Les multiplexeurs et démultiplexeurs (mux et demux en abréviation anglaise) sont des composants assez courants en électronique numérique. Comprendre les processus logiques qui s'y déroulent vous permettra de mieux comprendre les circuits avec leur participation et de développer des dispositifs électroniques plus complexes.

Les multiplexeurs et les démultiplexeurs fonctionnent de manière opposée, mais selon le même principe. Ils se composent d'entrées d'informations, de sorties d'informations et d'un commutateur (sélecteur).

L'image ci-dessous montre schématiquement le multiplexeur et le démultiplexeur.

Le multiplexeur possède plusieurs entrées d'informations. Le commutateur du multiplexeur sélectionne laquelle de ces entrées utiliser et la connecte à la sortie d'information, dont le multiplexeur n'a qu'une seule. Cette situation peut être comparée à celle d'un groupe de personnes qui voudraient vous dire quelque chose d'elles-mêmes, mais à la fois vous ne pouvez en écouter qu'une seule.

Le démultiplexeur, au contraire, n'a qu'une seule entrée d'information, et le commutateur le relie à une sortie d'information à un instant donné. Autrement dit, c'est comme si vous vouliez dire quelque chose à une foule de personnes, mais à un moment donné, vous ne pouvez le dire qu'à une seule personne dans cette foule.

Il existe également des microcircuits qui combinent les fonctions de multiplexeurs et de démultiplexeurs. En anglais, ils sont généralement appelés mux / demux. Ils peuvent également être appelés multiplexeurs bidirectionnels ou simplement commutateurs. Ils permettent de transmettre le signal dans les deux sens. Ainsi, non seulement vous pouvez parler à quelqu'un, mais quelqu'un dans la foule peut vous parler à un moment donné.

Dans ce cas, le commutateur interne comporte généralement plusieurs entrées d'information adressées sous forme binaire. Presque tous ces microcircuits ont une ligne OE (sortie activée ou sortie active). À l'intérieur du microcircuit se trouve également un démultiplexeur à une entrée et, généralement, à quatre sorties. Pour sélectionner la sortie, le microcircuit dispose également de deux lignes d'adressage de la sortie (00, 01, 10, 11).

Il existe des multiplexeurs numériques et analogiques. Les numériques sont des commutateurs logiques, qui auront la même tension de sortie que la tension d'alimentation. Les analogiques connectent la tension de l'entrée sélectionnée à la sortie.

Le principe du multiplexage et du démultiplexage a été utilisé à l'aube du développement de la téléphonie au début du siècle dernier. Ensuite, la personne qui voulait appeler son ami a décroché le combiné et a attendu la réponse de l'opératrice. C'est la partie multiplexeur, car à un certain moment, l'opérateur du poste sélectionne la ligne sur laquelle cette personne « s'assied ». La personne dit qu'elle veut parler à un ami dont le numéro est le 12345. C'est déjà la partie commutation, ici l'opérateur reçoit un numéro (adresse). Ensuite, il connecte le connecteur au canal d'un ami. C'est la partie démultiplexeur. Ici, une ligne parmi les nombreux canaux est connectée à un seul.

Les multiplexeurs et démultiplexeurs vous aideront à résoudre le problème de l'augmentation du nombre de lignes d'entrée ou de sortie si le nombre de GPIO sur votre microcontrôleur est trop petit. Si vous avez de nombreux capteurs dans votre projet, vous pouvez les connecter au multiplexeur. La sortie du multiplexeur doit alors être connectée au CAN et commuter les adresses des lignes pour lire séquentiellement les données des capteurs.

De plus, les multiplexeurs sont utiles lorsque vous avez plusieurs puces I2C qui ont la même adresse. Connectez simplement les lignes SDA/SCL au commutateur et contrôlez-les en série. Les multiplexeurs et démultiplexeurs peuvent également être utilisés comme convertisseurs de niveau.

Un multiplexeur est un appareil qui prend l'une de plusieurs entrées et la connecte à sa sortie. Le multiplexeur comporte plusieurs entrées d'information (D 0 , D 1 , ...), des entrées d'adresse (A 0 A 1 , ...), une entrée pour fournir un signal d'échantillonnage C et une sortie Q. Sur la fig. 1, f montre une image symbolique d'un multiplexeur à quatre entrées d'informations.

A chaque entrée d'information du multiplexeur est attribué un numéro appelé adresse. Lorsqu'un signal d'échantillonnage est appliqué à l'entrée C, le multiplexeur sélectionne l'une des entrées dont l'adresse est donnée par un code binaire sur les entrées d'adresse et la relie à la sortie.

Ainsi, en fournissant les adresses des différentes entrées d'informations aux entrées d'adresses, il est possible de transmettre signaux numériques de ces entrées à la sortie Q. Bien entendu, le nombre d'entrées d'information n inf et le nombre d'entrées d'adresse n adr sont liés par la relation n inf = 2 nadr.

Le fonctionnement du multiplexeur est déterminé par le tableau. 1. En l'absence de signal stroboscopique (C = 0), il n'y a pas de connexion entre les entrées d'information et la sortie (Q = 0). Lorsqu'un signal d'échantillonnage est appliqué (C = l), le niveau logique de celui des entrées d'information D i est transmis à la sortie, dont le nombre i sous forme binaire est spécifié aux entrées d'adresse. Ainsi, lors du réglage de l'adresse A l A 0 = ll 2 = 3 10, le signal de l'entrée d'information avec l'adresse 3 10, c'est-à-dire D 3 , sera transmis à la sortie Q.

Selon ce tableau, l'expression logique suivante pour la sortie Q peut être écrite :

Le schéma de circuit du multiplexeur construit selon cette expression est illustré à la Fig. 1b.

Dans les cas où il est nécessaire de transmettre des données d'entrée multi-bits sous forme parallèle aux sorties, une connexion parallèle de multiplexeurs est utilisée en fonction du nombre de bits de données transmises.

Utilisation de multiplexeurs pour la synthèse de dispositifs combinatoires.

Les multiplexeurs peuvent être utilisés pour synthétiser des fonctions logiques. Dans ce cas, le nombre d'éléments utilisés dans le circuit (boîtiers de circuits intégrés) peut être considérablement réduit.

L'expression booléenne du multiplexeur contient des membres avec toutes les combinaisons de variables d'adresse. Par conséquent, si l'on veut synthétiser une fonction de trois variables f(x 1 , x 2 , x 3), alors deux de ces variables (par exemple, x 1 , x 2) peuvent être appliquées aux entrées d'adresse A 1 et A 0 , et le troisième x 3 - à l'entrée d'informations.

Par exemple, supposons qu'il soit nécessaire de synthétiser la fonction donnée dans le tableau. 2. Expression de la fonction booléenne

En considérant les variables x l, x 2 comme variables d'adresse, on obtient Table. 3, d'où l'on voit que le multiplexeur en sortie Q met en oeuvre la fonction logique donnée. schéma illustré à la fig. 2.

Évidemment, toute fonction de trois variables peut être synthétisée sur des multiplexeurs à quatre entrées, toute fonction de quatre variables peut être synthétisée sur des multiplexeurs à huit entrées, etc.

Lors de la synthèse de circuits combinatoires, les multiplexeurs peuvent être utilisés avec des éléments d'une certaine base. Soit n le nombre total de fonctions variables. Ensuite, si le multiplexeur a n adresses d'entrées d'adresses, alors n adresses de variables leur sont transmises et ses entrées d'informations sont alimentées fonctions n-n adresse variable.

Supposons, par exemple, qu'il soit nécessaire de synthétiser une fonction logique de quatre variables à l'aide d'un multiplexeur à quatre entrées. Si les variables d'adresse sont x 1 , x 2 , alors les fonctions des variables x 3 et x 4 , déterminées par celles indiquées dans le tableau. 5 zones de table Veitch. Dans chaque zone de la table Veitch décrite pour les entrées d'informations, la minimisation est effectuée par des méthodes conventionnelles, après quoi des circuits sont construits qui forment les fonctions fournies aux entrées d'informations du multiplexeur.

Nous allons montrer cette technique sur la mise en œuvre de la fonction donnée dans le tableau. 6.

Lors de l'application des variables x 1 et x 2 aux entrées d'adresse du multiplexeur, ses entrées d'informations doivent être alimentées D 0 = 1; D1 = 0 ; D 2 \u003d x 3. 4 , ré 3 = 4 . Le circuit réalisant la fonction donnée est représenté sur la fig. 3.

Il convient de garder à l'esprit que lors de la synthèse d'un dispositif logique à l'aide d'un multiplexeur, il est également nécessaire de construire une version du circuit sans utiliser de multiplexeur. Ensuite, en comparant les options obtenues, déterminer laquelle des options est la meilleure en termes de nombre de boîtiers de circuits intégrés utilisés dans le circuit.

Il existe de nombreuses pièces dans les circuits informatiques qui semblent individuellement inutiles (et dans la plupart des cas, elles le sont). Mais dès qu'ils, adhérant aux lois de la physique, sont assemblés dans un système logique, ils peuvent s'avérer tout simplement irremplaçables. bon exemple sont des multiplexeurs et des démultiplexeurs. Ils jouent un rôle important dans la création de systèmes de communication. Le multiplexeur est facile. Et vous le constaterez par vous-même en lisant l'article.

Multiplexeur - qu'est-ce que c'est?

Un multiplexeur est un appareil qui sélectionne une entrée parmi plusieurs, puis se connecte à sa sortie. Tout dépend de l'état du code binaire. Le multiplexeur est utilisé comme un commutateur de signal qui a plusieurs entrées et une seule sortie. Le mécanisme de son travail peut être décrit par le tableau suivant :

Des tableaux similaires peuvent être vus lors de l'étude de la programmation, et plus précisément lors de la résolution de problèmes de choix logique. Tout d'abord, sur le multiplexeur analogique. Ils connectent directement les entrées et les sorties. Il existe un multiplexeur optique, qui est plus complexe. Ils copient simplement les valeurs qu'ils reçoivent.

Qu'est-ce qu'un démultiplexeur ?

Un démultiplexeur est un appareil avec une entrée et plusieurs sorties. Ce qui sera connecté à quoi - détermine 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 un travail à part entière, mais ils 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 sont dits informatifs. Au milieu se trouvent les entrées d'adresse. À droite, un élément est généralement connecté qui détermine si le multiplexeur lui-même fonctionnera. Ceci peut être complété par une entrée inversée. Pour une désignation écrite du nombre d'entrées et pour montrer qu'il s'agit d'un multiplexeur, des enregistrements de ce type sont utilisés: "1 * 2". Une unité est comprise comme le nombre de broches qui vont à l'appareil. Deux est utilisé pour désigner une sortie et est généralement égal à 1. En fonction du nombre d'entrées d'adresse, on détermine 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 \u003d 4. Si pour un multiplexeur binaire ou ternaire, la différence du nombre d'entrées et de sorties est respectivement de deux et trois, alors elles sont dites complètes. A 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 commuter les canaux dans les démultiplexeurs, seuls les éléments logiques "ET" sont utilisés. Gardez à l'esprit que les puces CMOS sont souvent construites à l'aide de commutateurs FET. Par conséquent, le concept de démultiplexeur ne s'applique pas à eux. Est-il possible de faire en sorte qu'un appareil change ses propriétés en propriétés diamétralement opposées ? Oui, si vous permutez les sorties et les entrées d'informations, à la suite de quoi le préfixe "de-" peut être ajouté au nom "multiplexeur". Dans leur but, ils sont similaires aux décodeurs. Malgré la différence existante, les deux appareils des microcircuits domestiques sont désignés par les mêmes lettres - ID. Les démultiplexeurs effectuent un seul opérande (entrée unique, unitaire) fonctions logiques, qui ont une quantité importante options réponse à un signal.

Types de multiplexeurs

Fondamentalement, il n'y a que deux types de multiplexeurs :

1. Terminal. Ce type de multiplexeurs sont situés aux extrémités de la ligne de communication par laquelle certaines données sont transmises.
2. E/S. Ils sont utilisés comme des outils qui sont installés dans une rupture de ligne de communication afin de supprimer plusieurs canaux d'informations du flux général. De cette manière, la nécessité d'installer des multiplexeurs de terminaux, qui sont des mécanismes plus coûteux, est contournée.

Le coût des multiplexeurs

Il convient de noter que les multiplexeurs ne sont pas un plaisir bon marché. Le moins cher en ce moment coûte plus de 12 000 roubles, la limite supérieure est de 270 000. Mais même à de tels prix, ils sont toujours 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 la totalité du travail 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 effectué 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 travailler dans le système est plus rentable en termes d'argent que l'organisation d'un nouveau canal. De plus, ce processus doit passer moins de temps, ce qui implique également certains avantages matériels.

Dans le cadre de l'article, nous nous familiariserons avec le principe de fonctionnement du multiplexage de fréquence. Avec 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 traverser différents canaux. Afin qu'ils ne deviennent pas gênants les uns pour les autres même lorsqu'ils dépassent les limites imparties, ils utilisent la technologie des intervalles de garde. Cela réside dans le fait qu'ils laissent une certaine fréquence entre chaque canal, ce qui encaissera les problèmes et n'affectera pas l'état général du système. Le multiplexage FDMA peut être appliqué dans les lignes de communication optiques et électriques.

Des ressources limitées créé la possibilité d'améliorer le mécanisme. En fin de compte, tout a abouti à un processus appelé "multiplexage temporel". Avec ce mécanisme, une petite 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 aussi 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 pendant de courtes périodes.

Conclusion

Un multiplexeur est quelque chose qui élargit les possibilités de communication. Dans le cadre de l'article, les appareils utilisés pour la transmission de données ont été pris en compte, ce qui peut considérablement économiser sur ce poste de dépenses. En outre, leur structure schématique et le concept de multiplexage, ses caractéristiques et son application ont été brièvement examinés. Ainsi, nous avons considéré la base théorique. Il sera nécessaire pour la transition vers la pratique si vous souhaitez explorer les multiplexeurs et les démultiplexeurs.

De par son architecture, un multiplexeur numérique est un appareil équipé de plusieurs interrupteurs de position numériques. Le but de leur travail est de commuter les signaux d'entrée pour assurer leur passage dans une seule ligne de sortie.

Un multiplexeur numérique a généralement trois groupes de canaux d'entrée. Adresse, dont le code binaire sert à déterminer la connexion entre l'entrée d'informations et la sortie finale, les informations et, elles sont également appelées strobe.

Dans les multiplexeurs numériques intégrés modernes, le maximum est équipé de seize entrées d'informations.
Si, lors de la conception, il s'avère que davantage d'entrées d'informations sont nécessaires, le problème est résolu en créant une structure de l'arbre dit multiplexeur, qui est équipé de plusieurs circuits intégrés.

Le multiplexeur numérique est conçu pour synthétiser pratiquement n'importe quel dispositif logique requis, réduisant ainsi le nombre total d'éléments logiques utilisés.

Pour déterminer le besoin, les actions suivantes sont effectuées : en fonction de la fonction de sortie, en fonction des valeurs des variables, une carte de Karnot est construite. Ensuite, l'ordre de fonctionnement du multiplexeur dans le circuit est déterminé. Ensuite, une matrice de masquage est construite dans un ordre obligatoire correspondant à l'ordre du multiplexeur appliqué.

Après cela, la matrice résultante est superposée à la carte de Karnot. Ensuite, la fonction est minimisée pour chacune des régions de la matrice existante. Au final, sur la base des résultats de minimisation obtenus, . Ce sont les règles de la synthèse basée sur l'utilisation d'un multiplexeur.

Capacités du multiplexeur

L'utilisation des multiplexeurs est multiforme. Par exemple, des multiplexeurs flexibles permettent la formation de flux numériques primaires continus à un débit de 2048 kbps basés sur des signaux analogiques. Également pour commuter les données des interfaces numériques par commutation croisée des canaux électroniques à des vitesses allant jusqu'à 64 kbit/s.

De plus, ils réalisent la transmission d'un flux numérique sur le réseau IP/Ethernet, ils assurent également la conversion de la signalisation linéaire et des articulations physiques.

Les multiplexeurs flexibles offrent en outre la possibilité de connexions de diffusion, c'est-à-dire la fourniture de signaux d'une des sources numériques ou analogiques à plusieurs autres à la fois. Pour cette raison, ils sont souvent utilisés pour transmettre des programmes diffusés simultanément à plusieurs endroits différents.

3.7. Multiplexeurs et démultiplexeurs

Multiplexeur est un appareil qui prend l'une de plusieurs entrées et la connecte à sa seule sortie, en fonction de l'état du code binaire. En d'autres termes, un multiplexeur est un commutateur de signal commandé par code binaire et ayant plusieurs entrées et une sortie. La sortie est reliée à l'entrée dont le numéro correspond au code binaire de commande.

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

La structure du multiplexeur peut être représentée par différents schémas, par exemple celui-ci :

Riz. 1 - Un exemple de circuit multiplexeur spécifique

Le plus grand élément ici est un élément ET-OU pour quatre entrées. Les carrés avec un sont des inverseurs.

Analysons les conclusions. Celles de gauche, à savoir D0-D3, sont appelées entrées d'informations. Ils sont fournis avec des informations à sélectionner. Les entrées A0-A1 sont appelées entrées d'adresse. C'est là que le code binaire est fourni, dont dépend laquelle des entrées D0-D3 sera connectée à la sortie, dans ce schéma désigné par Oui. Entrée C - synchronisation, autorisation de travail.

Le schéma comporte également des entrées d'adresse avec inversion. C'est pour 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 que le code peut définir est déterminé par le nombre de bits de code sous la forme 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 fonctionnement de ce circuit, regardons sa table de vérité :

Ainsi, le code binaire sélectionne l'entrée souhaitée. Par exemple, nous avons quatre objets, et ils émettent des signaux, et nous avons un dispositif d'affichage. Nous prenons un multiplexeur. En fonction du code binaire, un signal provenant de l'objet souhaité est connecté au dispositif d'affichage.

La puce multiplexeur est désignée comme suit :

Riz. 2 - Multiplexeur comme ISS

Démultiplexeur- le dispositif inverseur du multiplexeur. C'est-à-dire que le démultiplexeur a 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 différentes sorties et la connecte à son entrée, ou bien c'est un interrupteur de signal commandé par code binaire et ayant une entrée et plusieurs sorties.

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

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

En raison de la similitude des circuits multiplexeur et démultiplexeur de la série CMOS, il existe des microcircuits qui sont à la fois un multiplexeur et un démultiplexeur, selon le côté à partir duquel envoyer les signaux.

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 puces 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 à commande numérique. Ces microcircuits sont appelés interrupteurs. 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 en utilisant des déclencheurs et un multiplexeur.

Riz. 3 - Sélecteur d'entrée

Voyons donc le travail. Sur les déclencheurs de la puce DD1, un anneau est assemblé compteur Pressions de bouton 2 bits (deux déclencheurs - 2 bits). deux chiffres code binaire entre dans les entrées d'adresse D0-D1 puce DD2. La puce DD2 est un commutateur double à quatre canaux.

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

Circuit de différenciation R3C2 met les bascules à zéro à la mise sous tension, avec la première entrée connectée à la sortie. Lorsque le bouton est enfoncé, le déclencheur DD1.1 passe à l'état de journalisation. 1 et la deuxième entrée est reliée à la sortie, etc. L'énumération des entrées fait le tour de l'anneau, en commençant par la première.

D'une part c'est simple, d'autre part c'est un peu gênant. Qui sait combien de fois le bouton a été enfoncé après la mise sous tension et quelle entrée est maintenant connectée à la sortie. Ce serait bien de mettre un indicateur de l'entrée connectée.

Rappelez le décodeur à sept segments. Nous transférons le décodeur avec l'indicateur au circuit de commutation et les deux premières entrées du décodeur (indiquées par DD3 sur le schéma), c'est-à-dire 1 et 2 (broches 7 et 1) sont connectées aux sorties directes des déclencheurs DD1.1 DD1 .2 (broches 1 et 13) . Les entrées du décodeur 4 et 8 (broches 2 et 6) sont connectées au corps (c'est-à-dire que nous appliquons log. 0). L'indicateur affichera l'état du compteur de sonnerie, à savoir les chiffres de 0 à 3. Le chiffre 0 correspond à la première entrée, 1 à la 2ème, etc.