Multiplexer e demultiplexer (mux e demux nell'abbreviazione inglese) sono componenti abbastanza comuni nell'elettronica digitale. Comprendere i processi logici che si verificano in essi ti consentirà di comprendere meglio i circuiti con la loro partecipazione e sviluppare dispositivi elettronici più complessi.

Multiplexer e demultiplexer funzionano in modi opposti, ma secondo lo stesso principio. Sono costituiti da ingressi di informazioni, uscite di informazioni e un commutatore (selettore).

L'immagine seguente mostra schematicamente il multiplexer e il demultiplexer.

Il multiplexer ha diversi ingressi di informazioni. L'interruttore del multiplexer seleziona quale di questi ingressi utilizzare e lo collega all'uscita delle informazioni, di cui il multiplexer ne ha solo uno. Questa situazione può essere paragonata a se un gruppo di persone volesse dirti qualcosa di proprio, ma alla volta puoi ascoltarne solo una.

Il demultiplexer, al contrario, ha un solo ingresso di informazione e il commutatore lo collega a un'uscita di informazione alla volta. Cioè, è come se volessi dire qualcosa a una folla di persone, ma in qualsiasi momento puoi dirla solo a una persona in quella folla.

Esistono anche microcircuiti che combinano le funzioni di multiplexer e demultiplexer. In inglese, sono generalmente indicati come mux / demux. Possono anche essere chiamati multiplexer bidirezionali o semplicemente switch. Consentono la trasmissione del segnale in entrambe le direzioni. Quindi non solo puoi parlare con qualcuno, ma qualcuno tra la folla può parlare con te in un certo momento.

In questo caso, lo switch interno ha solitamente più ingressi di informazioni indirizzati in forma binaria. Quasi tutti questi microcircuiti hanno una linea OE (abilitazione dell'uscita o uscita attiva). Inoltre all'interno del microcircuito è presente un demultiplexer con un ingresso e, solitamente, con quattro uscite. Per selezionare l'uscita, il microcircuito dispone anche di due linee per l'indirizzamento dell'uscita (00, 01, 10, 11).

Esistono multiplexer digitali e analogici. I digitali sono interruttori logici, che avranno la stessa tensione di uscita della tensione di alimentazione. Quelli analogici collegano la tensione dell'ingresso selezionato all'uscita.

Il principio del multiplexing e del demultiplexing è stato utilizzato agli albori dello sviluppo della telefonia all'inizio del secolo scorso. Quindi la persona che voleva chiamare l'amico sollevò la cornetta e aspettò la risposta dell'operatore. Questa è la parte del multiplexer, perché ad un certo punto, l'operatore del set seleziona la linea su cui questa persona “siede”. La persona dice che vuole parlare con un amico il cui numero è 12345. Questa è già la parte di commutazione, qui l'operatore riceve un numero (indirizzo). Successivamente, collega il connettore al canale di un amico. Questa è la parte del demultiplatore. Qui, una linea dei molti canali è collegata a uno solo.

Multiplexer e demultiplexer ti aiuteranno a risolvere il problema dell'espansione del numero di linee di input o output se il numero di GPIO sul tuo microcontrollore è troppo piccolo. Se hai molti sensori nel tuo progetto, puoi collegarli al multiplexer. L'uscita del multiplexer deve quindi essere collegata all'ADC e commutare gli indirizzi delle linee per leggere in sequenza i dati dai sensori.

Inoltre, i multiplexer sono utili quando si hanno diversi chip I2C che hanno lo stesso indirizzo. Basta collegare le linee SDA/SCL allo switch e controllarle in serie. Multiplexer e demultiplexer possono essere utilizzati anche come convertitori di livello.

Un multiplexer è un dispositivo che prende uno dei diversi ingressi e lo collega alla sua uscita. Il multiplexer dispone di diversi ingressi di informazione (D 0 , D 1 , ...), ingressi di indirizzo (A 0 A 1 , ...), un ingresso per l'alimentazione di un segnale strobo C e un'uscita Q. In fig. 1, f mostra un'immagine simbolica di un multiplexer con quattro ingressi di informazioni.

A ogni ingresso di informazioni del multiplexer viene assegnato un numero chiamato indirizzo. Quando un segnale strobo viene applicato all'ingresso C, il multiplexer seleziona uno degli ingressi, il cui indirizzo è dato da un codice binario sugli ingressi dell'indirizzo, e lo collega all'uscita.

Pertanto, fornendo gli indirizzi di vari ingressi di informazioni agli ingressi di indirizzi, è possibile trasmettere segnali digitali da questi ingressi all'uscita Q. Ovviamente, il numero di ingressi di informazione n inf e il numero di ingressi di indirizzo n adr sono legati dalla relazione n inf = 2 nadr.

Il funzionamento del multiplexer è determinato dalla Tabella. 1. In assenza di un segnale stroboscopico (C = 0), non c'è connessione tra gli ingressi di informazione e l'uscita (Q = 0). Quando viene applicato un segnale stroboscopico (C = l), all'uscita viene trasmesso il livello logico di quello degli ingressi di informazione DI, il cui numero i in forma binaria viene specificato agli ingressi di indirizzo. Quindi, impostando l'indirizzo A l A 0 = ll 2 = 3 10, il segnale dell'informazione in ingresso con l'indirizzo 3 10, cioè D 3 , sarà trasmesso all'uscita Q.

In base a questa tabella si può scrivere la seguente espressione logica per l'uscita Q:

Lo schema elettrico del multiplexer costruito secondo questa espressione è mostrato in Fig. 1b.

Nei casi in cui è necessario trasmettere dati di ingresso multi-bit in forma parallela alle uscite, viene utilizzata la connessione parallela di multiplexer in base al numero di bit di dati trasmessi.

L'uso di multiplexer per la sintesi di dispositivi combinatori.

I multiplexer possono essere utilizzati per sintetizzare funzioni logiche. In questo caso, il numero di elementi utilizzati nel circuito (casi di circuiti integrati) può essere notevolmente ridotto.

L'espressione booleana multiplexer contiene membri con tutte le combinazioni di variabili di indirizzo. Pertanto, se è necessario sintetizzare una funzione di tre variabili f(x 1 , x 2 , x 3), allora due di queste variabili (ad esempio x 1 , x 2) possono essere applicate agli ingressi di indirizzo A 1 e A 0 e il terzo x 3 - all'input di informazioni.

Ad esempio, sia richiesto di sintetizzare la funzione data in Tabella. 2. Espressione di funzione booleana

Considerando le variabili x l, x 2 come variabili di indirizzo, otteniamo la Tabella. 3, da cui si evince che il multiplexer all'uscita Q implementa la funzione logica data. schema elettrico mostrato in fig. 2.

Ovviamente, qualsiasi funzione di tre variabili può essere sintetizzata su multiplexer a quattro ingressi, qualsiasi funzione di quattro variabili può essere sintetizzata su multiplexer a otto ingressi, ecc.

Quando si sintetizzano circuiti combinatori, i multiplexer possono essere utilizzati insieme a elementi di una certa base. Sia n il numero totale di funzioni variabili. Quindi, se il multiplexer ha n indirizzi di input di indirizzi, gli vengono forniti n indirizzi di variabili e vengono alimentati i suoi input di informazioni funzioni n-n indirizzo variabile.

Ad esempio, è necessario sintetizzare una funzione logica di quattro variabili utilizzando un multiplexer a quattro ingressi. Se le variabili di indirizzo sono x 1 , x 2 , allora le funzioni delle variabili x 3 e x 4 , determinate da quelle mostrate in Tabella. 5 Aree della tavola di Veitch. All'interno di ciascuna area della tabella di Veitch delineata per gli ingressi di informazioni, la minimizzazione viene effettuata con metodi convenzionali, dopodiché vengono costruiti i circuiti che costituiscono le funzioni fornite agli ingressi di informazioni del multiplexer.

Mostreremo questa tecnica sull'implementazione della funzione data in Tabella. 6.

Quando si applicano le variabili x 1 e x 2 agli ingressi di indirizzo del multiplexer, i suoi ingressi di informazione devono essere alimentati D 0 = 1; D1 = 0; D 2 \u003d x 3. 4 , D 3 = 4 . Il circuito che realizza la funzione data è mostrato in fig. 3.

Va tenuto presente che quando si sintetizza un dispositivo logico utilizzando un multiplexer, è anche necessario costruire una versione del circuito senza utilizzare un multiplexer. Quindi, confrontando le opzioni ottenute, determinare quale delle opzioni è la migliore in termini di numero di pacchetti di circuiti integrati utilizzati nel circuito.

Ci sono molte parti nei circuiti dei computer che singolarmente appaiono inutili (e nella maggior parte dei casi lo sono). Ma non appena, aderendo alle leggi della fisica, vengono assemblati in un sistema logico, possono rivelarsi semplicemente insostituibili. buon esempio sono multiplexer e demultiplexer. Svolgono un ruolo importante nella creazione di sistemi di comunicazione. Il multiplexer è facile. E lo vedrai di persona leggendo l'articolo.

Multiplexer - che cos'è?

Un multiplexer è un dispositivo che seleziona uno dei diversi ingressi e quindi si collega alla sua uscita. Tutto dipende dallo stato del codice binario. Il multiplexer viene utilizzato come commutatore di segnale che ha più ingressi e una sola uscita. Il meccanismo del suo lavoro può essere descritto dalla seguente tabella:

Tabelle simili si possono vedere quando si studia la programmazione e, più specificamente, quando si risolvono problemi di scelta logica. Innanzitutto, sul multiplexer analogico. Collegano direttamente ingressi e uscite. C'è un multiplexer ottico, che è più complesso. Copiano semplicemente i valori che ricevono.

Che cos'è un demultiplatore?

Un demultiplexer è un dispositivo con un ingresso e più uscite. Cosa sarà collegato a cosa - determina il codice binario. Per fare ciò, viene letto e l'uscita, che ha il valore richiesto, viene collegata all'ingresso. Come puoi vedere, questi dispositivi non devono funzionare in coppia per un lavoro a tutti gli effetti, ma hanno preso il nome dalle funzionalità che svolgono.

Circuito multiplexer

Diamo un'occhiata al circuito multiplexer. La parte più grande è l'elemento AND-OR. Può avere un numero diverso di ingressi, che vanno da due e teoricamente all'infinito. Ma, di regola, non sono realizzati per più di 8 ingressi. Ogni singolo ingresso è chiamato inverter. Quelli a sinistra sono chiamati informativi. Nel mezzo ci sono gli input degli indirizzi. Sulla destra, di solito è collegato un elemento che determina se il multiplexer stesso funzionerà. Questo può essere integrato con un ingresso invertito. Per una designazione scritta del numero di ingressi e per dimostrare che si tratta di un multiplexer, vengono utilizzati record di questo tipo: "1 * 2". Un'unità è intesa come il numero di pin che vanno al dispositivo. Due è usato per designare un'uscita e di solito è uguale a 1. A seconda del numero di ingressi di indirizzo, viene determinato quale bit avrà il multiplexer, e in questo caso viene utilizzata la formula: 2 n . Invece di n basta sostituire il valore richiesto. In questo caso, 2 2 \u003d 4. Se per un multiplexer binario o ternario la differenza nel numero di ingressi e uscite è rispettivamente di due e tre, si dice che sono completi. A un valore inferiore, sono incompleti. Questo dispositivo ha un multiplexer. Lo schema è inoltre presentato come un'immagine in modo da avere un'idea più completa della sua struttura.

Circuito demultiplatore

Per la commutazione dei canali nei demultiplexer vengono utilizzati solo gli elementi logici "AND". Tieni presente che i chip CMOS sono spesso costruiti utilizzando interruttori FET. Pertanto, il concetto di demultiplexer non si applica a loro. È possibile fare in modo che un dispositivo modifichi le sue proprietà in quelle diametralmente opposte? Sì, se si scambiano output e input di informazioni, per cui è possibile aggiungere il prefisso "de-" al nome "multiplexer". Nel loro scopo, sono simili ai decoder. Nonostante la differenza esistente, entrambi i dispositivi nei microcircuiti domestici sono designati dalle stesse lettere: ID. I demultiplexer eseguono un singolo operando (singolo input, unitario) funzioni logiche, che hanno un importo significativo opzioni risposta a un segnale.

Tipi di multiplexer

Fondamentalmente, ci sono solo due tipi di multiplexer:

1. Terminale. Questo tipo di multiplexer si trovano alle estremità della linea di comunicazione attraverso la quale vengono trasmessi alcuni dati.
2. I/O. Sono utilizzati come strumenti che vengono installati in un'interruzione di linea di comunicazione per rimuovere diversi canali di informazioni dal flusso generale. In questo modo viene aggirata la necessità di installare multiplexer terminali, che sono meccanismi più costosi.

Il costo dei multiplexer

Vale la pena notare che i multiplexer non sono un piacere a buon mercato. Il più economico al momento costa più di 12 mila rubli, il limite superiore è di 270.000, ma anche a tali prezzi sono ancora quasi sempre più redditizi rispetto alla posa di una nuova linea. Ma un tale vantaggio è presente solo se c'è personale qualificato in grado di eseguire correttamente l'intera quantità di lavoro e installare correttamente il multiplexer. Il prezzo può aumentare leggermente se non c'è uno specialista a tempo pieno. Ma possono sempre essere assunti in aziende specializzate.

Multiplexing

Il multiplexaggio dei segnali viene effettuato sia per il notevole costo dei canali di comunicazione stessi, sia per i costi della loro manutenzione. Inoltre, da un punto di vista puramente fisico, ciò che è disponibile ora non viene utilizzato al massimo delle sue potenzialità. Installare un multiplexer per funzionare nel sistema è più redditizio in termini di denaro che organizzare un nuovo canale. Inoltre, questo processo richiede meno tempo, il che implica anche alcuni vantaggi materiali.

Nell'ambito dell'articolo, conosceremo il principio di funzionamento del multiplexing di frequenza. Con esso, un intervallo di frequenza separato viene assegnato in modo speciale per ciascun flusso in ingresso in un canale di comunicazione comune. E il multiplexer ha il compito di trasferire lo spettro di ciascuno degli spettri in arrivo a un diverso intervallo di valori. Questo viene fatto per eliminare la possibilità di attraversamento canali diversi. Affinché non diventino un ostacolo l'uno per l'altro anche quando vanno oltre i limiti assegnati, usano la tecnologia degli intervalli di guardia. Sta nel fatto che lasciano una certa frequenza tra ogni canale, che prenderà il colpo di problemi e non influirà sullo stato generale del sistema. Il multiplexing FDMA può essere applicato in linee di comunicazione ottiche ed elettriche.

Dalle risorse limitate è nata la possibilità di migliorare il meccanismo. Alla fine, tutto ha portato a un processo chiamato "time multiplexing". Con questo meccanismo, viene allocato un piccolo periodo di tempo nel flusso generale ad alta velocità per la trasmissione di un segnale di ingresso. Ma questa non è l'unica opzione di implementazione. Può anche darsi che venga assegnata una certa parte del tempo, che viene ripetuta ciclicamente a un dato intervallo. In generale, il multiplexer in questi casi ha il compito di fornire un accesso ciclico al mezzo trasmissivo, che deve essere aperto ai flussi in entrata per brevi periodi.

Conclusione

Un multiplexer è qualcosa che espande le possibilità di comunicazione. Nell'ambito dell'articolo sono stati considerati i dispositivi utilizzati per la trasmissione dei dati, che possono far risparmiare notevolmente su questa voce di spesa. Inoltre, sono stati brevemente considerati la loro struttura schematica e il concetto di multiplexing, le sue caratteristiche e l'applicazione. Abbiamo quindi considerato le basi teoriche. Sarà necessario per la transizione per esercitarsi se si desidera esplorare multiplexer e demultiplexer.

Per la sua architettura, un multiplexer digitale è un dispositivo dotato di diversi interruttori di posizione digitali. Lo scopo del loro lavoro è di commutare i segnali di ingresso per garantire il loro passaggio in un'unica linea di uscita.

Un multiplexer digitale ha in genere tre gruppi di canali di ingresso. Indirizzo, il cui codice binario serve a determinare la connessione tra l'informazione in ingresso e l'uscita finale, informazione e, sono anche chiamati strobo.

Nei moderni multiplexer digitali integrati, il massimo è dotato di sedici ingressi di informazioni.
Se durante la progettazione si scopre che sono necessari più input di informazioni, il problema viene risolto creando una struttura del cosiddetto albero multiplexer, che è dotato di diversi circuiti integrati.

Il multiplexer digitale è progettato per sintetizzare virtualmente qualsiasi dispositivo logico richiesto, riducendo così il numero totale di elementi logici utilizzati.

Per determinare la necessità, vengono eseguite le seguenti azioni: in base alla funzione di output, in base ai valori delle variabili, viene costruita una mappa di Karnot. Successivamente, viene determinato l'ordine di funzionamento del multiplexer nel circuito. Quindi, viene costruita una matrice di mascheratura in un ordine obbligatorio corrispondente all'ordine del multiplexer applicato.

Successivamente, la matrice risultante viene sovrapposta alla mappa di Karnot. Quindi, la funzione viene ridotta a icona per ciascuna delle regioni della matrice esistente. Alla fine, sulla base dei risultati di minimizzazione ottenuti, . Queste sono le regole di sintesi basate sull'uso di un multiplexer.

Capacità multiplexer

L'uso dei multiplexer è multiforme. Ad esempio, multiplexer flessibili consentono la formazione di flussi digitali primari continui a una velocità di 2048 kbps basati su segnali analogici. Anche per la commutazione dei dati delle interfacce digitali mediante la commutazione incrociata dei canali elettronici a velocità fino a 64 kbit/s.

Inoltre effettuano la trasmissione di un flusso digitale su rete IP/Ethernet, forniscono anche la conversione di segnalazioni lineari e giunti fisici.

I multiplexer flessibili, inoltre, offrono la possibilità di collegamenti broadcast, ovvero la fornitura di segnali da una delle sorgenti digitali o analogiche a più altre contemporaneamente. Per questo motivo, vengono spesso utilizzati per trasmettere programmi di trasmissione contemporaneamente a più località diverse.

3.7. Multiplexer e Demultiplexer

multiplexerè un dispositivo che prende uno dei vari ingressi e lo collega alla sua unica uscita, a seconda dello stato del codice binario. In altre parole, un multiplexer è un interruttore di segnale controllato da codice binario e avendo più ingressi e un'uscita. L'uscita è collegata all'ingresso il cui numero corrisponde al codice binario di controllo.

Bene, ecco una definizione privata: multiplexerè un dispositivo che converte il codice parallelo in codice seriale.

La struttura del multiplexer può essere rappresentata da vari schemi, ad esempio questo:

Riso. 1 - Un esempio di un circuito multiplexer specifico

L'elemento più grande qui è un elemento AND-OR per quattro input. I quadrati con uno sono inverter.

Analizziamo le conclusioni. Quelli a sinistra, vale a dire D0-D3, sono chiamati input di informazioni. Vengono fornite informazioni da selezionare. Gli ingressi A0-A1 sono chiamati ingressi di indirizzo. Qui viene fornito il codice binario, da cui dipende quale degli ingressi D0-D3 sarà collegato all'uscita, in questo schema indicato come Y. Input C - sincronizzazione, permesso di lavoro.

Il diagramma ha anche ingressi di indirizzo con inversione. Questo per rendere il dispositivo più versatile.

La figura mostra, come viene anche chiamato, un multiplexer 4X1. Come sappiamo, il numero di diversi numeri binari che il codice può impostare è determinato dal numero di bit di codice come 2 n, dove n è il numero di bit. È necessario impostare 4 stati del multiplexer, il che significa che dovrebbero esserci 2 bit nel codice dell'indirizzo (2 2 = 4).

Per spiegare come funziona questo circuito, diamo un'occhiata alla sua tabella di verità:

Quindi il codice binario seleziona l'ingresso desiderato. Ad esempio, abbiamo quattro oggetti e danno segnali e abbiamo un dispositivo di visualizzazione. Prendiamo un multiplexer. A seconda del codice binario, un segnale dall'oggetto desiderato viene collegato al dispositivo di visualizzazione.

Il chip multiplexer è designato come segue:

Riso. 2 - Multiplexer come ISS

Demultiplatore- il dispositivo inverso del multiplexer. Cioè, il demultiplexer ha un ingresso e molte uscite. Il codice binario determina quale uscita sarà collegata all'ingresso.

In altre parole, demultiplatoreè un dispositivo che campiona una delle sue numerose uscite e la collega al suo ingresso, oppure è un interruttore di segnale controllato da codice binario e avente un ingresso e più uscite.

L'uscita è collegata all'ingresso, il cui numero corrisponde allo stato del codice binario. E una definizione privata: demultiplatoreè un dispositivo che converte il codice seriale in parallelo.

Solitamente usato come demultiplexer decodificatori codice binario in codice posizionale, in cui viene introdotto un input di gating aggiuntivo.

A causa della somiglianza dei circuiti multiplexer e demultiplexer della serie CMOS, ci sono microcircuiti che sono sia multiplexer che demultiplexer, a seconda del lato da cui inviare i segnali.

Ad esempio, K561KP1, funzionante come switch 8x1 e switch 1x8 (ovvero come multiplexer e demultiplexer con otto ingressi o uscite). Inoltre, nei chip CMOS, oltre a commutare i segnali digitali (logico 0 o 1), c'è la possibilità di commutare quelli analogici.

In altre parole, è un interruttore di segnale analogico controllato digitalmente. Tali microcircuiti sono chiamati interruttori. Ad esempio, utilizzando un interruttore, è possibile commutare i segnali che entrano nell'ingresso dell'amplificatore (selettore di ingresso). Considera il circuito del selettore di ingresso UMZCH. Costruiamolo usando trigger e un multiplexer.

Riso. 3 - Selettore di ingresso

Quindi diamo un'occhiata al lavoro. Sui trigger del chip DD1 è assemblato un anello contatore Pressioni di pulsanti a 2 bit (due trigger - 2 bit). due cifre codice binario inserisce l'indirizzo ingressi D0-D1 chip DD2. Il chip DD2 è un doppio interruttore a quattro canali.

In conformità con il codice binario alle uscite del microcircuito MA e A gli ingressi A0-A3 e B0-B3 sono collegati rispettivamente. Gli elementi R1, R2, C1 eliminano il rimbalzo dei contatti dei pulsanti.

Circuito Differenziato R3C2 azzera i flip-flop all'accensione, con il primo ingresso collegato all'uscita. Quando si preme il pulsante, il trigger DD1.1 passa allo stato di registro. 1 e il secondo ingresso è collegato all'uscita, ecc. L'enumerazione degli ingressi fa il giro dell'anello, a partire dal primo.

Da un lato è semplice, dall'altro è un po' scomodo. Chissà quante volte il pulsante è stato premuto dopo l'accensione e quale ingresso è collegato all'uscita ora. Sarebbe bello mettere un indicatore dell'ingresso collegato.

Richiama il decoder a sette segmenti. Trasferiamo il decoder con l'indicatore al circuito dell'interruttore e i primi due ingressi del decoder (indicati come DD3 nel diagramma), ovvero 1 e 2 (pin 7 e 1) sono collegati alle uscite dirette dei trigger DD1.1 DD1 .2 (pin 1 e 13) . Gli ingressi del decoder 4 e 8 (pin 2 e 6) sono collegati al corpo (cioè applichiamo il log. 0). L'indicatore mostrerà lo stato del contatore di squilli, ovvero i numeri da 0 a 3. Il numero 0 corrisponde al primo ingresso, 1 al 2°, ecc.