Qu'est-ce qu'un multiplexeur, ses circuits et son principe de fonctionnement. Multiplexeur numérique : description, objectif, types Application des multiplexeurs

Les circuits informatiques utilisent de nombreuses pièces qui, individuellement, semblent inutiles (et dans la plupart des cas, elles le sont). Mais une fois rassemblés dans un système logique, adhérant aux lois de la physique, ils peuvent s’avérer tout simplement irremplaçables. Un bon exemple est celui des multiplexeurs et démultiplexeurs. Ils jouent un rôle important dans la création de systèmes de communication. Un multiplexeur n'est pas difficile. Et vous le constaterez par vous-même en lisant l’article.

Qu'est-ce qu'un multiplexeur ?

Un multiplexeur est un appareil qui sélectionne l'une des nombreuses entrées et la connecte ensuite à sa sortie. Tout dépend de l'état du code binaire. Un multiplexeur est utilisé comme commutateur de signal doté de plusieurs entrées et d’une seule sortie. Le mécanisme de son fonctionnement peut être décrit par le tableau suivant :

Des tableaux similaires peuvent être observés lors de l’étude de la programmation, et plus particulièrement lors de la résolution de problèmes de choix logique. Tout d'abord, à propos du multiplexeur analogique. Ils connectent directement les entrées et les sorties. Il existe un multiplexeur optique, plus complexe. Ils copient simplement les valeurs résultantes.

Qu'est-ce qu'un démultiplexeur ?

Un démultiplexeur est un appareil avec une entrée et plusieurs sorties. Ce qui sera connecté à ce qui est déterminé par le code binaire. Pour ce faire, il est lu et la sortie, qui a la valeur requise, est connectée à l'entrée. Comme vous pouvez le constater, ces appareils ne doivent pas nécessairement fonctionner par paires pour fonctionner pleinement et tirent leur nom de la fonctionnalité qu'ils exécutent.

Circuit multiplexeur

Regardons le circuit multiplexeur. La plus grande partie est l’élément AND-OR. Il peut avoir un nombre différent d'entrées, allant de deux et théoriquement à l'infini. Mais, en règle générale, ils ne sont pas conçus pour plus de 8 entrées. Chaque entrée individuelle est appelée un onduleur. Ceux de gauche s’appellent l’information. Au milieu se trouvent des entrées adressables. Un élément est généralement connecté à droite, ce qui détermine si le multiplexeur lui-même fonctionnera. Celle-ci peut être complétée par une entrée d'inversion. Pour indiquer par écrit le nombre d'entrées et montrer qu'il s'agit d'un multiplexeur, on utilise des entrées de ce type : « 1*2 ». Par unité, nous entendons le nombre de broches qui entrent dans un triple. Deux est utilisé pour indiquer la sortie et est généralement égal à 1. En fonction du nombre d'entrées adressables, il est déterminé quel bit aura le multiplexeur, et dans ce cas la formule est utilisée : 2 n. Au lieu de n, remplacez simplement la valeur requise. Dans ce cas, 2 2 = 4. Si pour un multiplexeur binaire ou ternaire la différence entre le nombre d'entrées et de sorties est respectivement de deux et trois, alors elles sont dites complètes. À une valeur inférieure, ils sont incomplets. Cet appareil dispose d'un multiplexeur. Le schéma est en outre présenté sous forme d'image afin que vous ayez l'idée la plus complète de sa structure.

Circuit démultiplexeur

Pour la commutation de canal, les démultiplexeurs utilisent uniquement des éléments logiques « ET ». Gardez à l’esprit que les puces CMOS sont souvent construites à l’aide de commutateurs à transistors à effet de champ. La notion de démultiplexeur ne leur est donc pas applicable. Est-il possible de faire en sorte qu'un appareil puisse modifier ses propriétés en propriétés diamétralement opposées ? Oui, si vous échangez les sorties et les entrées d'informations, le préfixe « de- » peut ainsi être ajouté au nom « multiplexeur ». Dans leur objectif, ils sont similaires aux décrypteurs. Malgré les différences existantes, les deux appareils des microcircuits domestiques sont désignés par les mêmes lettres - ID. Les démultiplexeurs exécutent des fonctions logiques à opérande unique (à entrée unique, unitaires), qui ont un nombre important d'options de réponse possibles à un signal.

Types de multiplexeurs

Fondamentalement, il n’existe que deux types de multiplexeurs :

Terminal. Ce type de multiplexeurs est situé aux extrémités de la ligne de communication par laquelle certaines données sont transmises.
E/S. Ils sont utilisés comme outils installés dans un espace entre les lignes de communication pour supprimer plusieurs canaux d'information du flux général. De cette manière, on évite d'avoir à installer des multiplexeurs de terminaux, qui sont des mécanismes plus coûteux.

Coût des multiplexeurs

Il convient de noter que les multiplexeurs ne sont pas un plaisir bon marché. Le moins cher coûte actuellement plus de 12 000 roubles, la limite supérieure est de 270 000. Mais même à de tels prix, ils restent presque toujours plus rentables que la pose d'une nouvelle ligne. Mais un tel avantage n'est présent que s'il existe un personnel qualifié capable d'effectuer correctement l'ensemble des travaux et d'installer correctement le multiplexeur. Le prix peut augmenter légèrement s'il n'y a pas de spécialiste à temps plein. Mais ils peuvent toujours être embauchés dans des entreprises spécialisées.

Multiplexage

Le multiplexage des signaux est réalisé en raison du coût important des canaux de communication eux-mêmes, ainsi qu'en raison des coûts de leur maintenance. De plus, d’un point de vue purement physique, ce qui est disponible actuellement n’est pas utilisé à son plein potentiel. L'installation d'un multiplexeur pour fonctionner dans le système est plus rentable en termes monétaires que l'organisation d'un nouveau canal. De plus, vous devez consacrer moins de temps à ce processus, ce qui implique également certains avantages matériels.

Dans cet article, nous allons nous familiariser avec le principe de fonctionnement du multiplexage fréquentiel. Grâce à lui, une gamme de fréquences distincte est spécialement attribuée à chaque flux entrant dans un canal de communication commun. Et le multiplexeur est chargé de transférer le spectre de chacun des spectres entrants vers une plage de valeurs différente. Ceci est fait pour éliminer la possibilité de croisement de différents canaux. Pour éviter qu'ils ne deviennent un obstacle les uns aux autres même en dépassant les limites imparties, ils utilisent la technologie des intervalles de protection. Elle consiste à laisser une certaine fréquence entre chaque canal, qui absorbera l'impact des dysfonctionnements et n'affectera pas l'état général du système. Le multiplexage FDMA peut être utilisé dans les lignes de communication optiques et électriques.

Les ressources limitées ont créé l’opportunité d’améliorer le mécanisme. Le résultat final était un processus appelé « multiplexage temporel ». Avec ce mécanisme, une courte période de temps est allouée dans le flux général à grande vitesse pour la transmission d'un signal d'entrée. Mais ce n’est pas la seule option de mise en œuvre. Il se peut également qu'une certaine partie du temps soit allouée, qui se répète cycliquement à un intervalle donné. En général, le multiplexeur est dans ces cas confronté à la tâche de fournir un accès cyclique au support de transmission de données, qui doit être ouvert aux flux entrants sur de courts intervalles.

Conclusion

Un multiplexeur est quelque chose qui étend les capacités de communication. L'article examine les appareils utilisés pour la transmission de données, qui permettent des économies significatives sur ce poste de dépense. Leur structure schématique et le concept de multiplexage, ses caractéristiques et ses applications ont également été brièvement passés en revue. Ainsi, nous avons révisé le cadre théorique. Vous en aurez besoin pour passer à la pratique si vous souhaitez explorer les multiplexeurs et les démultiplexeurs.

Un multiplexeur numérique est un dispositif combiné logique conçu pour la transmission contrôlée d'informations de plusieurs sources de données vers un canal de sortie. Essentiellement, cet appareil est une série de commutateurs de position numériques. Il s'avère qu'un multiplexeur numérique est un commutateur de signaux d'entrée vers une ligne de sortie.

Cet appareil dispose de trois groupes d'entrées :

les adresses, qui déterminent quelle entrée d’information doit être connectée à la sortie ;
informatif;
résolution (stroboscope).

Dans les multiplexeurs numériques fabriqués, il existe un maximum de 16 entrées d'informations. Si le dispositif conçu nécessite un nombre plus grand, la structure de ce que l'on appelle l'arbre du multiplexeur est construite à partir de plusieurs puces.

Un multiplexeur numérique peut être utilisé pour synthétiser presque n'importe quel dispositif logique, réduisant ainsi considérablement le nombre d'éléments logiques utilisés dans les circuits.

Règles de synthèse de dispositifs à base de multiplexeurs :

une carte de Karnaugh est construite pour la fonction de sortie (sur la base des valeurs des fonctions variables) ;
l'ordre d'utilisation dans le circuit multiplexeur est sélectionné ;
une matrice de masquage est construite, qui doit correspondre à l'ordre du multiplexeur utilisé ;
il faut superposer la matrice résultante sur la carte de Karnaugh ;
après cela, la fonction est minimisée séparément pour chaque zone de la matrice ;
Sur la base des résultats de minimisation, il est nécessaire de construire un circuit.

Passons maintenant de la théorie à la pratique. Voyons où de tels appareils sont utilisés.

Les multiplexeurs flexibles sont conçus pour générer des flux numériques (primaires) à une vitesse de 2048 kbit/s à partir de (parole), ainsi que des données provenant d'interfaces numériques de connexion croisée de canaux électroniques à une vitesse de 64 kbit/s, transmettant un signal numérique. flux sur un réseau IP/Ethernet et pour convertir la signalisation linéaire et les joints physiques.

À l'aide d'un tel appareil, vous pouvez connecter jusqu'à 60 (dans certains modèles, ce chiffre peut être plus) terminaisons analogiques en 1 ou 2 ou 128 postes d'abonnés pour quatre flux E1. Généralement, les terminaisons analogiques sont des lignes TC dotées d'une signalisation intrabande, ou la signalisation est implémentée sur un canal séparé. Les données du canal vocal peuvent être compressées à 32 ou 16 kbit/s par canal à l'aide du codage ADPCM.

Les multiplexeurs flexibles permettent d'utiliser des connexions de diffusion, c'est-à-dire la transmission de signaux d'un des canaux numériques ou analogiques vers plusieurs autres. Souvent utilisé pour fournir des programmes radiophoniques simultanément à plusieurs points différents.

Les multiplexeurs optiques sont des dispositifs conçus pour fonctionner avec des flux de données utilisant des faisceaux lumineux qui diffèrent en amplitude ou en phase, ainsi qu'en longueur d'onde. Les avantages de tels dispositifs incluent la résistance aux influences extérieures, la sécurité technique et la protection contre le piratage des informations transmises.

Un multiplexeur est un appareil numérique combiné, fournissant une transmission alternative de plusieurs signaux d'entrée vers une sortie. Il vous permet de transmettre (commuter) un signal de l'entrée souhaitée à la sortie ; dans ce cas, la sélection de l'entrée requise est réalisée par une certaine combinaison de signaux de commande. Le nombre d'entrées multiplex est généralement appelé nombre de canaux, ils peuvent aller de 2 à 16 et le nombre de sorties est appelé bits du multiplexeur, généralement 1 à 4.

Sur la base de la méthode de transmission des signaux, les multiplexeurs sont divisés en :

- analogique ;

- numérique.

Ainsi, les appareils analogiques utilisent une connexion électrique directe pour connecter l'entrée à la sortie ; dans ce cas, sa résistance est de l'ordre de plusieurs unités - des dizaines d'Ohms. On les appelle donc interrupteurs ou clés. Les appareils numériques (discrets) n'ont pas de connexion électrique directe entre l'entrée et la sortie ; ils copient uniquement le signal – « 0 » ou « 1 » - vers la sortie.

Principe de fonctionnement du multiplexeur

De manière générale, le principe de fonctionnement d'un multiplexeur peut être expliqué à l'aide de l'exemple d'un interrupteur qui relie les entrées à la sortie d'un appareil. Le fonctionnement du commutateur est assuré sur la base d'un circuit de commande dans lequel se trouvent des entrées d'adresse et de validation. Les signaux des entrées d'adresse indiquent quel canal d'information est connecté à la sortie. Les entrées permissives sont utilisées pour augmenter les capacités - augmenter la capacité en bits, se synchroniser avec le fonctionnement d'autres mécanismes, etc. Pour créer un circuit de contrôle de multiplexeur, un décodeur d'adresses est généralement utilisé.

Champ d'application du multiplexeur

Les multiplexeurs sont conçus pour être utilisés comme élément logique universel lors de la mise en œuvre de fonctions dont le nombre est égal au nombre d'entrées d'adresse. Ils sont largement utilisés pour commuter des bus individuels, des lignes sortantes ou leurs groupes. Dans les systèmes à microprocesseurs, ils sont installés sur des objets distants pour mettre en œuvre la possibilité de transmettre des informations sur une ligne à partir de plusieurs capteurs situés à distance les uns des autres. De plus, les multiplexeurs dans la conception de circuits sont utilisés dans les diviseurs de fréquence, lors de la création de circuits de comparaison, de compteurs, de générateurs de code, etc., pour transformer le code binaire parallèle en série.

Le nombre de canaux multiplexeurs produits aujourd'hui par l'industrie nationale est généralement de 4, 6, 10 et 16. Pour construire des circuits avec un plus grand nombre d'entrées, le circuit dit d'arbre en cascade est utilisé, ce qui vous permet de créer des appareils avec un nombre arbitraire d'entrées. nombre de lignes d'entrée basées sur des multiplexeurs produits dans le commerce.

3.7. Multiplexeurs et démultiplexeurs

Multiplexeur est un appareil qui échantillonne une entrée parmi plusieurs et la connecte à sa sortie unique, en fonction de l'état du code binaire. Autrement dit, un multiplexeur est un commutateur de signal commandé par un code binaire et possédant plusieurs entrées et une sortie. L'entrée dont le numéro correspond au code binaire de contrôle est connectée à la sortie.

Eh bien, une définition privée : multiplexeur est un appareil qui convertit le code parallèle en code série.

La structure d'un multiplexeur peut être représentée par différents schémas, par exemple celui-ci :

Riz. 1 – Exemple de circuit multiplexeur spécifique

Le plus grand élément ici est un élément AND-OR avec quatre entrées. Les carrés avec des uns sont des inverseurs.

Regardons les conclusions. Celles de gauche, à savoir D0-D3, sont appelées entrées d'information. Des informations leur sont présentées qui doivent être sélectionnées. Les entrées A0-A1 sont appelées entrées d'adresse. C'est ici qu'est fourni le code binaire, qui détermine laquelle des entrées D0-D3 sera connectée à la sortie, désignée dans ce schéma par Oui. Entrée C – synchronisation, autorisation d'opération.

Le diagramme comporte également des entrées d'adresse avec inversion. Il s’agit de rendre l’appareil plus polyvalent.

La figure montre, comme on l'appelle aussi, un multiplexeur 4X1. Comme nous le savons, le nombre de nombres binaires différents qu'un code peut spécifier est déterminé par le nombre de bits du code comme 2 n, où n est le nombre de bits. Vous devez définir 4 états du multiplexeur, ce qui signifie qu'il doit y avoir 2 bits dans le code d'adresse (2 2 = 4).

Pour expliquer le principe de fonctionnement de ce circuit, regardons sa table de vérité :

C'est ainsi que le code binaire sélectionne l'entrée souhaitée. Par exemple, nous avons quatre objets et ils envoient des signaux, mais nous n’avons qu’un seul périphérique d’affichage. Nous prenons un multiplexeur. En fonction du code binaire, un signal provenant de l'objet souhaité est connecté au dispositif d'affichage.

Le multiplexeur est désigné par le microcircuit comme suit :

Riz. 2 – Multiplexeur comme ISS

Démultiplexeur- un dispositif inverse du multiplexeur. Autrement dit, le démultiplexeur possède une entrée et plusieurs sorties. Le code binaire détermine quelle sortie sera connectée à l'entrée.

Autrement dit, démultiplexeur est un appareil qui échantillonne l'une de ses nombreuses sorties et la connecte à son entrée, ou bien c'est un commutateur de signal contrôlé par code binaire et ayant une entrée et plusieurs sorties.

La sortie dont le numéro correspond à l'état du code binaire est connectée à l'entrée. Et une définition privée : démultiplexeur est un appareil qui convertit le code série en parallèle.

Généralement utilisé comme démultiplexeur décrypteurs code binaire en code positionnel, dans lequel une entrée de déclenchement supplémentaire est introduite.

En raison de la similitude des circuits multiplexeurs et démultiplexeurs, la série CMOS comporte des microcircuits qui sont à la fois multiplexeur et démultiplexeur, selon le côté d'où les signaux sont fournis.

Par exemple, K561KP1, fonctionnant comme un commutateur 8x1 et un commutateur 1x8 (c'est-à-dire comme un multiplexeur et un démultiplexeur avec huit entrées ou sorties). De plus, dans les microcircuits CMOS, en plus de commuter des signaux numériques (0 ou 1 logique), il est possible de commuter des signaux analogiques.

En d'autres termes, il s'agit d'un commutateur de signal analogique contrôlé par un code numérique. De tels microcircuits sont appelés commutateurs. Par exemple, à l'aide d'un commutateur, vous pouvez commuter les signaux entrant dans l'entrée de l'amplificateur (sélecteur d'entrée). Considérez le circuit du sélecteur d'entrée UMZCH. Construisons-le à l'aide de bascules et d'un multiplexeur.

Riz. 3 - Sélecteur d'entrée

Alors, regardons le travail. Sur les déclencheurs du microcircuit DD1, un anneau comptoir le bouton appuie avec 2 chiffres (deux déclencheurs - 2 chiffres). À deux chiffres code binaire va aux entrées d'adresse D0-D1 de la puce DD2. La puce DD2 est un double commutateur à quatre canaux.

Conformément au code binaire aux sorties du microcircuit UN Et DANS les entrées A0-A3 et B0-B3 sont connectées respectivement. Les éléments R1, R2, C1 éliminent le rebond des contacts des boutons.

Chaîne de différenciation R3C2 met les bascules à zéro à la mise sous tension, la première entrée étant connectée à la sortie. Lorsque vous appuyez sur le bouton, le déclencheur DD1.1 passe à l'état de journal. 1 et la deuxième entrée est connectée à la sortie, etc. Les entrées sont énumérées dans un anneau, en commençant par la première.

D’un côté c’est simple, de l’autre c’est un peu gênant. Qui sait combien de fois le bouton a été appuyé après l'avoir allumé et quelle entrée est maintenant connectée à la sortie. Ce serait bien d'avoir un indicateur pour l'entrée connectée.

Rappelons-nous le décodeur à sept segments. Nous transférons le décodeur avec l'indicateur au circuit de commutation et connectons les deux premières entrées du décodeur (dans le schéma comme DD3), c'est-à-dire 1 et 2 (broches 7 et 1) aux sorties directes des déclencheurs DD1.1 DD1. 2 (broches 1 et 13) . Nous connectons les entrées du décodeur 4 et 8 (broches 2 et 6) au boîtier (c'est-à-dire que nous fournissons le 0 logique). L'indicateur affichera l'état du compteur d'anneaux, à savoir les chiffres de 0 à 3. Le chiffre 0 correspond à la première entrée, le 1 à la 2ème, etc.

Les multiplexeurs et démultiplexeurs appartiennent à la classe des dispositifs combinatoires conçus pour commuter des flux de données dans des lignes de communication à des adresses données. La plupart des données des systèmes numériques sont transmises directement via des fils et des traces sur des cartes de circuits imprimés. Il est souvent nécessaire de transmettre des signaux d'information binaires (ou analogiques dans les systèmes analogiques-numériques) de la source du signal aux consommateurs. Dans certains cas, il est nécessaire de transmettre des données sur de longues distances via des lignes téléphoniques, des câbles coaxiaux et optiques. Si toutes les données étaient transmises simultanément sur des lignes de communication parallèles, la longueur totale de ces câbles serait trop longue et trop coûteuse. Au lieu de cela, les données sont transmises sur un seul fil sous forme série et sont regroupées en données parallèles à l'extrémité de réception de cette ligne de communication unique. Les appareils utilisés pour connecter l'une des sources de données avec un numéro (adresse) donné à une ligne de communication sont appelés multiplexeurs. Les appareils utilisés pour connecter une ligne de communication à l'un des récepteurs d'informations avec une adresse spécifiée sont appelés démultiplexeurs. Les données parallèles de l'un des appareils numériques peuvent être converties en signaux d'informations série à l'aide d'un multiplexeur, qui sont transmis sur un seul fil. Aux sorties du démultiplexeur, ces signaux d'entrée série peuvent être regroupés en données parallèles.

Multiplexeurs

Le multiplexeur est utilisé pour combiner des flux numériques provenant de diverses sources en un seul flux de transport.– codeurs de compression, sorties d'autres multiplexeurs, sorties de récepteurs – décodeurs, etc. Les signaux entrants peuvent avoir une base de temps différente (c'est-à-dire qu'ils peuvent être générés avec des fréquences d'horloge légèrement différentes) et la tâche du multiplexeur est de former un flux asynchrone tout en conservant les informations de synchronisation de chacun des composants.

Le principe de fonctionnement d'un multiplexeur est basé sur les propriétés d'une mémoire tampon : les informations y sont écrites à une fréquence d'horloge et lues à une autre fréquence plus élevée. Si nous imaginons une chaîne de tampons connectés séquentiellement, synchronisés de telle manière que les salves d'impulsions de sortie ne se chevauchent pas dans le temps, ce sera un multiplexeur.

Le paramètre principal du multiplexeur est la vitesse de sortie du flux de transport, qui pour la plupart des modèles est de 55...60 Mbit/s. Il existe également des échantillons avec des vitesses allant jusqu'à 100 Mbit/s. Bien entendu, le débit réglé en sortie doit être au moins non inférieur à la somme des vitesses de tous les flux combinés. Le dépassement de la vitesse du flux de sortie est compensé par l'introduction de paquets nuls à la sortie du multiplexeur.

Un démultiplexeur est une unité fonctionnelle d'un ordinateur conçue pour commuter (commuter) le signal d'une seule entrée d'information D vers l'une des n sorties d'information. Le numéro de la sortie à laquelle la valeur du signal d'entrée est fournie à chaque cycle du temps informatique est déterminé par le code d'adresse A0, A1..., Am-1. Les entrées d'adresse m et les sorties d'informations n sont liées par la relation n2m. Un décodeur DC peut être utilisé comme démultiplexeur. Dans ce cas, le signal d'information est fourni à l'entrée d'autorisation E (de l'anglais Enable - Permission). Un démultiplexeur à porte avec une entrée d'information D, des entrées d'adresse A1, A0 et une entrée de porte C est illustré à la figure 2.1. Un démultiplexeur remplit la fonction inverse d'un multiplexeur. En relation avec les multiplexeurs et démultiplexeurs, le terme « sélecteurs de données » est également utilisé.

Les démultiplexeurs sont utilisés pour commuter des lignes individuelles et des bus multibits, convertissant le code série en parallèle. Comme un multiplexeur, un démultiplexeur comprend un décodeur d'adresses. Les signaux du décodeur contrôlent les portes logiques, permettant le transfert d'informations à travers une seule d'entre elles (Fig. 1.1)