Multiplexory a demultiplexory (mux a demux v anglickej skratke) sú pomerne bežné komponenty v digitálnej elektronike. Pochopenie logických procesov, ktoré sa v nich vyskytujú, vám umožní lepšie porozumieť obvodom s ich účasťou a vyvinúť zložitejšie elektronické zariadenia.

Multiplexory a demultiplexory pracujú opačným spôsobom, ale na rovnakom princípe. Pozostávajú z informačných vstupov, informačných výstupov a komutátora (selektora).

Na obrázku nižšie je schematicky znázornený multiplexor a demultiplexor.

Multiplexer má niekoľko informačných vstupov. Prepínač multiplexora vyberie, ktorý z týchto vstupov použije a pripojí ho k informačnému výstupu, ktorý má multiplexer iba jeden. Túto situáciu možno prirovnať k tomu, ak by vám veľa ľudí chcelo povedať niečo vlastné, no vy môžete počúvať len jedného.

Naopak, demultiplexor má len jeden informačný vstup a komutátor ho pripája v ľubovoľnom čase k jednému informačnému výstupu. To znamená, že je to to isté, ako keby ste chceli niečo povedať davu ľudí, ale v danom čase to môžete povedať len jednej osobe v tomto dave.

Existujú tiež mikroobvody, ktoré kombinujú funkcie multiplexerov a demultiplexorov. V angličtine sa zvyčajne označujú ako mux / demux. Môžu sa tiež nazývať obojsmerné multiplexory alebo jednoducho prepínače. Umožňujú prenos signálu v oboch smeroch. Takže nielenže sa s niekým môžete porozprávať, ale v určitom čase sa s vami môže porozprávať aj niekto z davu.

V tomto prípade má vnútorný prepínač zvyčajne niekoľko informačných vstupov, ktoré sú adresované v binárnej forme. Takmer všetky takéto mikroobvody majú OE linku (uvoľnenie výstupu alebo výstup je aktívny). Vo vnútri mikroobvodu je tiež demultiplexor s jedným vstupom a zvyčajne so štyrmi výstupmi. Na výber výstupu má mikroobvod aj dve linky na adresovanie výstupu (00, 01, 10, 11).

Existujú digitálne aj analógové multiplexory. Digitálne sú logické spínače, ktoré budú mať rovnaké výstupné napätie ako napájacie napätie. Analógové pripájajú napätie zvoleného vstupu k výstupu.

Princíp multiplexovania a demultiplexovania sa používal na úsvite rozvoja telefonovania na začiatku minulého storočia. Potom ten, kto chcel zavolať kamarátovi, zdvihol slúchadlo a čakal na odpoveď operátora. Toto je časť multiplexora, pretože v určitom okamihu operátor zo súpravy vyberie linku, na ktorej táto osoba „sedí“. Osoba hovorí, že chce hovoriť s priateľom, ktorého číslo je 12345. Toto je už časť prepínania, tu operátor dostane číslo (adresu). Potom pripojí konektor ku kanálu priateľa. Toto je časť demultiplexora. Tu je jeden riadok z mnohých kanálov pripojený iba k jednému.

Multiplexory a demultiplexory vám pomôžu vyriešiť problém rozšírenia počtu vstupných alebo výstupných liniek, ak je počet GPIO na vašom mikrokontroléri príliš malý. Ak máte v projekte veľa senzorov, môžete ich pripojiť k multiplexeru. Výstup multiplexora je potom potrebné pripojiť k ADC a prepínať adresy liniek na sekvenčné čítanie údajov zo snímačov.

Multiplexery sú tiež užitočné, keď máte niekoľko I2C čipov, ktoré majú rovnakú adresu. Jednoducho pripojte linky SDA/SCL k prepínaču a ovládajte ich v sérii. Ako prevodníky úrovní možno použiť aj multiplexory a demultiplexory.

Multiplexer je zariadenie, ktoré vezme jeden z niekoľkých vstupov a pripojí ho k jeho výstupu. Multiplexer má niekoľko informačných vstupov (D 0, D 1, ...), adresných vstupov (A 0 A 1, ...), vstup na privádzanie zábleskového signálu C a jeden výstup Q. Na obr. 1, f znázorňuje symbolický obraz multiplexora so štyrmi informačnými vstupmi.

Každému informačnému vstupu multiplexora je priradené číslo nazývané adresa. Keď sa na vstup C privedie stroboskopický signál, multiplexor vyberie jeden zo vstupov, ktorého adresa je daná binárnym kódom na adresových vstupoch a pripojí ho k výstupu.

Dodaním adries rôznych informačných vstupov na adresové vstupy je teda možné prenášať digitálnych signálov z týchto vstupov na výstup Q. Je zrejmé, že počet informačných vstupov n inf a počet adresných vstupov n adr súvisia vzťahom n inf = 2 nadr.

Činnosť multiplexora je určená tabuľkou. 1. Pri absencii stroboskopického signálu (C = 0) neexistuje spojenie medzi informačnými vstupmi a výstupmi (Q = 0). Keď sa použije stroboskopický signál (C = l), logická úroveň informačných vstupov Di sa prenesie na výstup, ktorých číslo i v binárnom tvare je špecifikované na adresových vstupoch. Takže pri nastavení adresy Al A 0 = ll 2 = 3 10 sa na výstup Q prenesie signál informačného vstupu s adresou 3 10, teda D 3 .

Podľa tejto tabuľky je možné zapísať nasledujúci logický výraz pre výstup Q:

Schéma zapojenia multiplexora zostaveného podľa tohto výrazu je znázornená na obr. 1b.

V prípadoch, kedy je potrebné prenášať viacbitové vstupné dáta paralelne na výstupy, sa využíva paralelné zapojenie multiplexerov podľa počtu bitov prenášaných dát.

Použitie multiplexerov na syntézu kombinačných zariadení.

Na syntetizovanie logických funkcií možno použiť multiplexory. V tomto prípade môže byť počet prvkov použitých v obvode (prípady integrovaných obvodov) výrazne znížený.

Booleovský výraz multiplexora obsahuje členy so všetkými kombináciami premenných adries. Preto, ak je potrebné syntetizovať funkciu troch premenných f(x 1 , x 2 , x 3), potom dve z týchto premenných (napríklad x 1, x 2) možno použiť na adresové vstupy A 1 a A 0 a tretie x 3 - na vstup informácií.

Napríklad, nech je potrebné syntetizovať funkciu uvedenú v tabuľke. 2. Výraz booleovskej funkcie

Ak vezmeme do úvahy premenné x l, x 2 ako adresové premenné, dostaneme tabuľku. 3, z ktorého je vidieť, že multiplexor na výstupe Q implementuje danú logickú funkciu. schému zapojenia znázornené na obr. 2.

Je zrejmé, že akákoľvek funkcia troch premenných môže byť syntetizovaná na štvorvstupových multiplexeroch, akákoľvek funkcia štyroch premenných môže byť syntetizovaná na osemvstupových multiplexeroch atď.

Pri syntéze kombinačných obvodov možno použiť multiplexory spolu s prvkami nejakého základu. Nech je celkový počet premenných funkcií n. Potom, ak má multiplexor n adries adresových vstupov, potom sa k nim privádza n adries premenných a privádzajú sa jeho informačné vstupy. funkcie n-n variabilná adresa.

Povedzme napríklad, že je potrebné syntetizovať logickú funkciu štyroch premenných pomocou štvorvstupového multiplexora. Ak sú adresové premenné x 1 , x 2 , potom funkcie premenných x 3 a x 4 sú určené funkciami uvedenými v tabuľke. 5 Veitchových oblastí stola. V rámci každej oblasti Veitchovej tabuľky načrtnutej pre informačné vstupy sa minimalizácia vykonáva konvenčnými metódami, po ktorých sú zostavené obvody, ktoré tvoria funkcie privádzané do informačných vstupov multiplexora.

Túto techniku ​​si ukážeme na implementácii funkcie uvedenej v tabuľke. 6.

Pri aplikácii premenných x 1 a x 2 na adresové vstupy multiplexora musia byť jeho informačné vstupy napájané D 0 = 1; D1 = 0; D 2 \u003d x 3. 4, D3 = 4. Obvod realizujúci danú funkciu je znázornený na obr. 3.

Treba mať na pamäti, že pri syntéze logického zariadenia pomocou multiplexora je tiež potrebné skonštruovať verziu obvodu bez použitia multiplexora. Potom porovnaním získaných možností určte, ktorá z možností je najlepšia z hľadiska počtu použitých puzdier integrovaných obvodov v obvode.

V počítačových obvodoch je veľa častí, ktoré sa jednotlivo javia ako zbytočné (a vo väčšine prípadov sú). Ale akonáhle sú podľa fyzikálnych zákonov zostavené do logického systému, môžu sa ukázať ako jednoducho nenahraditeľné. dobrý príklad sú multiplexory a demultiplexory. Zohrávajú dôležitú úlohu pri vytváraní komunikačných systémov. Multiplexer je jednoduchý. A uvidíte sami prečítaním článku.

Multiplexer - čo to je?

Multiplexer je zariadenie, ktoré vyberá jeden z niekoľkých vstupov a potom sa pripája k jeho výstupu. Všetko závisí od stavu binárneho kódu. Multiplexer sa používa ako prepínač signálu, ktorý má viacero vstupov a iba jeden výstup. Mechanizmus jeho práce možno opísať v nasledujúcej tabuľke:

Podobné tabuľky možno vidieť pri štúdiu programovania a konkrétnejšie pri riešení problémov logickej voľby. Najprv o analógovom multiplexeri. Priamo spájajú vstupy a výstupy. Existuje optický multiplexer, ktorý je zložitejší. Jednoducho kopírujú hodnoty, ktoré dostávajú.

Čo je to demultiplexor?

Demultiplexor je zariadenie s jedným vstupom a viacerými výstupmi. Čo bude s čím spojené - určuje binárny kód. Na tento účel sa načíta a výstup, ktorý má požadovanú hodnotu, sa pripojí k vstupu. Ako vidíte, tieto zariadenia nemusia pre plnohodnotnú prácu fungovať vo dvojiciach, ale svoje meno dostali kvôli funkcionalite, ktorú vykonávajú.

Obvod multiplexora

Pozrime sa na obvod multiplexora. Najväčšiu časť tvorí prvok AND-OR. Môže mať rôzny počet vstupov, od dvoch a teoreticky až po nekonečno. Spravidla sa však nevyrábajú na viac ako 8 vstupov. Každý jednotlivý vstup sa nazýva invertor. Tie naľavo sa nazývajú informačné. V strede sú adresové vstupy. Vpravo je zvyčajne pripojený prvok, ktorý určuje, či bude fungovať samotný multiplexor. Ten je možné doplniť o invertovaný vstup. Na písomné označenie počtu vstupov a na preukázanie, že ide o multiplexer, sa používajú záznamy tohto typu: "1 * 2". Jednotkou sa rozumie počet kolíkov, ktoré idú do zariadenia. Dvojka sa používa na označenie výstupu a zvyčajne sa rovná 1. Podľa počtu adresových vstupov sa určí, aký bit bude mať multiplexor a v tomto prípade sa použije vzorec: 2 n . Namiesto n stačí nahradiť požadovanú hodnotu. V tomto prípade 2 2 \u003d 4. Ak je pre binárny alebo ternárny multiplexor rozdiel v počte vstupov a výstupov dva a tri, potom sa hovorí, že sú úplné. Pri nižšej hodnote sú neúplné. Toto zariadenie má multiplexor. Schéma je navyše prezentovaná ako obrázok, aby ste mali čo najúplnejšiu predstavu o jej štruktúre.

Obvod demultiplexora

Na prepínanie kanálov v demultiplexoroch sa používajú iba logické prvky "AND". Majte na pamäti, že čipy CMOS sa často vyrábajú pomocou prepínačov FET. Preto sa na ne nevzťahuje pojem demultiplexor. Je možné dosiahnuť, aby jedno zariadenie zmenilo svoje vlastnosti na diametrálne odlišné? Áno, ak zameníte informačné výstupy a vstupy, v dôsledku čoho môže byť k názvu "multiplexer" pridaná predpona "de-". Svojím účelom sú podobné dekodérom. Napriek existujúcim rozdielom sú obe zariadenia v domácich mikroobvodoch označené rovnakými písmenami - ID. Demultiplexory vykonávajú jeden operand (jeden vstup, unitárny) logické funkcie, ktoré majú značné množstvo možnosti odozva na signál.

Typy multiplexerov

V zásade existujú iba dva typy multiplexerov:

1. Terminál. Tento typ multiplexerov sa nachádza na koncoch komunikačnej linky, cez ktorú sa prenášajú niektoré dáta.
2. I/O. Používajú sa ako nástroje, ktoré sa inštalujú do komunikačnej linky, aby sa odstránilo niekoľko kanálov informácií zo všeobecného toku. Týmto spôsobom sa obíde potreba inštalácie terminálových multiplexerov, čo sú drahšie mechanizmy.

Náklady na multiplexory

Stojí za zmienku, že multiplexory nie sú lacné potešenie. Najlacnejšie v súčasnosti stojí viac ako 12 tisíc rubľov, horná hranica je 270 000. Ale aj pri takýchto cenách sú stále takmer vždy výnosnejšie ako položenie novej linky. Takáto výhoda je však prítomná iba vtedy, ak existuje kvalifikovaný personál, ktorý dokáže správne vykonať celý objem práce a správne nainštalovať multiplexer. Cena sa môže mierne zvýšiť, ak nie je špecialista na plný úväzok. Vždy sa však dajú najať v špecializovaných firmách.

Multiplexovanie

Multiplexovanie signálov sa vykonáva z dôvodu značných nákladov na samotné komunikačné kanály, ako aj z dôvodu nákladov na ich údržbu. Navyše, z čisto fyzického hľadiska sa to, čo je teraz dostupné, nevyužíva naplno. Inštalácia multiplexora pre prácu v systéme je z hľadiska peňazí výnosnejšia ako organizovanie nového kanála. Okrem toho tento proces musí stráviť menej času, čo tiež znamená určité materiálne výhody.

V rámci článku sa zoznámime s princípom fungovania frekvenčného multiplexovania. S ním je pre každý prichádzajúci tok v spoločnom komunikačnom kanáli špeciálne pridelený samostatný frekvenčný rozsah. A multiplexor má za úlohu preniesť spektrum každého z prichádzajúcich spektier do iného rozsahu hodnôt. To sa robí, aby sa vylúčila možnosť kríženia rôzne kanály. Aby si ani pri prekročení stanovených limitov nestali prekážkou, využívajú technológiu strážnych intervalov. Spočíva v tom, že medzi každým kanálom nechávajú určitú frekvenciu, ktorá zaberie problémy a neovplyvní celkový stav systému. FDMA multiplexovanie je možné použiť v optických a elektrických komunikačných linkách.

Z obmedzených zdrojov sa vytvorila možnosť zlepšenia mechanizmu. Nakoniec všetko vyústilo do procesu zvaného „time multiplex“. Pomocou tohto mechanizmu je vo všeobecnom vysokorýchlostnom toku pridelený malý časový úsek na prenos jedného vstupného signálu. Toto však nie je jediná možnosť implementácie. Môže sa stať aj to, že je vyčlenená určitá časť času, ktorá sa cyklicky opakuje v danom intervale. Vo všeobecnosti je multiplexor v týchto prípadoch postavený pred úlohu poskytovať cyklický prístup k médiu na prenos dát, ktoré musí byť krátkodobo otvorené pre prichádzajúce toky.

Záver

Multiplexer je niečo, čo rozširuje možnosti komunikácie. V rámci článku sa uvažovalo o zariadeniach používaných na prenos dát, ktoré môžu výrazne ušetriť na tejto výdavkovej položke. Stručne sa zvážila aj ich schematická štruktúra a koncept multiplexovania, jeho vlastnosti a použitie. Preto sme zvážili teoretický základ. Bude to potrebné na prechod do praxe, ak chcete preskúmať multiplexory a demultiplexory.

Digitálny multiplexor je svojou architektúrou zariadenie vybavené niekoľkými digitálnymi polohovými spínačmi. Účelom ich práce je prepínanie vstupných signálov, aby sa zabezpečil ich prechod do jedného výstupného vedenia.

Digitálny multiplexor má zvyčajne tri skupiny vstupných kanálov. Adresa, ktorej binárny kód slúži na určenie spojenia medzi vstupom informácií a konečným výstupom, informáciami a nazývajú sa aj stroboskop.

V moderných integrovaných digitálnych multiplexeroch je maximum vybavené šestnástimi informačnými vstupmi.
Ak sa pri návrhu ukáže, že je potrebných viac informačných vstupov, tak sa problém rieši vytvorením štruktúry takzvaného stromu multiplexora, ktorý je vybavený niekoľkými integrovanými obvodmi.

Digitálny multiplexor je navrhnutý tak, aby syntetizoval prakticky akékoľvek požadované logické zariadenie, čím sa znižuje celkový počet použitých logických prvkov.

Na určenie potreby sa vykonajú nasledujúce akcie: na základe výstupnej funkcie sa podľa hodnôt premenných vytvorí Karnotova mapa. Ďalej sa určí poradie činnosti multiplexora v obvode. Potom sa vytvorí maskovacia matica v povinnom poradí zodpovedajúcom poradiu použitého multiplexora.

Potom sa výsledná matica prekryje na Karnotovej mape. Potom sa funkcia minimalizuje pre každú z oblastí existujúcej matice. Na konci, na základe získaných výsledkov minimalizácie, . Toto sú pravidlá syntézy založené na použití multiplexora.

Možnosti multiplexora

Využitie multiplexerov je mnohostranné. Napríklad flexibilné multiplexory umožňujú vytváranie kontinuálnych primárnych digitálnych tokov s rýchlosťou 2048 kbps na základe analógových signálov. Tiež na prepínanie dát digitálnych rozhraní krížovým prepínaním elektronických kanálov rýchlosťou až 64 kbit/s.

Okrem toho realizujú prenos digitálneho streamu cez IP / Ethernet sieť, zabezpečujú aj konverziu lineárnej signalizácie a fyzických spojov.

Flexibilné multiplexory okrem toho poskytujú možnosť vysielania, to znamená dodávanie signálov z jedného z digitálnych alebo analógových zdrojov do niekoľkých ďalších naraz. Z tohto dôvodu sa často používajú na prenos vysielaných programov súčasne na niekoľko rôznych miest.

3.7. Multiplexory a demultiplexory

Multiplexer je zariadenie, ktoré vezme jeden z niekoľkých vstupov a pripojí ho k jeho jedinému výstupu, v závislosti od stavu binárneho kódu. Inými slovami, multiplexor je signálový spínač ovládaný pomocou binárny kód a má viacero vstupov a jeden výstup. Výstup je pripojený na vstup, ktorého číslo zodpovedá riadiacemu binárnemu kódu.

Tu je súkromná definícia: multiplexer je zariadenie, ktoré konvertuje paralelný kód na sériový kód.

Štruktúra multiplexora môže byť reprezentovaná rôznymi schémami, napríklad táto:

Ryža. 1 - Príklad konkrétneho obvodu multiplexora

Najväčším prvkom je tu prvok AND-OR pre štyri vstupy. Štvorce s jednotkami sú invertory.

Poďme analyzovať závery. Tie vľavo, konkrétne D0-D3, sa nazývajú informačné vstupy. Poskytujú sa im informácie, ktoré je potrebné vybrať. Vstupy A0-A1 sa nazývajú adresové vstupy. Tu je privedený binárny kód, od ktorého závisí, ktorý zo vstupov D0-D3 bude pripojený k výstupu, v tejto schéme označenému ako Y. Vstup C - synchronizácia, pracovné povolenie.

Diagram má aj adresové vstupy s inverziou. Je to preto, aby bolo zariadenie všestrannejšie.

Obrázok ukazuje, ako sa tiež nazýva, multiplexer 4X1. Ako vieme, počet rôznych binárnych čísel, ktoré môže kód nastaviť, je určený počtom bitov kódu ako 2 n, kde n je počet bitov. Musíte nastaviť 4 stavy multiplexera, čo znamená, že v kóde adresy by mali byť 2 bity (2 2 = 4).

Aby sme vysvetlili, ako tento obvod funguje, pozrime sa na jeho pravdivostnú tabuľku:

Takže binárny kód vyberie požadovaný vstup. Napríklad máme štyri objekty, ktoré dávajú signály, a máme jedno zobrazovacie zariadenie. Berieme multiplexer. V závislosti od binárneho kódu je k zobrazovaciemu zariadeniu pripojený signál z požadovaného objektu.

Multiplexer čip je označený nasledovne:

Ryža. 2 - Multiplexer ako ISS

Demultiplexor- spätné zariadenie multiplexora. To znamená, že demultiplexor má jeden vstup a veľa výstupov. Binárny kód určuje, ktorý výstup bude pripojený k vstupu.

Inými slovami, demultiplexor je zariadenie, ktoré vzorkuje jeden zo svojich niekoľkých výstupov a pripája ho k jeho vstupu, alebo je to signálový spínač riadený binárnym kódom s jedným vstupom a niekoľkými výstupmi.

Výstup je pripojený na vstup, ktorého číslo zodpovedá stavu binárneho kódu. A súkromná definícia: demultiplexor je zariadenie, ktoré konvertuje sériový kód na paralelný.

Zvyčajne sa používa ako demultiplexor dekodéry binárny kód na pozičný kód, v ktorom je zavedený dodatočný vstup hradlovania.

Vzhľadom na podobnosť obvodov multiplexora a demultiplexora v sérii CMOS existujú mikroobvody, ktoré sú multiplexorom aj demultiplexorom, v závislosti od toho, z ktorej strany sa majú vysielať signály.

Napríklad K561KP1, fungujúci ako prepínač 8x1 a prepínač 1x8 (teda ako multiplexor a demultiplexor s ôsmimi vstupmi alebo výstupmi). Okrem toho v čipoch CMOS existuje okrem prepínania digitálnych signálov (logická 0 alebo 1) možnosť prepínania analógových.

Inými slovami, je to digitálne riadený prepínač analógového signálu. Takéto mikroobvody sa nazývajú spínače. Napríklad pomocou prepínača môžete prepínať signály vstupujúce na vstup zosilňovača (volič vstupu). Zvážte obvod voliča vstupu UMZCH. Postavme to pomocou spúšťačov a multiplexora.

Ryža. 3 - Prepínač vstupu

Poďme sa teda pozrieť na prácu. Na spúšťačoch čipu DD1 je namontovaný krúžok počítadlo 2-bitové stlačenia tlačidla (dva spúšte - 2 bity). dvojciferný binárny kód zadáva adresné vstupy D0-D1 čip DD2. Čip DD2 je dvojkanálový prepínač.

V súlade s binárnym kódom na výstupy mikroobvodu ALE a AT sú pripojené vstupy A0-A3 a B0-B3. Prvky R1, R2, C1 eliminujú odskok kontaktov tlačidiel.

Diferenciačný obvod R3C2 nastaví klopné obvody na nulu pri zapnutí, pričom prvý vstup je pripojený k výstupu. Po stlačení tlačidla sa spúšťač DD1.1 prepne do stavu log. 1 a druhý vstup je pripojený k výstupu atď. Vyčíslenie vstupov prechádza kruhom, počnúc prvým.

Na jednej strane je to jednoduché, na druhej strane trochu nepohodlné. Ktovie, koľkokrát bolo tlačidlo po zapnutí stlačené a ktorý vstup je teraz pripojený k výstupu. Bolo by pekné umiestniť indikátor pripojeného vstupu.

Pripomeňme si sedemsegmentový dekodér. Dekodér s indikátorom prenesieme do spínacieho obvodu a prvé dva vstupy dekodéra (na schéme označené ako DD3), t.j. 1 a 2 (vývody 7 a 1) sú pripojené na priame výstupy spúšťačov DD1.1 DD1. .2 (piny 1 a 13) . Vstupy dekodéra 4 a 8 (piny 2 a 6) sú pripojené k telu (t.j. aplikujeme log. 0). Indikátor zobrazí stav počítadla zvonení, konkrétne čísla od 0 do 3. Číslo 0 zodpovedá prvému vstupu, 1 druhému atď.