A multiplexerek és a demultiplexerek (angol rövidítésben mux és demux) meglehetősen gyakori alkotóelemek a digitális elektronikában. A bennük előforduló logikai folyamatok megértése lehetővé teszi az áramkörök jobb megértését a részvételükkel és bonyolultabb elektronikus eszközök fejlesztését.

A multiplexerek és a demultiplexerek ellentétes módon, de ugyanazon elv szerint működnek. Információ bemenetekből, információkimenetekből és egy kommutátorból (szelektorból) állnak.

Az alábbi képen a multiplexer és a demultiplexer sematikusan látható.

A multiplexer több információ bemenettel rendelkezik. A multiplexer kapcsoló kiválasztja, hogy ezek közül melyik bemenetet használja, és csatlakoztatja az információs kimenethez, amelyből a multiplexernek csak egy van. Ez a helyzet ahhoz hasonlítható, amikor egy csomó ember szeretne elmondani valamit a sajátjából, de egyszerre csak egyet hallgathat meg.

Ezzel szemben a demultiplexernek csak egy információbemenete van, és a kommutátor azt egy adott időpontban egy információs kimenethez köti. Vagyis ez ugyanaz, mintha egy tömegnek akarnál mondani valamit, de egy adott időpontban csak egy embernek mondhatod el a tömegből.

Vannak olyan mikroáramkörök is, amelyek kombinálják a multiplexerek és a demultiplexerek funkcióit. Angolul általában mux / demux néven hivatkoznak rájuk. Ezeket kétirányú multiplexereknek vagy egyszerűen kapcsolóknak is nevezhetjük. Lehetővé teszik a jel mindkét irányba történő továbbítását. Tehát nem csak beszélhet valakivel, hanem valaki a tömegből egy bizonyos időpontban beszélhet Önnel.

Ebben az esetben a belső kapcsolónak általában több információs bemenete van, amelyek bináris formában vannak megcímezve. Szinte minden ilyen mikroáramkör rendelkezik OE vonallal (a kimenet engedélyezése vagy kimenet aktív). A mikroáramkör belsejében egy demultiplexer is található, egy bemenettel és általában négy kimenettel. A kimenet kiválasztásához a mikroáramkör két sorral is rendelkezik a kimenet címzésére (00, 01, 10, 11).

Léteznek digitális és analóg multiplexerek is. A digitális logikai kapcsolók, amelyek kimeneti feszültsége megegyezik a tápfeszültséggel. Az analógok a kiválasztott bemenet feszültségét kötik a kimenethez.

A multiplexelés és a demultiplexelés elvét a múlt század elején, a telefonálás fejlődésének hajnalán alkalmazták. Ekkor az, aki fel akarta hívni a barátját, felemelte a kagylót, és várta a kezelő válaszát. Ez a multiplexer rész, mert egy adott időpontban a készletből az operátor kiválasztja azt a vonalat, amelyen ez a személy „ül”. Az illető azt mondja, hogy egy barátjával szeretne beszélni, akinek a száma 12345. Ez már a kapcsolási rész, itt kap a kezelő egy számot (címet). Ezután csatlakoztatja a csatlakozót egy barátja csatornájához. Ez a demultiplexer rész. Itt a sok csatorna közül egy vonal csak egyhez kapcsolódik.

A multiplexerek és demultiplexerek segítenek megoldani a bemeneti vagy kimeneti vonalak számának bővítésével kapcsolatos problémát, ha a GPIO-k száma túl kicsi a mikrovezérlőn. Ha sok érzékelő van a projektben, csatlakoztathatja őket a multiplexerhez. A multiplexer kimenetét ezután csatlakoztatni kell az ADC-hez, és át kell kapcsolni a vonalak címét, hogy szekvenciálisan leolvassák az adatokat az érzékelőktől.

A multiplexerek akkor is hasznosak, ha több azonos címmel rendelkező I2C chipje van. Egyszerűen csatlakoztassa az SDA/SCL vonalakat a kapcsolóhoz, és vezérelje sorosan. A multiplexerek és demultiplexerek szintátalakítóként is használhatók.

A multiplexer olyan eszköz, amely több bemenet egyikét veszi, és a kimenetéhez csatlakoztatja. A multiplexernek több információs bemenete (D 0, D 1, ...), címbemenete (A 0 A 1, ...), C villogó jel ellátására szolgáló bemenete és egy Q kimenete van. Az 1. ábra egy négy információs bemenettel rendelkező multiplexer szimbolikus képét mutatja.

A multiplexer minden információs bemenetéhez hozzá van rendelve egy címnek nevezett szám. Amikor villogó jelet adunk a C bemenetre, a multiplexer kiválasztja az egyik bemenetet, amelynek címét a címbemeneteken egy bináris kód adja meg, és összekapcsolja a kimenettel.

Így a különböző információbemenetek címeinek a címbemenetekhez való eljuttatásával lehetséges az átvitel digitális jelek Ezekről a bemenetekről a Q kimenetre. Nyilvánvalóan az n inf információbemenetek száma és az n adr címbemenetek száma összefügg az n inf = 2 nadr összefüggéssel.

A multiplexer működését a táblázat határozza meg. 1. Villogó jel hiányában (C = 0) nincs kapcsolat az információs bemenetek és a kimenet között (Q = 0). Villogó jel alkalmazásakor (C = l) a D i információbemenetek logikai szintje kerül a kimenetre, amelynek i száma bináris formában a címbemeneteken van megadva. Tehát az A l A 0 = ll 2 = 3 10 cím beállításakor a 3 10 címmel, azaz D 3 információs bemenet jele a Q kimenetre kerül.

A táblázat szerint a következő logikai kifejezés írható fel a Q kimenetre:

Az e kifejezés szerint megépített multiplexer kapcsolási rajza az ábrán látható. 1b.

Azokban az esetekben, amikor a többbites bemeneti adatokat párhuzamos formában kell továbbítani a kimenetekre, a multiplexerek párhuzamos csatlakoztatását alkalmazzuk a továbbított adatok bitszámának megfelelően.

Multiplexerek alkalmazása kombinált eszközök szintézisére.

A multiplexerek logikai függvények szintetizálására használhatók. Ebben az esetben az áramkörben használt elemek száma (integrált áramkörök esetei) jelentősen csökkenthető.

A multiplexer logikai kifejezése a címváltozók összes kombinációjával rendelkező tagokat tartalmazza. Ezért, ha három f(x 1 , x 2 , x 3 ) változóból álló függvényt kell szintetizálni, akkor ezek közül a változók közül kettő (például x 1 , x 2) alkalmazható az A 1 és a címbemenetekre. A 0 és a harmadik x 3 - az információbevitelre.

Például legyen kötelező a táblázatban megadott függvény szintetizálása. 2. Logikai függvény kifejezés

Az x l, x 2 változókat címváltozónak tekintve táblázatot kapunk. 3, amelyből látható, hogy a Q kimeneti multiplexer az adott logikai függvényt valósítja meg. kördiagrammábrán látható. 2.

Nyilvánvalóan három változó bármely függvénye szintetizálható négy bemenetes multiplexereken, négy változó bármely függvénye nyolc bemenetes multiplexereken stb.

Kombinációs áramkörök szintetizálásánál a multiplexerek valamilyen alapú elemekkel együtt használhatók. Legyen a változófüggvények teljes száma n. Ekkor, ha a multiplexernek n címe van a címbemeneteknek, akkor n változó címet adnak rájuk, és az információ bemeneteit. n-n függvények változó cím.

Legyen például szükséges egy négy változóból álló logikai függvény szintetizálása négybemenetes multiplexer segítségével. Ha a címváltozók x 1 , x 2 , akkor az x 3 és x 4 változók függvényei a táblázatban láthatók szerint határozhatók meg. 5 Veitch asztalterületek. A Veitch-tábla információbevitelre felvázolt minden területén a minimalizálást hagyományos módszerekkel hajtják végre, majd olyan áramköröket építenek ki, amelyek a multiplexer információs bemeneteihez szolgáltatott funkciókat alkotják.

Ezt a technikát a táblázatban megadott függvény megvalósításán mutatjuk be. 6.

Amikor az x 1 és x 2 változókat alkalmazzuk a multiplexer címbemeneteire, akkor annak információs bemeneteit D 0 = 1 értékkel kell táplálni; D1 = 0; D 2 \u003d x 3. 4, D 3 = 4. ábrán látható az adott funkciót megvalósító áramkör. 3.

Nem szabad megfeledkezni arról, hogy egy logikai eszköz multiplexerrel történő szintetizálása során az áramkör egy verzióját is meg kell építeni multiplexer használata nélkül. Ezután a kapott opciók összehasonlításával határozza meg, hogy az opciók közül melyik a legjobb az áramkörben használt integrált áramköri csomagok számát tekintve.

A számítógépes áramkörökben sok olyan alkatrész található, amelyek egyenként haszontalannak tűnnek (és a legtöbb esetben azok is). De amint a fizika törvényeit betartva logikai rendszerré állnak össze, kiderülhet, hogy egyszerűen pótolhatatlanok. jó példa multiplexerek és demultiplexerek. Fontos szerepet játszanak a kommunikációs rendszerek létrehozásában. A multiplexer egyszerű. És meglátja, ha elolvassa a cikket.

Multiplexer - mi ez?

A multiplexer olyan eszköz, amely kiválaszt egyet a több bemenet közül, majd csatlakozik a kimenetéhez. Minden a bináris kód állapotától függ. A multiplexert jelváltóként használják, amelynek több bemenete és csak egy kimenete van. Működésének mechanizmusa az alábbi táblázatban írható le:

Hasonló táblázatok láthatók a programozás tanulmányozása során, pontosabban a logikai választási feladatok megoldása során. Először is az analóg multiplexerről. Közvetlenül csatlakoztatják a bemeneteket és a kimeneteket. Van egy optikai multiplexer, ami bonyolultabb. Egyszerűen lemásolják a kapott értékeket.

Mi az a demultiplexer?

A demultiplexer egy bemenettel és több kimenettel rendelkező eszköz. Mi lesz mihez kötve - határozza meg a bináris kódot. Ehhez beolvasásra kerül, és a kívánt értékű kimenetet a bemenetre kötjük. Mint látható, ezeknek az eszközöknek nem kell párban dolgozniuk a teljes értékű munkához, hanem az általuk ellátott funkcionalitás miatt kapták a nevüket.

Multiplexer áramkör

Nézzük a multiplexer áramkörét. A legnagyobb rész az ÉS-VAGY elem. Különböző számú bemenettel rendelkezhet, kettőtől, elméletileg a végtelenig. De általában nem készülnek 8-nál több bemenetre. Minden egyes bemenetet inverternek nevezünk. A bal oldaliakat információsnak nevezzük. Középen vannak a címbevitelek. A jobb oldalon általában egy elem van csatlakoztatva, amely meghatározza, hogy maga a multiplexer működni fog-e. Ez kiegészíthető egy fordított bemenettel. A bemenetek számának írásos megjelölésére és annak bizonyítására, hogy ez egy multiplexer, az ilyen típusú rekordokat használjuk: "1 * 2". Egy egység alatt az eszközhöz csatlakozó érintkezők számát értjük. Kettőt használunk egy kimenet megjelölésére, és általában egyenlő 1-gyel. A címbemenetek számától függően meghatározzák, hogy a multiplexernek milyen bitje lesz, és ebben az esetben a következő képletet használjuk: 2 n . Az n helyett csak helyettesítse a szükséges értéket. Ebben az esetben 2 2 \u003d 4. Ha egy bináris vagy hármas multiplexer esetében a bemenetek és a kimenetek számának különbsége kettő, illetve három, akkor azt teljesnek mondjuk. Alacsonyabb értéknél hiányosak. Ez a készülék multiplexerrel rendelkezik. A sémát emellett képként is bemutatjuk, hogy a legteljesebb elképzelése legyen a szerkezetéről.

Demultiplexer áramkör

A demultiplexerekben a csatornaváltáshoz csak az "AND" logikai elemeket használjuk. Ne feledje, hogy a CMOS chipek gyakran FET-kapcsolókkal készülnek. Ezért a demultiplexer fogalma nem vonatkozik rájuk. Lehetséges-e egy készülék tulajdonságait homlokegyenest ellentétesre változtatni? Igen, ha felcseréli az információs kimeneteket és bemeneteket, aminek következtében a "multiplexer" névhez a "de-" előtag kerülhet. Céljukat tekintve hasonlóak a dekóderekhez. A meglévő különbség ellenére a háztartási mikroáramkörök mindkét eszközét ugyanazok a betűk jelölik - ID. A demultiplexerek egyetlen operandust hajtanak végre (egy bemenetes, egységes) logikai függvények, amelyek jelentős összeggel rendelkeznek opciók jelre adott válasz.

A multiplexerek típusai

Alapvetően csak két típusú multiplexer létezik:

1. Terminál. Az ilyen típusú multiplexerek annak a kommunikációs vonalnak a végein találhatók, amelyen keresztül bizonyos adatokat továbbítanak.
2. I/O. Eszközként használják őket, amelyeket kommunikációs vonalszakadásba telepítenek, hogy több információcsatornát eltávolítsanak az általános áramlásból. Ily módon elkerülhető a terminál multiplexerek telepítése, amelyek drágább mechanizmusok.

A multiplexerek költsége

Érdemes megjegyezni, hogy a multiplexerek nem olcsó örömök. A legolcsóbb jelenleg több mint 12 ezer rubel, a felső határ 270 000. De még ilyen árakon is szinte mindig jövedelmezőbbek, mint egy új vonal lefektetése. De ez az előny csak akkor érhető el, ha szakképzett személyzet áll rendelkezésre, aki a teljes munkát megfelelően el tudja végezni, és megfelelően telepíti a multiplexert. Az ár kissé emelkedhet, ha nincs főállású szakember. De mindig felvehetők erre szakosodott cégeknél.

Multiplexelés

A jelek multiplexelése maguknak a kommunikációs csatornáknak a jelentős költsége, valamint a karbantartási költségek miatt történik. Ráadásul pusztán fizikai szempontból ami jelenleg rendelkezésre áll, az nincs kihasználva a benne rejlő lehetőségekben. A rendszerben működő multiplexer telepítése pénzben jövedelmezőbb, mint egy új csatorna megszervezése. Ezenkívül ennek a folyamatnak kevesebb időt kell töltenie, ami bizonyos anyagi előnyökkel is jár.

A cikk keretében megismerkedünk a frekvencia multiplexelés működési elvével. Ezzel külön frekvenciatartományt különítenek el minden egyes bejövő adatfolyamhoz egy közös kommunikációs csatornán. A multiplexernek pedig az a feladata, hogy az egyes bejövő spektrumok spektrumát más értéktartományba vigye át. Ez azért történik, hogy kiküszöböljük az átkelés lehetőségét különböző csatornák. Annak érdekében, hogy a megadott határokon túlmenően se legyenek akadályok egymás számára, az őrzési intervallumok technológiáját alkalmazzák. Ez abban rejlik, hogy az egyes csatornák között egy bizonyos frekvenciát hagynak, ami átveszi a problémákat, és nem befolyásolja a rendszer általános állapotát. Az FDMA multiplexelés optikai és elektromos kommunikációs vonalakban alkalmazható.

A szűkös erőforrásokból lehetőség nyílt a mechanizmus fejlesztésére. Végül minden egy "idő multiplexelés" nevű folyamatot eredményezett. Ezzel a mechanizmussal az általános nagysebességű adatfolyamban egy kis időtartam van lefoglalva egy bemeneti jel továbbítására. De nem ez az egyetlen megvalósítási lehetőség. Az is előfordulhat, hogy az idő egy bizonyos részét lefoglalják, ami adott időközönként ciklikusan megismétlődik. Általában ezekben az esetekben a multiplexer azzal a feladattal néz szembe, hogy ciklikus hozzáférést biztosítson az adatátviteli közeghez, amelynek rövid ideig nyitva kell lennie a bejövő adatfolyamok számára.

Következtetés

A multiplexer olyan dolog, amely kiterjeszti a kommunikáció lehetőségeit. A cikk keretein belül szóba kerültek az adatátvitelre használt eszközök, amelyek ezen a kiadási tételen jelentősen megtakaríthatók. Emellett röviden áttekintettük sematikus felépítésüket és a multiplexelés fogalmát, jellemzőit és alkalmazását. Így az elméleti alapot vettük figyelembe. A gyakorlatba való átálláshoz szükség lesz rá, ha multiplexereket és demultiplexereket szeretne felfedezni.

A digitális multiplexer felépítése szerint több digitális helyzetkapcsolóval felszerelt eszköz. Munkájuk célja a bemeneti jelek átkapcsolása, hogy azok egyetlen kimeneti vonalba kerüljenek.

A digitális multiplexerek általában három bemeneti csatornával rendelkeznek. Cím, melynek bináris kódja az információ bemenet és a végső kimenet közötti kapcsolat meghatározására szolgál, információ és ezeket stroboszkópnak is nevezik.

A modern integrált digitális multiplexerekben a maximum tizenhat információs bemenettel van felszerelve.
Ha a tervezés során kiderül, hogy több információbevitelre van szükség, akkor a problémát az úgynevezett multiplexerfa struktúrájának létrehozása oldja meg, amely több integrált áramkörrel van felszerelve.

A digitális multiplexert gyakorlatilag bármilyen szükséges logikai eszköz szintetizálására tervezték, így csökkentve a felhasznált logikai elemek teljes számát.

A szükségesség meghatározásához a következő műveleteket hajtjuk végre: a kimeneti függvény alapján a változók értékei szerint Karnot térképet építünk. Ezután meghatározzuk a multiplexer működési sorrendjét az áramkörben. Ezután egy maszkoló mátrixot építenek be az alkalmazott multiplexer sorrendjének megfelelő kötelező sorrendben.

Ezt követően a kapott mátrixot a Karnot térképre helyezzük. Ezután a függvény a meglévő mátrix minden egyes régiójára minimalizálódik. A végén a kapott minimalizálási eredmények alapján . Ezek a szintézis szabályai, amelyek a multiplexer használatán alapulnak.

Multiplexer képességei

A multiplexerek használata sokrétű. Például a flexibilis multiplexerek lehetővé teszik folyamatos elsődleges digitális adatfolyamok kialakítását 2048 kbps sebességgel analóg jelek alapján. Digitális interfészek adatainak váltására is elektronikus csatornák keresztkapcsolásával 64 kbit/s sebességig.

Ezen túlmenően digitális adatfolyam átvitelét végzik IP / Ethernet hálózaton, valamint lineáris jelzések és fizikai csatlakozások átalakítását is végzik.

A flexibilis multiplexerek ezen felül lehetőséget adnak a broadcast kapcsolatokra, vagyis a jelek valamelyik digitális vagy analóg forrásból több másikhoz való eljuttatását egyszerre. Emiatt gyakran használják sugárzott műsorok egyidejű továbbítására több különböző helyre.

3.7. Multiplexerek és demultiplexerek

Multiplexer egy olyan eszköz, amely a bináris kód állapotától függően több bemenet egyikét veszi, és az egyetlen kimenetéhez köti. Más szavakkal, a multiplexer egy jelkapcsoló, amelyet vezérel bináris kódés több bemenettel és egy kimenettel rendelkezik. A kimenet arra a bemenetre csatlakozik, amelynek száma megfelel a vezérlő bináris kódnak.

Nos, itt egy privát meghatározás: multiplexer egy olyan eszköz, amely a párhuzamos kódot soros kóddá alakítja.

A multiplexer szerkezete különféle sémákkal ábrázolható, például ez:

Rizs. 1 - Példa egy adott multiplexer áramkörre

A legnagyobb elem itt egy AND-OR elem négy bemenethez. Az egyesekkel ellátott négyzetek inverterek.

Elemezzük a következtetéseket. A bal oldaliakat, nevezetesen a D0-D3-at információbevitelnek nevezzük. Kiválasztandó információkkal látják el őket. Az A0-A1 bemeneteket címbemeneteknek nevezzük. Ide kerül a bináris kód, amelytől függ, hogy a D0-D3 bemenetek közül melyik csatlakozik a kimenetre, ezen a diagramon: Y. C bemenet - szinkronizálás, munkaengedély.

A diagramnak vannak inverziós címbemenetei is. Ennek célja, hogy a készülék sokoldalúbbá váljon.

Az ábrán egy 4X1-es multiplexer látható, más néven. Mint tudjuk, a kód által beállítható különböző bináris számok számát a kódbitek száma határozza meg 2 n-ben, ahol n a bitek száma. A multiplexer 4 állapotát kell beállítani, ami azt jelenti, hogy a címkódban 2 bitnek kell lennie (2 2 = 4).

Az áramkör működésének magyarázatához nézzük meg az igazságtáblázatot:

Tehát a bináris kód kiválasztja a kívánt bemenetet. Például van négy objektumunk, amelyek jeleket adnak, és van egy megjelenítő eszközünk. Vegyünk egy multiplexert. A bináris kódtól függően a kívánt objektum jele csatlakozik a megjelenítő eszközhöz.

A multiplexer chip jelölése a következő:

Rizs. 2 - Multiplexer mint ISS

Demultiplexer- a multiplexer fordított eszköze. Vagyis a demultiplexernek egy bemenete és sok kimenete van. A bináris kód határozza meg, hogy melyik kimenet csatlakozik a bemenethez.

Más szavakkal, demultiplexer egy olyan eszköz, amely a több kimenete közül az egyiket mintavételezi és a bemenetére köti, vagy egy bináris kóddal vezérelt, egy bemenettel és több kimenettel rendelkező jelkapcsoló.

A kimenet a bemenetre csatlakozik, amelynek száma megfelel a bináris kód állapotának. És egy privát meghatározás: demultiplexer egy olyan eszköz, amely a soros kódot párhuzamossá alakítja.

Általában demultiplexerként használják dekóderek bináris kód helyzeti kódba, amelyben egy további kapuzási bemenet kerül bevezetésre.

A CMOS sorozat multiplexer és demultiplexer áramköreinek hasonlósága miatt vannak olyan mikroáramkörök, amelyek multiplexerek és demultiplexerek is, attól függően, hogy melyik oldalról küldenek jeleket.

Például a K561KP1, amely 8x1 kapcsolóként és 1x8 kapcsolóként működik (vagyis multiplexerként és demultiplexerként nyolc bemenettel vagy kimenettel). Ezenkívül a CMOS chipekben a digitális jelek (logikai 0 vagy 1) kapcsolása mellett lehetőség van analógra is.

Más szóval, ez egy digitálisan vezérelt analóg jelkapcsoló. Az ilyen mikroáramköröket kapcsolóknak nevezzük. Például egy kapcsoló segítségével átkapcsolhatja az erősítő bemenetére (bemenetválasztó) érkező jeleket. Vegye figyelembe a bemenetválasztó áramkört UMZCH. Építsük meg triggerek és multiplexer segítségével.

Rizs. 3 - Bemenetválasztó

Tehát vessünk egy pillantást a munkára. A DD1 chip kioldóin egy gyűrű van összeszerelve számláló 2 bites gombnyomás (két trigger – 2 bit). két számjegyű bináris kód beírja a címbemeneteket a D0-D1 chip DD2. A Chip DD2 egy kettős négycsatornás kapcsoló.

A bináris kóddal összhangban a mikroáramkör kimeneteire ÉSés NÁL NÉL Az A0-A3 és B0-B3 bemenetek rendre be vannak kötve. Az R1, R2, C1 elemek kiküszöbölik a gombérintkezők visszapattanását.

Differenciáló áramkör Az R3C2 a ​​flip-flopokat nullára állítja bekapcsoláskor, és az első bemenet a kimenethez csatlakozik. A gomb megnyomásakor a DD1.1 trigger naplózási állapotba kapcsol. 1 és a második bemenet a kimenetre van kötve stb. A bemenetek felsorolása a gyűrű körül megy, az elsőtől kezdve.

Egyrészt egyszerű, másrészt kicsit kényelmetlen. Ki tudja, hogy bekapcsolás után hányszor nyomták meg a gombot és most melyik bemenet csatlakozik a kimenetre. Jó lenne feltenni egy jelzőt a csatlakoztatott bemenetről.

Idézzük fel a hétszegmenses dekódert. A jelzővel ellátott dekódert átvisszük a kapcsolóáramkörbe, és a dekóder első két bemenete (a diagramon DD3-mal jelölve), azaz az 1-es és a 2-es (7-es és 1-es érintkező) a DD1.1 DD1 triggerek közvetlen kimenetére csatlakozik. .2 (1. és 13. érintkező) . A dekóder 4. és 8. bemenetei (2. és 6. érintkező) a testhez csatlakoznak (azaz log. 0-t alkalmazunk). A jelző mutatja a csengetésszámláló állapotát, nevezetesen a 0-tól 3-ig terjedő számokat. A 0 szám az első bemenetnek, az 1-től a 2-ig stb.