultiplekser je uređaj koji pretvara serijski kod u paralelni.

Obično se koristi kao demultiplekser dekriptori binarni kod u pozicijski kod, u koji je uveden dodatni ulaz za gejting.

Zbog sličnosti sklopova multipleksora i demultipleksora, CMOS serije imaju mikrokola koja su istovremeno i multiplekser i demultiplekser, ovisno s koje strane se signali dovode.

Na primjer, K561KP1, koji radi kao prekidač 8x1 i prekidač 1x8 (odnosno kao multiplekser i demultiplekser sa osam ulaza ili izlaza). Osim toga, u CMOS mikro krugovima, pored prebacivanja digitalnih signala (logička 0 ili 1), moguće je prebacivanje analognih.

Drugim riječima, to je analogni signalni prekidač kojim upravlja digitalni kod. Takvi mikro krugovi se nazivaju prekidači. Na primjer, pomoću prekidača možete prebaciti signale koji ulaze na ulaz pojačala (selektor ulaza). Razmotrite kolo selektora ulaza UMZCH. Napravimo ga koristeći japanke i multiplekser.

Rice. 3 - Birač ulaza

Dakle, pogledajmo posao. Na okidačima mikrokola DD1, prsten counter dugme se pritiska sa 2 cifre (dva okidača - 2 cifre). Dvocifrena binarni kod ide na adresne ulaze D0-D1 DD2 čipa. DD2 čip je dvostruki četverokanalni prekidač.

U skladu s binarnim kodom na izlazima mikrokola A I IN ulazi A0-A3 i B0-B3 su povezani respektivno. Elementi R1, R2, C1 eliminišu poskakivanje kontakata dugmeta.

Lanac diferencijacije R3C2 postavlja flip-flopove na nulu kada je napajanje uključeno, pri čemu je prvi ulaz spojen na izlaz. Kada pritisnete dugme, okidač DD1.1 prelazi u stanje dnevnika. 1, a drugi ulaz je povezan sa izlazom itd. Ulazi se nabrajaju u prstenu, počevši od prvog.

S jedne strane je jednostavno, s druge je malo nezgodno. Ko zna koliko puta je dugme pritisnuto nakon uključivanja i koji je ulaz sada spojen na izlaz. Bilo bi lijepo imati indikator za spojeni ulaz.

Prisjetimo se dekodera od sedam segmenata. Prebacujemo dekoder sa indikatorom u sklop prekidača i povezujemo prva dva ulaza dekodera (na dijagramu kao DD3), tj. 1 i 2 (pinovi 7 i 1) na direktne izlaze okidača DD1.1 DD1. 2 (iglice 1 i 13) . Povezujemo ulaze dekodera 4 i 8 (pinovi 2 i 6) na kućište (tj. napajamo logičku 0). Indikator će pokazati status brojača zvona, odnosno brojeve od 0 do 3. Broj 0 odgovara prvom unosu, 1 do 2. itd.

Multiplekseri i demultiplekseri pripadaju klasi kombinacionih uređaja koji su dizajnirani za prebacivanje tokova podataka u komunikacijskim linijama na datim adresama. Većina podataka u digitalnim sistemima se prenosi direktno putem žica i tragova na štampanim pločama. Često postoji potreba za prijenosom informacijskih binarnih signala (ili analognih u analogno-digitalnim sistemima) od izvora signala do potrošača. U nekim slučajevima potrebno je prenijeti podatke na velike udaljenosti preko telefonskih linija, koaksijalnih i optičkih kablova. Kada bi se svi podaci prenosili istovremeno preko paralelnih komunikacionih linija, ukupna dužina takvih kablova bila bi preduga i bili bi preskupi. Umjesto toga, podaci se prenose preko jedne žice u serijskom obliku i grupišu se u paralelne podatke na kraju prijema te jedinstvene komunikacijske linije. Uređaji koji se koriste za povezivanje jednog od izvora podataka sa datim brojem (adresom) na komunikacijsku liniju nazivaju se multipleksori. Uređaji koji se koriste za povezivanje komunikacione linije na jedan od prijemnika informacija sa određenom adresom nazivaju se demultiplekseri. Paralelni podaci sa jednog od digitalnih uređaja mogu se konvertovati u serijske informacijske signale pomoću multipleksora, koji se prenose preko jedne žice. Na izlazima demultipleksera, ovi serijski ulazni signali se mogu grupisati nazad u paralelne podatke.

Multiplekseri

Multiplekser se koristi za kombinovanje digitalnih tokova iz različitih izvora u jedan transportni tok.– kompresijski koderi, izlazi drugih multipleksora, izlazi prijemnika – dekodera, itd. Dolazni signali mogu imati drugačiju vremensku bazu (to jest, mogu se generirati sa nešto drugačijim taktnim frekvencijama), a zadatak multipleksera je da formira asinhroni tok uz održavanje sinhronizirajućih informacija svake od komponenti.

Princip rada multipleksera zasniva se na svojstvima memorijskog bafera - informacije se u njega upisuju na jednoj frekvenciji takta i čitaju na drugoj, višoj frekvenciji. Ako zamislimo lanac sekvencijalno povezanih bafera, sinkroniziranih na takav način da se izlazni rafali impulsa ne preklapaju u vremenu, ovo će biti multiplekser.

Glavni parametar multipleksora je izlazna brzina transportnog toka, koja za većinu modela iznosi 55...60 Mbit/s. Postoje i uzorci sa brzinama do 100 Mbit/s. Naravno, brzina protoka postavljena na izlazu mora biti barem ne manja od zbira brzina svih kombinovanih protoka. Prekoračenje brzine izlaznog toka kompenzira se uvođenjem nultih paketa na izlaz multipleksera.

Demultiplekser je funkcionalna jedinica računara dizajnirana da prebaci (prebaci) signal jednog informacijskog ulaza D na jedan od n informacijskih izlaza. Broj izlaza na koji se isporučuje vrijednost ulaznog signala u svakom ciklusu računarskog vremena određen je adresnim kodom A0, A1..., Am-1. Adresni ulazi m i informacijski izlazi n povezani su relacijom n2m. DC dekoder se može koristiti kao demultiplekser. U ovom slučaju, informacijski signal se dovodi na ulaz dozvole E (od engleskog enable - dozvola). Demultiplekser sa gejt-om sa informacijskim ulazom D, adresnim ulazima A1, A0 i ulazom gejta C prikazan je na slici 2.1. Demultiplekser obavlja inverznu funkciju multipleksora. U odnosu na multipleksere i demultipleksere, takođe se koristi termin „selektori podataka“.

Demultiplekseri se koriste za prebacivanje pojedinačnih linija i višebitnih sabirnica, pretvarajući serijski kod u paralelni. Kao i multiplekser, demultiplekser uključuje dekoder adrese. Dekoder signala kontroliše logičke kapije, omogućavajući prenos informacija samo kroz jednu od njih (slika 1.1)