Apa itu multiplexer, rangkaian dan prinsip operasi. Multiplexer digital: deskripsi, tujuan, jenis Penerapan multiplexer

Sirkuit komputer menggunakan banyak bagian yang tampaknya tidak berguna (dan dalam banyak kasus, memang demikian). Namun begitu mereka dikumpulkan ke dalam sistem logis, mengikuti hukum fisika, mereka menjadi tak tergantikan. Contoh yang baik adalah multiplexer dan demultiplexer. Mereka memainkan peran penting dalam penciptaan sistem komunikasi. Multiplexer tidaklah sulit. Dan Anda akan melihatnya sendiri dengan membaca artikel tersebut.

Apa itu multiplekser?

Multiplekser adalah perangkat yang memilih salah satu dari beberapa masukan dan kemudian menghubungkannya ke keluarannya. Itu semua tergantung pada keadaan kode biner. Multiplekser digunakan sebagai pengalih sinyal yang memiliki banyak masukan dan hanya satu keluaran. Mekanisme kerjanya dapat dijelaskan pada tabel berikut:

Tabel serupa dapat dilihat ketika mempelajari pemrograman, dan lebih khusus lagi, ketika memecahkan masalah pilihan logis. Pertama, tentang multiplexer analog. Mereka menghubungkan input dan output secara langsung. Ada multiplexer optik, yang lebih kompleks. Mereka hanya menyalin nilai yang dihasilkan.

Apa itu demultiplexer?

Demultiplexer adalah perangkat dengan satu masukan dan banyak keluaran. Apa yang akan dihubungkan dengan apa yang ditentukan oleh kode biner. Untuk melakukan ini, itu dibaca dan output yang memiliki nilai yang diperlukan dihubungkan ke input. Seperti yang Anda lihat, perangkat ini tidak harus beroperasi berpasangan untuk pengoperasian penuh, dan mendapatkan namanya karena fungsionalitas yang dijalankannya.

Rangkaian multiplekser

Mari kita lihat rangkaian multiplexer. Bagian terbesarnya adalah elemen AND-OR. Ini dapat memiliki jumlah input yang berbeda, mulai dari dua dan secara teoritis hingga tak terbatas. Namun, sebagai aturan, mereka tidak dibuat untuk lebih dari 8 masukan. Setiap masukan individu disebut inverter. Yang di sebelah kiri disebut informasi. Di tengah ada input yang dapat dialamatkan. Sebuah elemen biasanya terhubung ke kanan, yang menentukan apakah multiplexer itu sendiri akan berfungsi. Ini dapat dilengkapi dengan masukan inversi. Untuk menunjukkan secara tertulis jumlah input dan untuk menunjukkan bahwa ini adalah multiplekser, digunakan entri jenis ini: “1*2”. Yang kami maksud dengan satuan adalah jumlah pin yang menjadi triple. Dua digunakan untuk menunjukkan keluaran dan biasanya sama dengan 1. Bergantung pada jumlah masukan yang dapat dialamatkan, ditentukan bit apa yang dimiliki multiplekser, dan dalam hal ini rumus yang digunakan: 2 n. Alih-alih n, cukup gantikan nilai yang diperlukan. Dalam hal ini, 2 2 = 4. Jika untuk multiplexer biner atau ternary selisih jumlah input dan output masing-masing adalah dua dan tiga, maka dikatakan lengkap. Pada nilai yang lebih rendah, mereka tidak lengkap. Perangkat ini memiliki multiplekser. Diagram juga disajikan dalam bentuk gambar sehingga Anda memiliki gambaran paling lengkap tentang strukturnya.

Rangkaian demultiplekser

Untuk peralihan saluran, demultiplexer hanya menggunakan elemen logika “DAN”. Ingatlah bahwa chip CMOS sering kali dibuat menggunakan sakelar transistor efek medan. Oleh karena itu, konsep demultiplexer tidak berlaku untuk mereka. Mungkinkah membuat satu perangkat dapat mengubah propertinya menjadi properti yang berlawanan secara diametral? Ya, jika Anda menukar keluaran dan masukan informasi, sehingga awalan “de-” dapat ditambahkan ke nama “multiplexer”. Dalam tujuannya, mereka mirip dengan decryptor. Terlepas dari perbedaan yang ada, kedua perangkat di sirkuit mikro domestik ditandai dengan huruf yang sama - ID. Demultiplexer menjalankan fungsi logika operan tunggal (input tunggal, kesatuan), yang memiliki sejumlah besar kemungkinan opsi respons terhadap suatu sinyal.

Jenis multiplekser

Pada dasarnya, hanya ada dua jenis multiplexer:

Terminal. Multiplexer jenis ini terletak di ujung jalur komunikasi yang melaluinya beberapa data dikirimkan.
masukan/keluaran. Mereka digunakan sebagai alat yang dipasang di celah jalur komunikasi untuk menghilangkan beberapa saluran informasi dari aliran umum. Dengan cara ini, kebutuhan untuk memasang terminal multiplexer, yang merupakan mekanisme yang lebih mahal, dapat dihindari.

Biaya multiplexer

Perlu dicatat bahwa multiplexer bukanlah kesenangan yang murah. Yang termurah saat ini harganya lebih dari 12 ribu rubel, batas atasnya adalah 270.000.Tetapi bahkan dengan harga seperti itu, mereka hampir selalu lebih menguntungkan daripada memasang jalur baru. Namun manfaat seperti itu hanya ada jika ada personel berkualifikasi yang dapat melakukan seluruh lingkup pekerjaan dengan baik dan memasang multiplekser dengan benar. Harganya mungkin sedikit naik jika tidak ada spesialis penuh waktu. Tapi mereka selalu bisa dipekerjakan di perusahaan khusus.

Multipleksing

Multiplexing sinyal dilakukan karena biaya saluran komunikasi itu sendiri yang signifikan, serta biaya pemeliharaannya. Apalagi jika dilihat dari segi fisik saja, apa yang tersedia saat ini belum dimanfaatkan secara maksimal. Memasang multiplekser untuk bekerja dalam sistem lebih menguntungkan secara moneter daripada mengatur saluran baru. Selain itu, Anda harus menghabiskan lebih sedikit waktu untuk proses ini, yang juga menyiratkan keuntungan materi tertentu.

Pada artikel ini, kita akan mengenal prinsip pengoperasian multiplexing frekuensi. Dengan itu, rentang frekuensi terpisah dialokasikan secara khusus untuk setiap aliran masuk dalam saluran komunikasi umum. Dan multiplexer bertugas mentransfer spektrum dari setiap spektrum yang masuk ke rentang nilai yang berbeda. Hal ini dilakukan untuk menghilangkan kemungkinan perlintasan saluran yang berbeda. Untuk mencegah mereka menjadi penghalang satu sama lain bahkan ketika melampaui batas yang ditentukan, mereka menggunakan teknologi interval perlindungan. Ini terdiri dari meninggalkan frekuensi tertentu di antara setiap saluran, yang akan menyerap dampak kegagalan fungsi dan tidak akan mempengaruhi kondisi sistem secara keseluruhan. Multiplexing FDMA dapat digunakan pada jalur komunikasi optik dan listrik.

Keterbatasan sumber daya menciptakan peluang untuk memperbaiki mekanisme. Hasil akhirnya adalah proses yang disebut “time multiplexing.” Dengan mekanisme ini, periode waktu singkat dialokasikan dalam aliran berkecepatan tinggi secara umum untuk transmisi satu sinyal input. Namun ini bukan satu-satunya pilihan implementasi. Mungkin juga ada bagian waktu tertentu yang diberikan, yang diulangi secara siklis pada interval tertentu. Secara umum, multiplexer dalam kasus ini dihadapkan pada tugas menyediakan akses siklik ke media transmisi data, yang harus terbuka terhadap aliran masuk dalam interval pendek.

Kesimpulan

Multiplexer adalah sesuatu yang memperluas kemampuan komunikasi. Artikel tersebut membahas perangkat yang digunakan untuk transmisi data, yang memungkinkan penghematan signifikan pada item pengeluaran ini. Struktur skema dan konsep multiplexing, fitur dan penerapannya juga ditinjau secara singkat. Jadi, kami telah meninjau kerangka teoritis. Anda akan membutuhkannya untuk melanjutkan latihan jika Anda ingin mempelajari multiplexer dan demultiplexer.

Multiplexer digital adalah perangkat gabungan logis yang dirancang untuk transmisi informasi terkontrol dari beberapa sumber data ke saluran keluaran. Intinya, perangkat ini adalah serangkaian saklar posisi digital. Ternyata multiplexer digital adalah peralihan sinyal input menjadi satu jalur output.

Perangkat ini memiliki tiga kelompok input:

alamat yang menentukan masukan informasi mana yang perlu dihubungkan ke keluaran;
informasional;
penyelesaian (strobo).

Dalam multiplexer digital yang diproduksi, terdapat maksimal 16 input informasi. Jika perangkat yang dirancang memerlukan jumlah yang lebih besar, maka struktur yang disebut pohon multiplexer dibangun dari beberapa chip.

Multiplekser digital dapat digunakan untuk mensintesis hampir semua perangkat logika, sehingga secara signifikan mengurangi jumlah elemen logika yang digunakan dalam rangkaian.

Aturan untuk sintesis perangkat berdasarkan multiplexer:

peta Karnaugh dibuat untuk fungsi keluaran (berdasarkan nilai fungsi variabel);
urutan penggunaan dalam rangkaian multiplexer dipilih;
matriks masking dibangun, yang harus sesuai dengan urutan multiplexer yang digunakan;
matriks yang dihasilkan perlu ditumpangkan pada peta Karnaugh;
setelah itu, fungsinya diminimalkan secara terpisah untuk setiap area matriks;
Berdasarkan hasil minimalisasi tersebut maka perlu dibuat suatu rangkaian.

Sekarang mari kita beralih dari teori ke praktik. Mari kita pertimbangkan di mana perangkat tersebut digunakan.

Multiplexer fleksibel dirancang untuk menghasilkan aliran digital (primer) dengan kecepatan 2048 kbit/s dari (ucapan), serta data dari antarmuka digital koneksi silang saluran elektronik dengan kecepatan 64 kbit/s, mentransmisikan digital streaming melalui jaringan IP/Ethernet dan untuk mengubah sinyal linier dan sambungan fisik.

Dengan menggunakan perangkat seperti itu, Anda dapat menghubungkan hingga 60 (dalam beberapa model angka ini mungkin lebih banyak) terminasi analog menjadi 1 atau 2 atau 128 set pelanggan untuk empat aliran E1. Biasanya, terminasi analog adalah jalur TC yang memiliki sinyal in-band, atau sinyal diimplementasikan pada saluran terpisah. Data saluran suara dapat dikompresi hingga 32 atau 16 kbit/s per saluran menggunakan pengkodean ADPCM.

Multiplexer fleksibel memungkinkan penggunaan koneksi siaran, yaitu transmisi sinyal dari salah satu saluran digital atau analog ke beberapa saluran lainnya. Sering digunakan untuk menyuplai program siaran radio secara bersamaan ke beberapa titik berbeda.

Multiplexer optik adalah perangkat yang dirancang untuk bekerja dengan aliran data menggunakan berkas cahaya yang berbeda dalam amplitudo atau fase, serta panjang gelombang. Keuntungan dari perangkat tersebut termasuk ketahanan terhadap pengaruh eksternal, keamanan teknis, dan perlindungan terhadap peretasan informasi yang dikirimkan.

Multiplexer adalah perangkat digital gabungan, menyediakan transmisi alternatif beberapa sinyal masukan ke satu keluaran. Ini memungkinkan Anda untuk mengirimkan (mengalihkan) sinyal dari input yang diinginkan ke output, dalam hal ini, pemilihan input yang diperlukan diwujudkan dengan kombinasi sinyal kontrol tertentu. Banyaknya masukan multipleks biasanya disebut jumlah saluran, bisa dari 2 sampai 16, dan jumlah keluaran disebut bit multiplekser, biasanya 1 - 4.

Berdasarkan metode transmisi sinyalnya, multiplexer dibagi menjadi:

- analog;

- digital.

Jadi, perangkat analog menggunakan sambungan listrik langsung untuk menghubungkan input ke output, dalam hal ini resistansinya berada di urutan beberapa unit - puluhan Ohm. Oleh karena itu mereka disebut sakelar atau kunci. Perangkat digital (diskrit) tidak memiliki sambungan listrik langsung antara input dan output; mereka hanya menyalin sinyal – “0” atau “1” – ke output.

Prinsip pengoperasian multiplekser

Secara umum prinsip pengoperasian multiplexer dapat dijelaskan dengan menggunakan contoh saklar yang menghubungkan input ke output suatu perangkat. Pengoperasian sakelar dipastikan berdasarkan sirkuit kontrol yang di dalamnya terdapat input alamat dan input pengaktifan. Sinyal dari input alamat menunjukkan saluran informasi mana yang terhubung ke output. Input permisif digunakan untuk meningkatkan kemampuan - meningkatkan kapasitas bit, menyinkronkan dengan pengoperasian mekanisme lain, dll. Untuk membuat rangkaian kontrol multiplekser, biasanya digunakan dekoder alamat.

Lingkup penerapan multiplexer

Multiplexer dirancang untuk digunakan sebagai elemen logika universal dalam implementasi fungsi apa pun, yang jumlahnya sama dengan jumlah input alamat. Mereka banyak digunakan untuk tujuan perpindahan bus individu, jalur keluar atau kelompoknya. Dalam sistem mikroprosesor, mereka dipasang pada objek jarak jauh untuk mewujudkan kemungkinan transmisi informasi melalui satu saluran dari beberapa sensor yang terletak pada jarak yang jauh satu sama lain. Selain itu, multiplexer dalam desain sirkuit digunakan dalam pembagi frekuensi, saat membuat sirkuit perbandingan, penghitung, generator kode, dll., untuk mengubah kode biner paralel menjadi kode serial.

Jumlah saluran multiplekser yang diproduksi oleh industri dalam negeri saat ini biasanya 4, 6, 10 dan 16. Untuk membangun rangkaian dengan jumlah input yang lebih banyak, digunakan apa yang disebut rangkaian pohon kaskade, yang memungkinkan Anda membuat perangkat dengan jumlah input yang sewenang-wenang. jumlah jalur input berdasarkan multiplexer yang diproduksi secara komersial.

3.7. Multiplexer dan demultiplexer

Multiplekser adalah perangkat yang mengambil sampel salah satu dari beberapa masukan dan menghubungkannya ke keluaran tunggal, bergantung pada status kode biner. Dengan kata lain, multiplekser adalah saklar sinyal yang dikendalikan oleh kode biner dan memiliki beberapa masukan dan satu keluaran. Input yang nomornya sesuai dengan kode biner kontrol dihubungkan ke output.

Nah, definisi pribadi: multiplekser adalah perangkat yang mengubah kode paralel menjadi kode serial.

Struktur multiplexer dapat direpresentasikan dengan berbagai skema, misalnya:

Beras. 1 – Contoh rangkaian multiplekser tertentu

Elemen terbesar di sini adalah elemen AND-OR dengan empat masukan. Kotak dengan satu adalah inverter.

Mari kita lihat kesimpulannya. Yang sebelah kiri yaitu D0-D3 disebut masukan informasi. Mereka disuguhkan informasi yang harus diseleksi. Input A0-A1 disebut input alamat. Di sinilah kode biner diberikan, yang menentukan input mana D0-D3 yang akan dihubungkan ke output, yang ditunjuk dalam diagram ini sebagai Y. Masukan C – sinkronisasi, izin pengoperasian.

Diagram juga memiliki input alamat dengan inversi. Hal ini untuk membuat perangkat lebih serbaguna.

Gambar tersebut menunjukkan, demikian juga disebut, multiplekser 4X1. Seperti yang kita ketahui, jumlah bilangan biner berbeda yang dapat ditentukan oleh suatu kode ditentukan oleh jumlah bit kode sebagai 2 n, dimana n adalah jumlah bit. Anda perlu menyetel 4 status multiplekser, yang berarti harus ada 2 bit dalam kode alamat (2 2 = 4).

Untuk menjelaskan prinsip pengoperasian rangkaian ini, mari kita lihat tabel kebenarannya:

Beginilah cara kode biner memilih masukan yang diinginkan. Misalnya, kita memiliki empat objek, dan objek tersebut mengirimkan sinyal, namun kita memiliki satu perangkat tampilan. Kami mengambil multiplekser. Tergantung pada kode binernya, sinyal dari objek yang diinginkan dihubungkan ke perangkat tampilan.

Multiplexer ditunjuk oleh sirkuit mikro sebagai berikut:

Beras. 2 – Multiplekser seperti ISS

Demultiplexer- perangkat kebalikan dari multiplexer. Artinya, demultiplexer mempunyai satu masukan dan banyak keluaran. Kode biner menentukan keluaran mana yang akan dihubungkan ke masukan.

Dengan kata lain, demultiplexer adalah perangkat yang mengambil sampel salah satu dari beberapa keluarannya dan menghubungkannya ke masukannya, atau itu adalah saklar sinyal yang dikendalikan oleh kode biner dan memiliki satu masukan dan beberapa keluaran.

Output yang nomornya sesuai dengan keadaan kode biner dihubungkan ke input. Dan definisi pribadi: demultiplexer adalah perangkat yang mengubah kode serial menjadi paralel.

Biasanya digunakan sebagai demultiplexer dekripsi kode biner menjadi kode posisi, di mana input gerbang tambahan diperkenalkan.

Karena kesamaan rangkaian multiplexer dan demultiplexer, seri CMOS memiliki sirkuit mikro yang secara bersamaan merupakan multiplexer dan demultiplexer, tergantung dari sisi mana sinyal disuplai.

Misalnya, K561KP1, beroperasi sebagai sakelar 8x1 dan sakelar 1x8 (yaitu, sebagai multiplexer dan demultiplexer dengan delapan input atau output). Selain itu, dalam sirkuit mikro CMOS, selain mengganti sinyal digital (logis 0 atau 1), dimungkinkan untuk mengganti sinyal analog.

Dengan kata lain, ini adalah saklar sinyal analog yang dikendalikan oleh kode digital. Sirkuit mikro semacam itu disebut sakelar. Misalnya, dengan menggunakan sakelar, Anda dapat mengalihkan sinyal yang masuk ke input amplifier (pemilih input). Pertimbangkan rangkaian pemilih input UMZCH. Mari kita membangunnya menggunakan sandal jepit dan multiplexer.

Beras. 3 - Pemilih masukan

Jadi, mari kita lihat pekerjaannya. Pada pemicu sirkuit mikro DD1, sebuah cincin menangkal tombol ditekan dengan 2 digit (dua pemicu - 2 digit). Dua digit Kode biner pergi ke input alamat D0-D1 dari chip DD2. Chip DD2 adalah saklar empat saluran ganda.

Sesuai dengan kode biner ke output dari sirkuit mikro A Dan DI DALAM input A0-A3 dan B0-B3 dihubungkan masing-masing. Elemen R1, R2, C1 menghilangkan pantulan kontak tombol.

Rantai diferensiasi R3C2 menyetel flip-flop ke nol saat daya dihidupkan, dengan masukan pertama dihubungkan ke keluaran. Saat Anda menekan tombol, pemicu DD1.1 beralih ke status log. 1 dan masukan kedua dihubungkan ke keluaran, dan seterusnya. Masukan dihitung dalam sebuah cincin, dimulai dari yang pertama.

Di satu sisi sederhana, di sisi lain sedikit merepotkan. Entah berapa kali tombol itu ditekan setelah dinyalakan dan input mana yang terhubung ke output sekarang. Akan lebih baik jika memiliki indikator untuk input yang terhubung.

Mari kita ingat decoder tujuh segmen. Kami mentransfer decoder dengan indikator ke rangkaian sakelar dan menghubungkan dua input pertama decoder (dalam diagram sebagai DD3), yaitu 1 dan 2 (pin 7 dan 1) ke output langsung dari pemicu DD1.1 DD1. 2 (pin 1 dan 13) . Kami menghubungkan input dekoder 4 dan 8 (pin 2 dan 6) ke rumahan (yaitu, kami menyediakan logika 0). Indikator akan menunjukkan status penghitung dering, yaitu angka dari 0 hingga 3. Angka 0 sesuai dengan input pertama, 1 hingga ke 2, dan seterusnya.

Multiplexer dan demultiplexer termasuk dalam kelas perangkat kombinasional yang dirancang untuk mengalihkan aliran data dalam jalur komunikasi pada alamat tertentu. Sebagian besar data dalam sistem digital ditransmisikan secara langsung melalui kabel dan jejak pada papan sirkuit tercetak. Seringkali ada kebutuhan untuk mengirimkan informasi sinyal biner (atau analog dalam sistem analog-ke-digital) dari sumber sinyal ke konsumen. Dalam beberapa kasus, transmisi data jarak jauh perlu dilakukan melalui saluran telepon, kabel koaksial dan optik. Jika semua data ditransmisikan secara bersamaan melalui jalur komunikasi paralel, panjang total kabel tersebut akan terlalu panjang dan biayanya terlalu mahal. Sebaliknya, data ditransmisikan melalui satu kabel dalam bentuk serial dan dikelompokkan menjadi data paralel di ujung penerima jalur komunikasi tunggal tersebut. Perangkat yang digunakan untuk menghubungkan salah satu sumber data dengan nomor (alamat) tertentu ke jalur komunikasi disebut multiplexer. Perangkat yang digunakan untuk menghubungkan jalur komunikasi ke salah satu penerima informasi dengan alamat tertentu disebut demultiplexer. Data paralel dari salah satu perangkat digital dapat diubah menjadi sinyal informasi serial menggunakan multiplekser, yang ditransmisikan melalui satu kabel. Pada keluaran demultiplexer, sinyal masukan serial ini dapat dikelompokkan kembali menjadi data paralel.

Multiplexer

Multiplexer digunakan untuk menggabungkan aliran digital dari berbagai sumber menjadi satu aliran transportasi.– encoder kompresi, output dari multiplexer lain, output dari penerima – decoder, dll. Sinyal yang masuk dapat memiliki basis waktu yang berbeda (yaitu, dapat dihasilkan dengan frekuensi clock yang sedikit berbeda), dan tugas multiplekser adalah membentuk aliran asinkron sambil mempertahankan sinkronisasi informasi dari masing-masing komponen.

Prinsip pengoperasian multiplekser didasarkan pada properti buffer memori - informasi ditulis ke dalamnya pada satu frekuensi clock dan dibaca pada frekuensi lain yang lebih tinggi. Jika kita membayangkan rangkaian buffer yang terhubung secara berurutan, disinkronkan sedemikian rupa sehingga semburan pulsa keluaran tidak tumpang tindih pada waktunya, ini akan menjadi multiplexer.

Parameter utama multiplekser adalah kecepatan keluaran aliran transport, yang untuk sebagian besar model adalah 55...60 Mbit/s. Ada juga sampel dengan kecepatan hingga 100 Mbit/s. Tentu saja, laju aliran yang ditetapkan pada keluaran setidaknya harus tidak lebih rendah dari jumlah kecepatan semua aliran gabungan. Melebihi kecepatan aliran keluaran dikompensasi dengan memasukkan paket nol pada keluaran multiplekser.

Demultiplexer adalah unit fungsional komputer yang dirancang untuk mengalihkan (mengalihkan) sinyal dari satu input informasi D ke salah satu dari n output informasi. Jumlah output yang nilai sinyal inputnya disuplai pada setiap siklus waktu komputer ditentukan oleh kode alamat A0, A1..., Am-1. Input alamat m dan output informasi n dihubungkan dengan relasi n2m. Decoder DC dapat digunakan sebagai demultiplexer. Dalam hal ini, sinyal informasi diumpankan ke input izin E (dari bahasa Inggris aktifkan - izin). Demultiplexer berpintu dengan masukan informasi D, masukan alamat A1, A0 dan masukan gerbang C ditunjukkan pada Gambar 2.1. Demultiplexer melakukan fungsi kebalikan dari multiplexer. Sehubungan dengan multiplexer dan demultiplexer, istilah “pemilih data” juga digunakan.

Demultiplexer digunakan untuk mengganti jalur individual dan bus multi-bit, mengubah kode serial menjadi paralel. Seperti multiplexer, demultiplexer menyertakan decoder alamat. Sinyal dekoder mengontrol gerbang logika, memungkinkan transfer informasi hanya melalui salah satu gerbang tersebut (Gbr. 1.1)