Multiplexerek és demultiplexerek

A multiplexerek és a demultiplexerek a kombinált eszközök osztályába tartoznak, amelyeket arra terveztek, hogy adatfolyamokat kapcsoljanak a kommunikációs vonalakban megadott címeken. Az adatok nagy része benne digitális rendszerek közvetlenül a nyomtatott áramköri lapok vezetékein és vezetőin keresztül továbbítják. Gyakran szükség van információs bináris jelek (vagy analóg-digitális rendszerekben analóg) továbbítására a jelforrástól a fogyasztókhoz. Bizonyos esetekben szükség van az adatok nagy távolságra történő továbbítására telefonvonalakon, koaxiális és optikai kábeleken keresztül. Ha az összes adatot egyidejűleg továbbítanák párhuzamos kommunikációs vonalakon, az ilyen kábelek teljes hossza túl hosszú lenne, és túl drágák lennének. Ehelyett az adatokat egyetlen vezetéken továbbítják soros formában, és párhuzamos adatokba csoportosítják az egyetlen kommunikációs vonal vevő végén. Azokat az eszközöket, amelyek egy adott számú (című) adatforrás kommunikációs vonalra történő csatlakoztatására szolgálnak, multiplexereknek nevezzük. Azokat az eszközöket, amelyekkel egy kommunikációs vonalat egy adott címmel rendelkező információs vevőhöz csatlakoztatnak, demultiplexereknek nevezzük. Az egyik digitális eszközről származó párhuzamos adatok egy multiplexer segítségével soros információs jelekké alakíthatók, amelyeket egy vezetéken továbbítanak. A demultiplexer kimenetein ezek a soros bemeneti jelek vissza csoportosíthatók párhuzamos adatokká.

1. Multiplexerek

Elméleti információk

IN digitális eszközök Gyakran felmerül az igény m különböző eszközről digitális információt n vevőre nyilvános csatornán keresztül továbbítani. Ehhez a csatorna bemenetére telepítsünk egy M eszközt (1.1. ábra), úgynevezett multiplexert, amely az Am címkód szerint az m („1 of m”) információforrás egyikét köti össze a csatornán, a csatorna kimenetén pedig a DM eszköz (demultiplexer) biztosítja az információ átvitelét egy An digitális címmel rendelkező vevő számára.

Ez azt jelenti, hogy a multiplexer egy olyan kombinált eszköz, amelyet arra terveztek, hogy a címkódnak megfelelően n bemeneti jel közül egyet egy közös kimenetre kössön. A számítógépes áramkörrel kapcsolatban: a multiplexer az funkcionális egység digitális rendszer, amelynek célja az információ átkapcsolása (átkapcsolása) az m címezhető bemenet egyikéről egy közös kimenetre. Az A 0,...A k -1 címkód határozza meg, hogy egy adott bemeneti vonal a kimenetre csatlakozik a számítógépes idő minden ciklusában. Az m információ száma és a k cím közötti kapcsolatot az m2 k összefüggés határozza meg. Így a multiplexer vezérelt adatátvitelt valósít meg több bemeneti vonalról egy kimeneti vonalra.

A multiplexer (és demultiplexer) működési elvét jól szemlélteti az ábra. 1.1.

A multiplexerek funkcióját az LE típusú mezőben MUX (multiplexor) betűkkel írjuk. A multiplexer hagyományos grafikus jelölése (UGO) az 1.2. ábrán látható.

A multiplexereket egyedi vonalak vagy vonalcsoportok (buszok) kapcsolására, párhuzamos kódok soros kóddá alakítására, több változó logikai funkcióinak megvalósítására, összehasonlító áramkörök és kódgenerátorok készítésére használják. A multiplexerekkel kapcsolatban az „adatválasztó” kifejezést is használják.

A multiplexerek címdekódolót tartalmaznak. A dekóder jelei vezérlik a logikai kapukat, és csak az egyiken engedik át az információt. A multiplexer m=4-re vonatkozó működési logikáját az 1.1. táblázat írja le, ahol x 0 ,...,x 3 független információforrások kimenetei, az A 0, A 1 változók pedig címezhetők, azaz. bináris kódban jelenti a csatlakoztatott információ bemenet számát pillanatnyilag az Y kimenetére. Ekkor a multiplexer működését a táblázat igazságtáblázata írja le. 1.1:

A Boole-algebra szempontjából a multiplexer függvény a következő:

Az 1.1. táblázatban meghatározott transzformációt megvalósító legegyszerűbb multiplexer AND, VAGY logikai elemekre építhető címdekóderrel kombinálva. Egy ilyen struktúrában az Y multiplexer kimenetén lévő jelet a dekódoló logikai szakaszaiban a címjelek késleltetésével állítják be (1.3. ábra, a).

A multiplexer teljesítménye címdekódoló és információs kapuk kombinálásával növelhető (1.3b. ábra).

A C villogó bemenet (az 1.3. ábrán b) arra szolgál, hogy megakadályozza a véletlen bemenetek jogosulatlan csatlakozását a kimenethez, miközben a címek változnak. Egy rövid blokkoló impulzus (strobe impulzus) biztosítja, hogy a kimenet le legyen választva a bemenetekről az átirányítás idejére.

Nézzük meg a multiplexerek néhány áramköri alkalmazását. Teljesen kézenfekvő, hogy multiplexert használunk párhuzamos m-bites bináris kód sorossá konvertálására. Ehhez elegendő egy párhuzamos kódot alkalmazni a multiplexer bemeneteire, majd a címkódot a kívánt sorrendben szekvenciálisan megváltoztatni. Ebben az esetben, hogy elkerüljük a hamis jel megjelenését a multiplexer kimenetén, a villogó impulzusnak le kell választania a kimenetet a bemenetekről a címváltási időszak alatt.

A multiplexerek segítségével több változó logikai függvényei szerkeszthetők diszjunktív normálforma formájában. Legyen egy logikai függvény definiálva öt független változóval. Ha ezeket a megfelelő multiplexer címbemeneteire alkalmazzuk 2 5 = 32 információs bemenettel (multiplexer fa), akkor ahhoz, hogy a Q kimeneten öt változóból tetszőleges függvényt kapjunk, elegendő logikai egységeket alkalmazni az információs bemenetekre, a amelynek címe egybeesik a szintetizált függvény mintermeivel. Logikai nullákat kell alkalmazni a fennmaradó bemenetekre, ezzel kizárva a megfelelő kombinációkat a kimeneti függvényből. Ez a módszer akkor elfogadható, ha az m változós függvény közel 2 m számú mintermet tartalmaz, ellenkező esetben a séma redundánsnak bizonyul.

A multiplexer hatékonyabban használható, ha a függvény argumentumokat nem csak a címbemenetekre, hanem az információbemenetekre is megadjuk. Ehhez az f(x 1...,x m) szintetizált függvény argumentumait felosztjuk D i információbemenetekre és címbemenetekre (A j), így ez utóbbiakat a mintermekben leggyakrabban szereplő változók vezérlik. a funkciót.

Az integrált multiplexerek négy, nyolc vagy tizenhat bemenettel kaphatók. A kaszkádos multiplexerek lehetővé teszik tetszőleges számú bemeneti vonal kapcsolását kisebb kapacitású soros multiplexer mikroáramkörök alapján. Az 1. ábra egy példát mutat be 16 bemenettel rendelkező multiplexerekből álló áramkör felépítésére tipikus 4 bemenetes multiplexerek alapján. Az ilyen áramkört multiplexerfának nevezzük.

A multiplexeren alapuló logikai függvényt megvalósító eszköz szintézis-algoritmusa a következő műveleteket tartalmazza:

reprezentálja a függvényt SDNF formájában;

adott SDNF-hez töltse ki a Karnot (Veitch) térképet;

A Karnot (Veitch) térképen válassza ki a területeket a multiplexer információbemeneteinek számának megfelelően. Az ilyen területeken az m sorok és n oszlopok számának meg kell felelnie a következő feltételnek: m,n=2 k , ahol k=0,1,2,...A kiválasztott területeken belül értéküket megőrző változók a címek, ill. a többi tájékoztató jellegű;

a kiválasztott (vagy meghatározott) multiplexer címbemeneteire bármilyen módon címváltozókat küldeni, így meghatározva a címterületek egy adott információs bemenetnek való egyértelmű megfelelését;

minden területen keresse meg az MDNF/MCNF-et az információs változókra vonatkozóan az információbevitel vezérléséhez;

azonos MDNF/MCNF transzformációkkal hozza azt olyan formába, amely alkalmas a közös megvalósításhoz;

áramkörök megvalósítása a multiplexer minden egyes információs bemenetéhez a kiválasztott elemalapon.

Nézzünk egy példát egy bizonyos funkciót megvalósító multiplexer felépítésére:

Ehhez a függvényhez készítünk egy Karnaugh-térképet:

2. Adjunk meg egy 4 információs bemenettel rendelkező multiplexert (2 bemenet cím). Kiemeljük a címterületeket a Karnaugh térképen. A választott címterületekre particionálásnál az X 1, X 3 változók címekké váltak. A címbemenetekre kétféleképpen lehet ellátni: A 1 =X 1, A 0 =X 3 vagy A 1 =X 3, A 0 =X 1 (a betáplálás módja nem számít). Ekkor a címterületek a D 0, D 1, D 2, D 3 információs bemeneteknek felelnek meg (a Carnaugh térképen látható). A címterületek meghatározzák a multiplexer megfelelő információ-bemenetének vezérlési funkcióit.

Minimalizáljuk a menedzsment funkciókat:

D 1 = X 0, D 2 = X 0,

Valósítsuk meg a kapott függvényeket (1.5. ábra):

Multiplexer kutatás

A munka célja a kombinált eszközök működési logikájának, statikus és dinamikus paramétereinek vizsgálata egy Schaeffer elemekre épített négybemenetes multiplexer példáján.

A négy bemenetes multiplexer sematikus diagramja a 2. ábrán látható. 1.6.

Munkavégzés

Szerelje össze a vizsgált multiplexer áramkört (1.7. ábra). Az ábrán a G1, G2, G3, G4 téglalap alakú impulzusgenerátorok szimulálják a bemeneti adatforrásokat, a Tg1, Tg2 flip-flopokon pedig egy 2 bites bináris számláló gondoskodik a multiplexercímek periodikus változásáról.

Irányelvek

Az ábrán (1.7. ábra) használja az ideális komponensek modelljeit vagy a tanár által meghatározott LE-sorozatokat.

Alkalmazza az f 0, f 1, f 2, f 3, f 4 frekvenciájú generátorok jeleit - a tanár utasítása szerint, feszültségforrás V1 = U ip.

A multiplexer normál működése során a kimenetén (a B oszcilloszkóp bemenetén) f 1, f 2, f 3, f 4 frekvenciájú impulzussorozatot kell kialakítani. A tranziens folyamatok vizsgálatához a multiplexerben válassza le a G0 generátort a trigger Tg1 bemenetéről, és csatlakoztassa az R flip-flop bemeneteire. Határozza meg a multiplexer kimenetén lévő jel frekvenciáját, statikus és dinamikus paramétereit.

Csatlakoztassa a G0 generátort a Tg1 trigger bemenetéhez, a Logic Analyzer bemeneteket pedig az áramkör pontjaihoz, ahogy az ábra mutatja. 1.7.

Biztonsági kérdések

Mi az a multiplexer és mire használják a multiplexereket?

Adjon meg egy egyenletet, amely leírja egy négybemenetes multiplexer működését!

Ismertesse az információbevitel célját!

Miért használnak stroboszkóp bemenetet a multiplexerekben?

Mi határozza meg a multiplexer sebességét?

Mire használhatók a kaszkádos multiplexerek?

2. Demultiplexerek

Elméleti információk

A demultiplexer a számítógép olyan funkcionális egysége, amelyet arra terveztek, hogy egyetlen D információs bemenet jelét n információs kimenet egyikére kapcsolja (átkapcsolja). Annak a kimenetnek a számát, amelyre a bemeneti jel értéke kerül a számítógépes idő minden ciklusában, az A 0 , A 1 ..., A m-1 címkód határozza meg. Az m címbemenetek és az n információkimenetek az n2 m relációval kapcsolódnak egymáshoz.

A demultiplexereket egyedi vonalak és többbites buszok kapcsolására, soros kód párhuzamossá alakítására használják. A multiplexerekhez hasonlóan a demultiplexer is tartalmaz egy címdekódert. A dekóder jelei logikai kapukat vezérelnek, így ezek közül csak az egyiken keresztül lehet információt továbbítani (1.1. ábra).

A demultiplexer működési logikáját n=4 esetre a táblázat szemlélteti. 2.1, ahol y0,...,y3 az információ vevők bemenetei.

Munkavégzés

Szerelje össze a vizsgált multiplexer áramkört (2.4. ábra). Az ábrán a G1 téglalap alakú impulzusgenerátor szimulálja a bemeneti adatok forrását, a Tg1, Tg2 triggereken lévő 2 bites bináris számláló pedig biztosítja a multiplexercímek periodikus változását. (2.4. ábra).

Irányelvek

Biztonsági kérdések

Mi az a demultiplexer és mire használhatók a demultiplexerek?

Adjon meg egyenleteket, amelyek leírják a négy kimenetű demultiplexer működését!

Magyarázza el a címbevitel célját!

Miért használnak kapu bemenetet a demultiplexerekben?

Mi határozza meg a demultiplexer teljesítményét?

Mire használhatók a lépcsőzetes demultiplexerek?

Irodalom

A digitális áramkör elemei: Tankönyv. juttatás / V.P. Sigorsky, V.I. Zubchuk, A.N. Sovány. – Kijev: UMK VO, 1990.

Babich N.P., Zsukov I.A. Számítógép áramkör. Kijev 200

Zubchuk V.I., Sigorsky V.P., Shkuro A.N. A digitális áramkörök kézikönyve.

1. – K.: „Technológia”, 1990.

   Száloptikai hálózatok és kommunikációs rendszerek

   Absztrakt >> Kommunikáció és kommunikáció Elosztók és csatlakozók, optikai/multiplexerek demultiplexerek Elosztók és csatlakozók, optikai/multiplexerek, optikai rögzített csillapítók, optikai... optikai kromatikus diszperzió kompenzátorok, optikai

2. és szűrőket. A felsorolt ​​készülékek...

   Laboratóriumi munka kialakítása a kurzus száloptikai kommunikációs rendszereivel kapcsolatban

   Absztrakt >> Ipar, termelés Optikai elosztók………………………………………………………………..25 3.1. Multiplexerek multiplexerekÉs ……………………………………..25 3.2 Optikai teljesítményosztók... az optikai vivők ún. multiplexerek (És demultiplexerek

3. illetőleg). A másodikat arra használják...

   Számítógép áramkör (2)

   Tanfolyam >> Számítástechnika

A számítógépes áramkörök sok olyan alkatrészt használnak, amelyek külön-külön haszontalannak tűnnek (és a legtöbb esetben az is). De ha egyszer összegyűjtik őket egy logikai rendszerbe, a fizika törvényei szerint, akkor kiderülhet, hogy egyszerűen pótolhatatlanok. Jó példa erre a multiplexerek és demultiplexerek. Fontos szerepet játszanak a kommunikációs rendszerek létrehozásában. A multiplexer nem nehéz. És ezt magad is meglátod, ha elolvasod a cikket.

Mi az a multiplexer?

A multiplexer olyan eszköz, amely kiválaszt egyet a több bemenet közül, majd csatlakoztatja a kimenetéhez. Minden a bináris kód állapotától függ. A multiplexert jelkapcsolóként 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 másolják a kapott értékeket.

Mi az a demultiplexer?

A demultiplexer egy bemenettel és több kimenettel rendelkező eszköz. Hogy mihez fog kapcsolódni, azt a bináris kód határozza meg. Ehhez beolvasásra kerül, és a kívánt értékkel rendelkező kimenetet a bemenetre kötjük. Mint látható, ezeknek az eszközöknek nem kell feltétlenül párban működniük a teljes működéshez, és a nevüket az általuk ellátott funkcionalitás miatt kapták.

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 információnak nevezzük. Középen címezhető bemenetek találhatók. Általában a jobb oldalra csatlakozik egy elem, amely meghatározza, hogy maga a multiplexer működni fog-e. Ez kiegészíthető egy inverziós bemenettel. A bemenetek számának írásban történő jelzésére és annak bizonyítására, hogy ez egy multiplexer, a következő típusú bejegyzéseket használjuk: „1*2”. Mértékegységen a hármasba kerülő tűk számát értjük. A kettő a kimenet jelzésére szolgál, és általában egyenlő 1-gyel. A címezhető bemenetek számától függően meghatározzák, hogy a multiplexernek milyen bitje lesz, és ebben az esetben a képletet használjuk: 2 n. n helyett csak helyettesítse a szükséges értéket. Ebben az esetben 2 2 = 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 diagram emellett kép formájában is bemutatásra kerül, hogy a legteljesebb elképzelése legyen a szerkezetéről.

Demultiplexer áramkör

A csatornaváltáshoz a demultiplexerek csak „ÉS” logikai elemeket használnak. Ne feledje, hogy a CMOS chipek gyakran térhatású tranzisztoros kapcsolókkal készülnek. Ezért a demultiplexer fogalma nem vonatkozik rájuk. Lehetséges-e úgy csinálni, hogy egy eszköz átmérõleg ellentétesre tudja változtatni a tulajdonságait? Igen, ha felcseréli az információs kimeneteket és bemeneteket, aminek eredményeként a „multiplexer” névhez a „de-” előtag kerülhet. Céljukat tekintve hasonlóak a dekódolókhoz. A meglévő különbségek ellenére a háztartási mikroáramkörök mindkét eszközét ugyanazok a betűk jelölik - ID. A demultiplexerek egyoperandusos (egy bemenetes, egységes) logikai funkciókat látnak el, amelyeknek jelentős számú lehetséges válaszlehetőségük van egy jelre.

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, amelyek egy kommunikációs vonalrésbe vannak beépítve, 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 öröm. A legolcsóbb jelenleg több mint 12 ezer rubel, a felső határ 270 000, de még ilyen árakon is szinte mindig jövedelmezőbb, mint egy új vonal lerakása. De ez az előny csak akkor érhető el, ha szakképzett személyzet áll rendelkezésre, aki a teljes munkakört 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 a jelenleg rendelkezésre álló lehetőségeket nem használják ki teljes mértékben. A rendszerben működő multiplexer telepítése pénzben jövedelmezőbb, mint egy új csatorna szervezése. Ezenkívül kevesebb időt kell fordítania erre a folyamatra, ami bizonyos anyagi előnyökkel is jár.

Ebben a cikkben 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 a különböző csatornák keresztezésének lehetőségét. A védőintervallumok technológiáját alkalmazzák, hogy megakadályozzák, hogy akadályokká váljanak egymás előtt a megadott határok túllépése esetén is. Ez abból áll, hogy az egyes csatornák között egy bizonyos frekvenciát hagyunk, ami elnyeli a meghibásodások hatását, és nem befolyásolja a rendszer általános állapotát. Az FDMA multiplexelés optikai és elektromos kommunikációs vonalakban használható.

A korlátozott erőforrások lehetőséget teremtettek a mechanizmus javítására. A végeredmény egy időmultiplexelésnek nevezett folyamat lett. Ezzel a mechanizmussal az általános nagysebességű adatfolyamban egy bemeneti jel továbbítására egy rövid időtartamot rendelnek. De nem ez az egyetlen megvalósítási lehetőség. Az is előfordulhat, hogy az idő egy bizonyos részét lefoglalják, ami adott időközönként ciklikusan ismétlődik. Általában ezekben az esetekben a multiplexer azzal a feladattal szembesül, hogy ciklikus hozzáférést biztosítson az adatátviteli közeghez, amelynek rövid időközönként nyitottnak kell lennie a bejövő folyamok számára.

Következtetés

A multiplexer olyan dolog, amely kiterjeszti a kommunikációs képességeket. A cikk olyan adatátvitelre használt eszközöket vizsgált, amelyek jelentős megtakarítást tesznek lehetővé ezen a kiadási tételen. Röviden áttekintésre került ezek sematikus felépítése és a multiplexelés fogalma, jellemzői és alkalmazása is. Így áttekintettük az elméleti keretet. Szüksége lesz rá a gyakorláshoz, ha multiplexereket és demultiplexereket szeretne felfedezni.

Multiplexer– olyan eszköz, amely egyetlen kimenettel biztosítja az egyik információ bemenet csatlakoztatását. A multiplexer bemenetei két csoportra oszthatók: információra és címzésre. A kimenetre csatlakoztatott információs bemenet száma bináris kóddal van megadva a címbemeneteken. Ha egy multiplexernek n címbemenete van, akkor 2 n információbemenete lehet.

Demultiplexer– olyan eszköz, amely egyetlen információs bemenettel biztosítja az egyik információs kimenet összekapcsolását. A bemenetre csatlakoztatott információs kimenet száma bináris kóddal van megadva a címbemeneteken. Ha egy demultiplexernek n címbemenete van, akkor 2 n információs kimenete lehet.

A négy kimenettel rendelkező demultiplexer működési diagramja az 1.35a ábrán látható és annak szimbólum kapcsolási rajzokon - az 1.35. ábrán, b.

A négy bemenettel rendelkező multiplexer működési diagramja az 1.35, c ábrán, szimbóluma a kapcsolási rajzokon az 1.35, d ábrán látható. A multiplexerek felszerelhetők egy további bemenettel - egy bemenettel, amely lehetővé teszi az információk átvitelét a bemenetekről a kimenetekre.

A multiplexer működési elvének magyarázatához nézzük az igazságtáblázatot:

A multiplexer működését a kapcsolat írja le, amelyet néha multiplex képletnek is neveznek . A címzési kód bármely értékénél az egy kivételével minden kifejezés nulla. A nem nulla tag egyenlő D i-vel, ahol i az aktuális címkód értéke. A multiplexer működését leíró logikai függvény:

Multiplexerek lehet alkalmazni frekvenciaosztókban, trigger eszközökben, váltókban stb. A multiplexereket gyakran használják párhuzamos bináris kódok sorossá alakítására. Egy ilyen konverzióhoz elegendő egy párhuzamos bináris kódot alkalmazni a multiplexer információs bemeneteire, és a címbemenetekre jeleket adni olyan sorrendben, hogy a bemenetek felváltva csatlakozzanak a kimenethez, az elsőtől kezdve és a az utolsó.

A demultiplexerek funkciói hasonlóak a dekódolókéhoz. A dekóder egy demultiplexernek tekinthető, amelyben az információs bemenet a kimeneti feszültséget aktív állapotban tartja, a címbemenetek pedig dekóder bemenetként szolgálnak. Ezért a háztartási mikroáramkörök dekódereinek és demultiplexereinek kijelölésénél ugyanazokat a betűket használják - ID.

A multiplexerek kapacitásának növelése nagyszámú bemeneti vonallal, kisebb számú bemenettel rendelkező multiplexerek kaszkád-piramis összekapcsolásával hajtják végre (multiplexer fa épül). Például egy kétfokozatú 16:1-es multiplexert öt 4:1-es multiplexerrel lehet megépíteni. A négy multiplexerből álló első kaszkád 16 bemenetet kapcsol 4 kimenetre, amelyek közül az egyetlen a második kaszkádban van kiválasztva. Ugyanakkor az ellenőrzési séma bonyolultabbá válik.

Ezek az eszközök kombinációs.

Titkosítók és visszafejtők

Ezek az eszközök kombinációs.

Azokat az eszközöket, amelyek az egyik kódtípust egy másikra alakítanak át, hívják kód konverterek. Például vannak olyan eszközök, amelyek a közvetlen bináris kódot fordított és kettes komplement kódokká alakítják. Az átalakítók közé tartoznak a jeleket kódoló és dekódoló kódolók és dekóderek is.

A bináris dekódolók a bináris kódot 1-ből N-kóddá alakítják. Ennek a kódnak a kódkombinációjában csak egy pozíciót foglal el egy, a többi pedig nulla.

Egy n bemenettel rendelkező bináris dekódolónak 2 n kimenettel kell rendelkeznie, amely megfelel az n bites bináris kódban található különböző kombinációk számának. Ha a bemeneti készletek egy részét nem használjuk, akkor a dekódert inkomplettnek nevezzük, és a kimeneteinek száma kevesebb, mint 2n.

A DC betűket (az angol Decoder szóból) a dekóderek szimbóluma jelzi. A dekóder bemeneteit általában bináris súlyokkal jelölik. Az információs bemeneteken kívül a dekódernek általában egy vagy több műveletengedélyező bemenete van, amelyek EN (Engedélyezés) jelöléssel rendelkeznek. Ha van engedély erre a bemenetre, a dekóder a fent leírt módon működik, ha hiányzik, az összes dekódoló kimenet passzív. Ha több engedélyező bemenet van, akkor a működést engedélyező jel az egyes bemenetek jeleinek konjunkciójaként jön létre.

Dekóder (dekódoló) – a bemeneteire érkező kódot csak az egyik kimenetén alakítja jellé. Egy n bites bináris szám dekódolója 2n kimenettel rendelkezik. A 16 kimenettel rendelkező dekóder működési diagramja az 1.34a ábrán látható. A K155ID3 mikroáramkör ennek a funkcionális diagramnak megfelelően készült. Ennek a mikroáramkörnek a szimbóluma a kapcsolási rajzokon az 1.34. ábrán látható, b. A jel átalakításához logikai nulla jeleket kell alkalmazni a mikroáramkör V1 és V2 bemeneteire.

Legyen jelen a dekódoló bemenetén az 1111-es bináris szám. Ebben az esetben a DD1.15 elem mind az öt bemenete logikai egyes jelekkel rendelkezik, és ennek az elemnek a kimenete logikai nulla. A maradék 15 elem kimenete logikai egy jeleket fog tartalmazni. Ha a V bemenetek közül legalább az egyik rendelkezik logikai bemenettel, akkor mind a 16 kimenetnek lesz egy.

A dekóder működését bemutató logikai függvényrendszer:

ahol Z n – dekóder kimenetek

X i – dekóder bemenetek

Titkosító (kódoló)– olyan eszköz, amely egy pozíciókód-bináris (decimális-bináris) konverter.

Kódoló(kódoló) az egyik bemeneten lévő jelet n bites bináris számmá alakítja. A decimális számjegyeket 4 bites bináris számmá alakító kódoló funkcionális diagramja az 1.33. ábrán látható, a, szimbóluma pedig az 1.33., b. ábrán. Ha egy logikai egyes jel jelenik meg a tíz bemenet valamelyikén, a megfelelő bináris szám jelen lesz a kódoló négy kimenetén. Ekkor a DD1.1, DD1.2, DD1.3 logikai elemek kimenete logikai egyes, a DD1.4 elem kimenete pedig logikai nulla jelet kap. Így a kódoló 8, 4, 2, 1 kimenetén a 0111 bináris számot kapjuk.

Demultiplexerek

A demultiplexer egy olyan áramkör, amely a multiplexerhez képest fordított funkciót lát el, azaz. ez egy kombinációs áramkör, amelynek egy információs bemenete (D), n információs kimenete (y0, y1, ..., yn-1) és k vezérlő (cím) bemenete (A0, A1, ..., Ak-1) van. . Tipikusan a multiplexerekhez hasonlóan 2k=n. A címbemenetekre érkező bináris kód meghatározza az n kimenet egyikét, amelyre az információ bemenetről (D) átkerül a változó érték, azaz. A demultiplexer a következő funkciókat hajtja végre:

Az n = 4 információs kimenettel (y0, y1, y2, y3) és k = 2 címbemenettel (A0, A1) rendelkező demultiplexer működési táblázatát a táblázat tartalmazza. 1.2.

1.2. táblázat

A demultiplexer működését leíró egyenletek:

Az ezen egyenletek alapján felépített demultiplexer áramkört és annak grafikus ábrázolását az ábra mutatja be. 1.3.

Rizs. 1.3 - Az „1-4” demultiplexer diagramja (a) és szimbolikus képe (b)

A demultiplexer funkció könnyen megvalósítható dekóder segítségével, ha a „Resolution” (E) bemenetét a demultiplexer információs bemeneteként használjuk, és az 1, 2, 4 ... bemeneteket az A0, A1 demultiplexer címbemeneteiként használjuk, A2, ... Valójában az E bemeneten lévő aktív jelérték esetén a címbemenetekhez adott kódnak megfelelő kimenet kerül kiválasztásra. Ezért az engedélyező bemenettel rendelkező dekódoló IC-ket néha nemcsak dekódereknek, hanem dekóder-demultiplexereknek is nevezik (például K155ID4, K531ID7 stb.).

Multiplexerek és demultiplexerek alkalmazása

A „multiplexelés” kifejezés arra a folyamatra utal, amikor több forrásból adatokat továbbítanak egy közös csatornán, és egy olyan eszközt, amely az átviteli oldalon az adatok egy csatornába egyesítése műveletét végzi, általában multiplexernek nevezik. Egy ilyen eszköz alkalmas arra, hogy a több forrásból érkező jeleket ideiglenesen leválasztsa és a címbemenetein lévő kódváltásnak megfelelően egymás után továbbítsa egy kommunikációs csatornára (vonalra).

A vevő oldalon általában a fordított műveletet kell végrehajtani - demultiplexelés, azaz. a kommunikációs csatornán keresztül fogadott adatrészek elosztása az egymást követő időpontokban a vevőik között. Ezt a műveletet egy demultiplexer végzi. Megosztásábrán látható egy multiplexer és demultiplexer, amely n forrásból n vevőhöz továbbít adatokat egy közös vonalon. 1.4. (Általában az adatforrások száma nem egyenlő a vevők számával.)

Rizs. 1.4

Ha az áramkörben (1.4. ábra) n különböző forrást és vevőt n-bites forrásokra és vevőkre, például RGist regiszterekre cserélünk. és RGpr. (szaggatott vonallal ábrázolva), az áramkör segítségével az adási oldalon lévő n-bites párhuzamos kód soros kóddá alakítható (multiplexer segítségével), a soros kód pedig párhuzamos kóddal a vevő oldalon (demultiplexer segítségével).

A multiplexer és a demultiplexer ilyen módon történő használatakor egy bináris számláló kimeneti jeleit használjuk címkódként, amely szekvenciálisan generálja a 0-tól n-1-ig terjedő számok bináris kódjait a kimenetein.

A multiplexer univerzális logikai elemként használható bármilyen logikai funkció megvalósítására a multiplexer címbemeneteinek számával megegyező számú argumentumból. Mutassuk meg ezt egy olyan logikai függvény példáján, amelyet annak igazságtáblázata definiál (1.3. táblázat).

Kiválasztunk egy multiplexert, amely három címmel (a függvény argumentumainak számától függően) és nyolc információs bemenettel rendelkezik.

Rizs. 1.5

Az adott függvény megvalósításához a multiplexer információs bemeneteit az „1” és „0” logikai szintekhez kapcsoljuk olyan sorrendben, amely teljesen lemásolja a függvény egyeseinek és nulláinak sorozatát az igazságtáblázatban (1.5. ábra). Ebben az esetben sem az SDNF rögzítésére, sem annak minimalizálására nincs szükség. Egyébként a táblázatban megadott függvény. Az 1.3 (egyesek számának paritása egy hárombites szóban) nincs leegyszerűsítve, ezért a megvalósításához például a „NAND” LE alapján négy „3I-NOT” LE és három inverter szükséges. , azaz összesen három IC-re lesz szükség. ábra szerinti séma megvalósításához ugyanakkor. Az 1.5-höz csak egy „8-1” multiplexer IC szükséges. Emiatt a fejlesztők körében nagyon népszerű a három vagy több argumentum függvényeinek IC multiplexerekkel való megvalósításának módja.

A multiplexerek és a demultiplexerek (angol rövidítésben mux és demux) meglehetősen gyakori alkotóelemek a digitális elektronikában. A bennük előforduló logikai folyamatok megértése lehetővé teszi számunkra, hogy jobban megértsük az áramköröket részvételükkel, és bonyolultabb elektronikus eszközöket fejleszthessünk

A multiplexerek és a demultiplexerek egymással szemben működnek, de ugyanazon elv szerint. Információ bemenetekből, információs kimenetekből és egy kapcsolóból (szelektorból) állnak.

Az alábbi képen egy multiplexer és egy demultiplexer sematikus ábrázolása 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 neked valamit a sajátjából, de egyszerre csak egyet hallgathatsz meg.

Ezzel szemben a demultiplexernek csak egy információ bemenete van, és a kapcsoló egyszerre egy információs kimenethez köti. Vagyis ez ugyanaz, mintha egy tömegnek akarnál mondani valamit, de ebből a tömegből egy adott időpontban csak egy embernek mondhatod el.

Vannak olyan mikroáramkörök is, amelyek kombinálják a multiplexerek és a demultiplexerek funkcióit. Az angolban általában mux/demux jelöléssel szerepelnek. Nevezhetjük kétirányú multiplexereknek vagy egyszerűen kapcsolóknak is. Lehetővé teszik a jel mindkét irányba történő továbbítását. Tehát nem csak te beszélhetsz valakivel, hanem valaki a tömegből is beszélhet veled egy bizonyos időpontban.

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 chip belsejében egy demultiplexer is található, egy bemenettel és általában négy kimenettel. Kimenet kiválasztásához a mikroáramkörnek két sora is van a kimenet címzésére (00, 01, 10, 11).

Vannak digitális és analóg multiplexerek is. A digitális kapcsolók olyan 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, felvette a telefont, és várta, hogy a kezelő válaszoljon. Ez a multiplexer rész, mivel egy adott időpontban a kezelő kiválasztja a készletből azt a vonalat, amelyen ez a személy „ül”. Az illető azt mondja, hogy egy barátjával szeretne beszélni, akinek a száma 12345. Ez a kapcsolószekrény rész, itt kapja meg a kezelő a számot (címet). Ezután csatlakoztatja a csatlakozót a barátja csatornájához. Ez a demultiplexer rész. Itt sok csatorna egy vonala csak egyhez kapcsolódik.

A multiplexerek és demultiplexerek segítenek megoldani a bemeneti vagy kimeneti vonalak számának bővítését, ha a mikrokontroller GPIO-inak száma túl kicsi. Ha a projektje sok érzékelőt tartalmaz, akkor csatlakoztathatja őket egy multiplexerhez. A multiplexer kimenetét ezután csatlakoztatni kell az ADC-hez, és a vonalak címeinek átkapcsolásával szekvenciálisan ki kell olvasni az érzékelők adatait.

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