Što je multiplekser, sklopovi i princip rada. Digitalni multiplekser: opis, namjena, vrste Primjena multipleksera

Računalni sklopovi koriste mnogo dijelova koji se pojedinačno čine beskorisnima (a u većini slučajeva i jesu). Ali kada se jednom sakupe u logičan sustav, pridržavajući se zakona fizike, mogu se pokazati jednostavno nezamjenjivima. Dobar primjer su multiplekseri i demultiplekseri. Imaju važnu ulogu u stvaranju komunikacijskih sustava. Multiplekser nije težak. A to ćete i sami vidjeti čitajući članak.

Što je multiplekser?

Multiplekser je uređaj koji odabire jedan od nekoliko ulaza i zatim ga spaja na njegov izlaz. Sve ovisi o stanju binarnog koda. Kao preklopnik signala koristi se multiplekser koji ima više ulaza i samo jedan izlaz. Mehanizam njegovog rada može se opisati sljedećom tablicom:

Slične tablice mogu se vidjeti pri učenju programiranja, točnije pri rješavanju problema logičkog izbora. Prvo, o analognom multiplekseru. Oni izravno povezuju ulaze i izlaze. Postoji optički multiplekser, koji je složeniji. Oni jednostavno kopiraju dobivene vrijednosti.

Što je demultipleksor?

Demultiplekser je uređaj s jednim ulazom i više izlaza. Što će biti povezano s onim što je određeno binarnim kodom. Da biste to učinili, čita se i izlaz, koji ima traženu vrijednost, povezuje se s ulazom. Kao što vidite, ovi uređaji ne moraju nužno raditi u paru za puni rad, a svoje su ime dobili zbog funkcionalnosti koju obavljaju.

Multipleksni sklop

Pogledajmo sklop multipleksera. Najveći dio je element I-ILI. Može imati različit broj ulaza, u rasponu od dva teoretski do beskonačno. Ali u pravilu se ne izrađuju za više od 8 ulaza. Svaki pojedinačni ulaz naziva se pretvarač. Oni s lijeve strane nazivaju se informacijama. U sredini se nalaze adresabilni ulazi. Desno se obično spaja element koji određuje hoće li sam multiplekser raditi. Ovo se može nadopuniti inverzijskim unosom. Da bi se pismeno označio broj ulaza i da bi se pokazalo da je ovo multiplekser, koriste se unosi ove vrste: “1*2”. Pod jedinicom mislimo na broj pinova koji ulaze u trojku. Dva se koristi za označavanje izlaza i obično je jednak 1. Ovisno o broju adresabilnih ulaza, određuje se koji bit će imati multiplekser, au 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 multiplekser razlika u broju ulaza i izlaza dva odnosno tri, tada se kaže da su potpuni. Kod niže vrijednosti oni su nepotpuni. Ovaj uređaj ima multipleksor. Dijagram je dodatno prikazan u obliku slike kako biste imali najpotpuniju predodžbu o njegovoj strukturi.

Demultipleksni sklop

Za prebacivanje kanala, demultipleksori koriste samo logičke elemente "I". Imajte na umu da se CMOS čipovi često izrađuju pomoću tranzistorskih sklopki s efektom polja. Stoga se koncept demultipleksora ne odnosi na njih. Je li 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. Demultipleksori izvode logičke funkcije s jednim operandom (s jednim ulazom, jedinstveno), koje imaju značajan broj mogućih opcija odgovora na signal.

Vrste multipleksera

U osnovi, postoje samo dvije vrste multipleksera:

Terminal. Ovaj tip multipleksera nalazi se na krajevima komunikacijske linije kojom se prenose neki podaci.
I/O. Koriste se kao alati koji se postavljaju u razmak komunikacijske linije za uklanjanje nekoliko kanala informacija iz općeg protoka. Na ovaj način izbjegava se potreba za ugradnjom terminalskih multipleksera koji su skuplji mehanizmi.

Cijena multipleksera

Vrijedno je napomenuti da multiplekseri nisu jeftino zadovoljstvo. Najjeftiniji u ovom trenutku košta više od 12 tisuća rubalja, gornja granica je 270 000. Ali čak i po takvim cijenama, oni su još uvijek gotovo uvijek isplativiji od postavljanja nove linije. Ali takva korist postoji samo ako postoji kvalificirano osoblje koje može pravilno obaviti cijeli opseg posla i ispravno instalirati multipleksor. Cijena se može neznatno povećati ako nema stručnjaka s punim radnim vremenom. Ali uvijek se mogu angažirati u specijaliziranim tvrtkama.

Multipleksiranje

Multipleksiranje signala provodi se zbog značajnih troškova samih komunikacijskih kanala, kao i zbog troškova njihovog održavanja. Štoviše, s čisto fizičke točke gledišta, ono što je sada dostupno ne koristi se u punom potencijalu. Instaliranje multipleksera za rad u sustavu isplativije je u novčanom smislu od organiziranja novog kanala. Osim toga, morate potrošiti manje vremena na ovaj proces, što također podrazumijeva određene materijalne koristi.

U ovom članku ćemo se upoznati s principom rada frekvencijskog multipleksiranja. S njim se posebno dodjeljuje zaseban frekvencijski raspon za svaki dolazni tok u zajedničkom komunikacijskom kanalu. A multiplekser ima zadatak prenijeti spektar svakog dolaznog spektra u različiti raspon vrijednosti. To je učinjeno kako bi se uklonila mogućnost križanja različitih kanala. Kako jedni drugima ne bi predstavljali smetnju čak i kad prelaze zadane granice, koriste se tehnologijom zaštitnih intervala. Sastoji se u ostavljanju određene frekvencije između svakog kanala, koja će apsorbirati utjecaj kvarova i neće utjecati na cjelokupno stanje sustava. FDMA multipleksiranje može se koristiti u optičkim i električnim komunikacijskim linijama.

Ograničeni resursi stvorili su priliku za poboljšanje mehanizma. Krajnji rezultat bio je proces nazvan "vremensko multipleksiranje". S ovim mehanizmom, kratko vremensko razdoblje se dodjeljuje u općem toku velike brzine za prijenos jednog ulaznog signala. Ali ovo nije jedina mogućnost implementacije. Također može biti da je određeni dio vremena dodijeljen, koji se ciklički ponavlja u danom intervalu. Općenito, multiplekser se u tim slučajevima suočava sa zadatkom da osigura ciklički pristup mediju za prijenos podataka, koji mora biti otvoren za dolazne tokove u kratkim intervalima.

Zaključak

Multiplekser je nešto što proširuje komunikacijske mogućnosti. U članku su analizirani uređaji koji se koriste za prijenos podataka, a koji omogućuju značajne uštede na ovoj troškovnoj stavci. Također je ukratko prikazana njihova shematska struktura te koncept multipleksiranja, njegove značajke i primjena. Dakle, pregledali smo teorijski okvir. Trebat će vam da prijeđete na praksu ako želite istražiti multipleksere i demultipleksere.

Digitalni multiplekser je logički kombinirani uređaj koji je dizajniran za kontrolirani prijenos informacija iz više izvora podataka na izlazni kanal. U biti, ovaj uređaj je niz digitalnih prekidača položaja. Ispada da je digitalni multipleksor sklopka ulaznih signala u jednu izlaznu liniju.

Ovaj uređaj ima tri grupe ulaza:

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

U proizvedenim digitalnim multiplekserima postoji najviše 16 informacijskih ulaza. Ako projektirani uređaj zahtijeva veći broj, tada se struktura tzv. stabla multipleksera gradi od nekoliko čipova.

Digitalni multiplekser može se koristiti za sintetiziranje gotovo bilo kojeg logičkog uređaja, čime se značajno smanjuje broj logičkih elemenata koji se koriste u krugovima.

Pravila za sintezu uređaja temeljenih 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 multipleksera;
potrebno je superponirati dobivenu matricu na Karnaughovu kartu;
nakon toga, funkcija se minimizira zasebno za svako područje matrice;
Na temelju rezultata minimizacije potrebno je konstruirati strujni krug.

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

Fleksibilni multiplekseri dizajnirani su za generiranje digitalnih tokova (primarni) brzinom od 2048 kbit/s iz (govora), kao i podataka iz digitalnih sučelja križnog povezivanja elektroničkih kanala brzinom od 64 kbit/s, prijenos digitalnih strujanje preko IP/Ethernet mreže i za pretvaranje linearne signalizacije i fizičkih spojeva.

Pomoću takvog uređaja možete spojiti do 60 (u nekim modelima ova brojka može biti i više) analognih završetaka u 1 ili 2 ili 128 skupova pretplatnika za četiri E1 toka. Tipično, analogni završeci su TC linije koje imaju unutarpojasnu signalizaciju ili je signalizacija implementirana na zasebnom kanalu. Podaci glasovnog kanala mogu se komprimirati na 32 ili 16 kbit/s po kanalu korištenjem ADPCM kodiranja.

Fleksibilni multiplekseri omogućuju korištenje broadcast veza, odnosno prijenos signala s jednog od digitalnih ili analognih kanala na više drugih. Često se koristi za opskrbu radijskih programa istovremeno na nekoliko različitih točaka.

Optički multiplekseri su uređaji dizajnirani za rad s tokovima podataka pomoću svjetlosnih zraka koje se razlikuju po amplitudi ili fazi, kao i valnoj duljini. Prednosti takvih uređaja su otpornost na vanjske utjecaje, tehnička sigurnost i zaštita od hakiranja prenesenih informacija.

Multiplekser je kombinirani digitalni uređaj, osiguravajući alternativni prijenos nekoliko ulaznih signala na jedan izlaz. Omogućuje prijenos (prebacivanje) signala sa željenog ulaza na izlaz; u ovom slučaju odabir potrebnog ulaza ostvaruje se određenom kombinacijom upravljačkih signala. Broj multipleksnih ulaza obično se naziva broj kanala, oni mogu biti od 2 do 16, a broj izlaza naziva se multipleksni bitovi, obično 1 - 4.

Prema načinu prijenosa signala, multiplekseri se dijele na:

- analogni;

- digitalni.

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

Princip rada multipleksera

Općenito, princip rada multipleksera može se objasniti na primjeru sklopke koja povezuje ulaze s izlazom uređaja. Rad sklopke osiguran je na temelju upravljačkog kruga u kojem se nalaze adresni i omogućilni ulazi. Signali s adresnih ulaza pokazuju koji je informacijski kanal spojen na izlaz. Permisivni ulazi koriste se za povećanje mogućnosti - povećanje kapaciteta bita, sinkronizaciju s radom drugih mehanizama itd. Za stvaranje upravljačkog kruga multipleksera obično se koristi adresni dekoder.

Područje primjene multipleksera

Multiplekseri su dizajnirani za korištenje kao univerzalni logički element pri implementaciji bilo koje funkcije, čiji je broj jednak broju adresnih ulaza. Široko se koriste u svrhu prespajanja pojedinačnih autobusa, odlaznih linija ili njihovih skupina. U mikroprocesorskim sustavima instalirani su na udaljenim objektima kako bi se implementirala mogućnost prijenosa informacija preko jedne linije od nekoliko senzora koji se nalaze na udaljenoj udaljenosti jedan od drugog. Također, multiplekseri u projektiranju sklopova koriste se u razdjelnicima frekvencije, pri stvaranju sklopova za usporedbu, brojača, generatora kodova itd., za transformaciju paralelnog binarnog koda u serijski.

Broj kanala multipleksera koje danas proizvodi domaća industrija obično je 4, 6, 10 i 16. Za izgradnju sklopova s većim brojem ulaza koristi se takozvani krug kaskadnog stabla, koji vam omogućuje stvaranje uređaja s proizvoljnim broj ulaznih linija na temelju komercijalno proizvedenih multipleksera.

3.7. Multiplekseri i demultiplekseri

Multipleksor je uređaj koji uzorkuje jedan od nekoliko ulaza i spaja ga na svoj pojedinačni izlaz, ovisno o stanju binarnog koda. Drugim riječima, multiplekser je signalni prekidač kojim upravlja binarni kod i ima nekoliko ulaza i jedan izlaz. Na izlaz je spojen ulaz čiji broj odgovara kontrolnom binarnom kodu.

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

Struktura multipleksera može se prikazati različitim shemama, na primjer, ovom:

Riža. 1 – Primjer specifičnog sklopa multipleksera

Najveći element ovdje je I-ILI element sa četiri ulaza. Kvadrati s jedinicama su inverteri.

Pogledajmo zaključke. Oni s lijeve strane, naime D0-D3, zovu se informacijski ulazi. Prikazuju im se informacije koje se moraju odabrati. Ulazi A0-A1 nazivaju se adresni ulazi. Ovo je mjesto gdje se isporučuje binarni kod, koji određuje koji će od ulaza D0-D3 biti spojen na izlaz, označen u ovom dijagramu kao Y. Ulaz C – sinkronizacija, radna dozvola.

Dijagram također ima adresne ulaze s inverzijom. Ovo je kako bi uređaj bio svestraniji.

Slika prikazuje, kako se još naziva, 4X1 multiplekser. Kao što znamo, broj različitih binarnih brojeva koje kod može odrediti određen je brojem bitova koda kao 2 n, gdje je n broj bitova. Morate postaviti 4 stanja multipleksera, što znači da bi adresni kod trebao imati 2 bita (2 2 = 4).

Kako bismo objasnili princip rada ovog kruga, pogledajmo njegovu tablicu istinitosti:

Ovako binarni kod odabire željeni ulaz. Na primjer, imamo četiri objekta i oni šalju signale, ali imamo jedan uređaj za prikaz. Uzimamo multipleksor. Ovisno o binarnom kodu, na uređaj za prikaz spojen je signal željenog objekta.

Multipleksor je označen mikrokrugom na sljedeći način:

Riža. 2 – Multipleksor poput ISS-a

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

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

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

Obično se koristi kao demultipleksor dekriptori binarni kod u položajni kod, u koji se uvodi dodatni ulaz za usmjeravanje.

Zbog sličnosti sklopova multipleksera i demultipleksera, serije CMOS imaju mikrosklopove koji su istovremeno multiplekser i demultiplekser, ovisno s koje strane se dovode signali.

Na primjer, K561KP1, koji radi kao prekidač 8x1 i prekidač 1x8 (to jest, kao multiplekser i demultiplekser s osam ulaza ili izlaza). Osim toga, u CMOS mikrosklopovima, osim prebacivanja digitalnih signala (logičke 0 ili 1), moguće je prebacivanje analognih.

Drugim riječima, to je prekidač analognog signala kojim upravlja digitalni kod. Takvi mikro krugovi nazivaju se sklopke. Na primjer, pomoću prekidača možete mijenjati signale koji ulaze na ulaz pojačala (selektor ulaza). Razmotrite krug selektora ulaza UMZCH. Napravimo ga pomoću japanki i multipleksera.

Riža. 3 - Izbornik ulaza

Dakle, pogledajmo rad. Na okidačima DD1 mikro kruga, prsten brojač pritisci gumba s 2 znamenke (dva okidača - 2 znamenke). Dvoznamenkasti binarni kod ide na adresne ulaze D0-D1 DD2 čipa. DD2 čip je dvostruki četverokanalni prekidač.

U skladu s binarnim kodom na izlaze mikrosklopa A I U spojeni su ulazi A0-A3 i B0-B3. Elementi R1, R2, C1 eliminiraju poskakivanje kontakata gumba.

Diferencijacijski lanac R3C2 postavlja flip-flopove na nulu kada je napajanje uključeno, s prvim ulazom spojenim na izlaz. Kada pritisnete gumb, okidač DD1.1 prelazi u stanje zapisnika. 1, a drugi ulaz je spojen na izlaz, itd. Ulazi su numerirani u prstenu, počevši od prvog.

S jedne strane je jednostavno, s druge malo nezgodno. Tko zna koliko je puta pritisnuta tipka nakon paljenja i koji je sada ulaz spojen na izlaz. Bilo bi lijepo imati indikator za spojeni ulaz.

Sjetimo se dekodera od sedam segmenata. Prebacujemo dekoder s indikatorom u krug sklopke i povezujemo prva dva ulaza dekodera (na dijagramu kao DD3), tj. 1 i 2 (pinovi 7 i 1) na izravne izlaze okidača DD1.1 DD1. 2 (pinovi 1 i 13) . Spojimo ulaze dekodera 4 i 8 (pinovi 2 i 6) na kućište (tj. dovodimo logičku 0). Indikator će pokazati status brojača zvona, odnosno brojeve od 0 do 3. Broj 0 odgovara prvom unosu, 1 drugom, itd.

Multiplekseri i demultiplekseri pripadaju klasi kombinacijskih uređaja koji su dizajnirani za prebacivanje tokova podataka u komunikacijskim linijama na danim adresama. Većina podataka u digitalnim sustavima prenosi se izravno preko žica i tragova na tiskanim pločama. Često postoji potreba za prijenosom informacijskih binarnih signala (ili analognih u analogno-digitalnim sustavima) od izvora signala do potrošača. U nekim slučajevima potrebno je prenositi podatke na velike udaljenosti putem telefonskih linija, koaksijalnih i optičkih kabela. Kad bi se svi podaci istovremeno prenosili preko paralelnih komunikacijskih linija, ukupna duljina takvih kabela bila bi predugačka i preskupi. Umjesto toga, podaci se prenose jednom žicom u serijskom obliku i grupiraju se u paralelne podatke na prijemnom kraju te jedne komunikacijske linije. Uređaji koji se koriste za povezivanje jednog od izvora podataka s određenim brojem (adresom) na komunikacijsku liniju nazivaju se multiplekseri. Uređaji koji se koriste za povezivanje komunikacijske linije s jednim od prijamnika informacija s određenom adresom nazivaju se demultiplekseri. Paralelni podaci iz jednog od digitalnih uređaja mogu se pomoću multipleksera pretvoriti u serijske informacijske signale koji se prenose jednom žicom. Na izlazima demultipleksera, ti serijski ulazni signali mogu se ponovno grupirati u paralelne podatke.

Multiplekseri

Multiplekser se koristi za kombiniranje digitalnih tokova iz različitih izvora u jedan prijenosni tok.– kompresijski enkoderi, izlazi drugih multipleksera, izlazi prijamnika – dekodera itd. Dolazni signali mogu imati drugačiju vremensku bazu (to jest, mogu se generirati s malo drugačijim taktnim frekvencijama), a zadatak multipleksera je formiranje asinkronog toka uz održavanje sinkronizirajuće informacije svake od komponenti.

Princip rada multipleksera temelji se na svojstvima memorijskog međuspremnika - informacije se u njega upisuju na jednoj frekvenciji takta, a čitaju na drugoj, višoj frekvenciji. Ako zamislimo lanac sekvencijalno povezanih međuspremnika, sinkroniziranih na takav način da se izlazni nizovi impulsa ne preklapaju u vremenu, to će biti multiplekser.

Glavni parametar multipleksera je izlazna brzina prijenosnog toka, koja za većinu modela iznosi 55 ... 60 Mbit / s. Tu su i uzorci s brzinama do 100 Mbit/s. Naravno, brzina protoka postavljena na izlazu ne smije biti niža od zbroja brzina svih kombiniranih protoka. Prekoračenje brzine izlaznog toka kompenzira se uvođenjem nultih paketa na izlazu multipleksera.

Demultipleksor je funkcionalna jedinica računala namijenjena za prebacivanje (prebacivanje) signala jednog informacijskog ulaza D na jedan od n informacijskih izlaza. Broj izlaza na koji se dovodi vrijednost ulaznog signala u svakom ciklusu računalnog 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 demultipleksor. U ovom slučaju, informacijski signal se dovodi na ulaz dopuštenja E (od engleskog enable - dopuštenje). Gated demultiplekser s informacijskim ulazom D, adresnim ulazima A1, A0 i ulazom vrata C prikazan je na slici 2.1. Demultiplekser obavlja inverznu funkciju multipleksera. U odnosu na multipleksere i demultipleksere, također se koristi izraz "selektori podataka".

Demultiplekseri se koriste za prebacivanje pojedinačnih linija i višebitnih sabirnica, pretvarajući serijski kod u paralelni. Poput multipleksera, demultiplekser uključuje adresni dekoder. Signali dekodera kontroliraju logička vrata, dopuštajući prijenos informacija kroz samo jedan od njih (Sl. 1.1)