Что такое мультиплексор каково его назначение. Мультиплексоры и демультиплексоры: принцип работы, объяснение на простом примере, применение

МультиплексорМультиплексор
является
устройством,
которое
осуществляет выборку одного из нескольких входов и
подключает его к своему выходу.
Мультиплексор
(от
английского
multiplex
–
многократный) это телекоммуникационное устройство,
объединяющее несколько потоков данных или каналов
в один выходной сигнал (групповой поток).

Определения

Мультиплексор имеет несколько информационных входов (D0, D1, ...), адресные входы (А0 А1, ...), вход для подачи сигнала С и

Мультиплексор

Таблица истинности мультиплексора

Пример

Управляющий сигнал С

Функции мультиплексора

Схема функционирования

Использование мультиплексоров для синтеза комбинационных устройств

Логическое выражение мультиплексора

Таблица истинности

Схема функционирования

Выводы

Реализация ЛФ от 4-х переменных

Демультиплексоры

Пример реализации демультиплексора на основе дешифратора предлагается на рисунке.

Символическое изображение демультиплексора с четырьмя выходами

Двухканальный мультиплексора

Реализация заданной функции с помощью мультиплексора

Разработать, собрать и проверить работу схемы на основе мультиплексора 8х1, реализующую заданную логическую функцию Y.

По своей архитектуре цифровой мультиплексор представляет собой устройство, оснащенное несколькими цифровыми позиционными переключателями. Целью их работы является коммутация входных сигналов для обеспечения пропуска их в единую выходную линию.

Цифровой мультиплексор, как правило, имеет три группы входных каналов. Адресные, двоичный код которых служит для определения связи между информационным входом и конечным выходом, информационные и , их еще называют стробирующими.

В современных интегральных цифровой мультиплексор максимально оснащен шестнадцатью информационными входами.
Если при проектировании выясняется, что требуется большее количество информационных входов, то проблема решается за счет создания структуры так называемого мультиплексорного дерева, которое оснащается несколькими интегральными микросхемами.

Цифровой мультиплексор предназначается для синтеза фактически любого необходимого логического устройства, что позволяет сократить общее количество используемых логических элементов.

Для определения потребности выполняются следующие действия: на основании выходной функции, согласно значений переменных, строится карта Карно. Далее определяется порядок работы мультиплексора в схеме. Затем строится маскирующая матрица в обязательном порядке, соответствующая порядку примененного мультиплексора.

После этого получившаяся матрица накладывается на карту Карно. Затем проводится минимизация функции для каждой из областей имеющейся матрицы. В конце, уже на основании полученных результатов минимизации, строится . Таковы правила синтеза на основе использования мультиплексора.

Возможности мультиплексора

Применение мультиплексоров многогранно. Например, гибкие мультиплексоры позволяют формировать непрерывные первичные цифровые потоки со скоростью 2048 кбит/с на основе аналоговых сигналов. Также коммутировать данные цифровых интерфейсов методом кроссовой коммутации электронных каналов со скоростями до 64 кбит/с.

Кроме этого, осуществляют передачу цифрового потока по сети IP/Ethernet также обеспечивают конвертацию линейной сигнализации и физических стыков.

Гибкие мультиплексоры, кроме этого, обеспечивают возможность осуществления широковещательных соединений, то есть подачу сигналов с одного из цифровых либо аналоговых источников сразу на несколько других. По этой причине их часто применяют для передачи радиовещательных программ одновременно в несколько различных точек.

Мультиплексоры – это специальные сетевые устройства, которые предназначаются для передачи различных потоков информации с большой скоростью. При передаче используется единичная линия связи. Передаваемый поток информации должен обладать маленькой скоростью.

Использование мультиплексоров – актуальная, быстрая и экономная мера. Их применение позволяет отказаться от создания нового канала связи, передающего информацию, независимо проводного или беспроводного.

Особенные черты мультиплексоров

Некоторые моменты влияют на строение мультиплексоров:

1. Количество компонентов, которые являются доступными.
2. Какая технология была применена при создании мультиплексора.
3. Конфигурация мультиплексора. Этот фактор зависит от того, какие задачи будут ставиться перед мультиплексором.

Большой популярностью пользуются модульные мультиплексоры. Это современные конструкции приборов, имеющие некоторое количество сменных модулей. При помощи таких сменных модулей обеспечена возможность, которая позволит изменить конфигурацию мультиплексора, в соответствии с требованиями пользователя и условиями использования.

Работа мультиплексора во многом схожа с работой коммутаторов, обеспечивающих возможность подключения нескольких входов и выхода. Такое сетевое оборудование приводится в действие с помощью двух типов входа. По одному разрешающему и управляющему входу.

На видео: Принцип работы мультиплексора.

Виды мультиплексоров

Мультиплексор – это сетевой специальный прибор. У него несколько простых и управляющих входов и один выход. Наличие определенного числа таких входов определяется имеющимися требованиями пользователя. Обычно количество входов ограничивается максимальным количеством – 16. Сколько будет входов у мультиплексора, столько можно будет каналов для связи. Для обеспечения большего числа входов используют технологию каскадного дерева. Этим обеспечивается создание необходимого пользователю количества сетевых каналов связи на одном сетевом устройстве.

Мультиплексоры могут быть следующих типов:

Цифровой мультиплексор. Такое устройство выполняет копирование сигналов на выходе. Входом и выходом при копировании сигнала не используется связь, работающая с помощью электрических импульсов.

Где применяются мультиплексоры

Мультиплексоры используются во многих областях жизни и работы человека. Очень часто мультиплексоры применяются в телекоммуникационных системах, системах видеонаблюдения и в других областях. Практически все сферы являются очень перспективными для использования мультиплексоров.
Энергетическая сфера очень широко использует мультиплексоры. В этой сфере такие устройства способствуют передаче информационных данных от различных датчиков, которые расположены друг от друга на большом расстоянии.

Информация передается с использованием единичной линии. Коммуникационные сети достаточно часто используют мультиплексоры. Они помогают уменьшить стоимость связи. Именно поэтому операторы связи его часто используют. Результат работы мультиплексора будет более заметным, при условии дальнего расстояния между АТС.

Достаточно популярным становится применение мультиплексоров для проведения видеоконференцсвязи. Это подразумевает двустороннюю передачу, с последующей обработкой, преобразованием и дальнейшим представлением интерактивных информационных данных. Все это происходит в настоящем времени и сигнал передается на достаточно большое расстояние. При организации видеоконференцсвязи учитывается ее вид. От этого вида зависит использование различных специальных сетевых устройств. Могут использоваться специальные групповые или индивидуальные терминалы для проведения видеоконференции.

Индивидуальный терминал применяется при использовании специального режима видеосвязи в реальном времени на своем рабочем месте. Как индивидуальный терминал может использоваться ноутбук, персональный компьютер, смартфон, планшет или специальный терминал, обеспечивающий видеосвязь. Групповой терминал применяется для проведения групповой видеосвязи. Для этого используются комнаты, в которых расположено специальные сетевые приборы. Такие системы имеют только 1 общий выход и некоторое количество входов, которое необходимо для создания видеосвязи. Это могут обеспечить данные сетевые устройства –мультиплексоры.
Для создания новых локальных сетей или расширения возможностей у уже имеющихся всегда используются мульт

Мультиплексоры и демультиплексоры (mux и demux в англоязычном сокращении) представляют собой довольно распространенные компоненты в цифровой электронике. Понимание происходящих в них логических процессов позволят лучше понимать схемы с их участием и разрабатывать более сложные электронные устройства

Мультиплексоры и демультиплексоры работают противоположно друг другу, но в соответствии с одним и тем же принципом. Они состоят из информационных входов, информационных выходов и коммутатора (селектора).

На изображении ниже схематично представлены мультиплексор и демультиплексор.

Мультиплексор имеет несколько информационных входов. Коммутатор мультиплексора выбирает, какой из этих входов нужно использовать и подключает его к информационному выходу, который у мультиплексора только один. Эту ситуацию можно сравнить с тем, если бы вам куча людей хотела бы сказать что-то свое, но за один раз вы можете выслушать только одного.

Демультиплексор, наоборот, имеет только один информационный вход, и коммутатор подключает его к какому-то одному информационному выходу в каждый момент времени. То есть, это так же, как если бы вы хотели сказать что-то толпе людей, но за каждый момент времени вы можете сказать это только одному человеку из этой толпы.

Существуют также микросхемы, которые объединяют в себе функции мультиплексоров и демультиплексоров. В англоязычном варианте они обычно обозначаются mux/demux. Также они могут называться двунаправленными мультиплексорами или же просто коммутаторами. Они позволяют сигналу передаваться в обоих направлениях. Так что не только вы можете поговорить с кем-то, но и кто-то из толпы может поговорить с вами в определенный момент времени.

К внутреннему коммутатору в данном случае обычно подходят несколько информационных входов, которые адресуются в двоичной форме. Практически во всех таких микросхемах есть линия OE (output enable или выход активен). Также внутри микросхемы имеется демультиплексор с одним входом и, обычно, с четырьмя выходами. Для выбора выхода у микросхемы имеются также две линии для адресации выхода (00, 01, 10, 11).

Существуют как цифровые, так и аналоговые мультиплексоры. Цифровые представляют собой логические коммутаторы, у которых на выходе будет то же напряжение, что и напряжение питания. Аналоговые же подключают к выходу напряжение выбранного входа.

Принцип мультиплексирования и демультиплексирования использовали на заре развития телефонии в начале прошлого века. Тогда человек, который хотел позвонить своему товарищу, брал телефонную трубку и ждал ответа оператора. Это мультиплексорная часть, поскольку в определенный момент времени оператор из множества выбирает линию, на которой «сидит» этот человек. Человек сообщает, что хочет поговорить с товарищем, номер которого 12345. Это уже коммутаторная часть, здесь оператор получает номер (адрес). Далее он подключает разъем, к каналу товарища. Это демультиплексорная часть. Здесь одна линия из множества каналов соединяется только с одним.

Мультиплексоры и демультиплексоры помогут вам решить задачу с расширением количества входных или выходных линий, если число GPIO вашего микроконтроллера слишком мало. Если у вас в проекте предусмотрено много датчиков, то вы можете подключить их к мультиплексору. Выход мультиплексора затем нужно подключить к АЦП и переключая адреса линий последовательно считывать данные с датчиков.

Также мультиплексоры полезны, когда у вас есть несколько микросхем с интерфейсом I2C, которые имеют одинаковый адрес. Просто подключите линии SDA/SCL к коммутатору и управляйте ими последовательно. Мультиплексоры и демультиплексоры можно задействовать еще и в качестве преобразователей уровней.

Мультиплексором — называют комбинационное устройство, обеспечивающее передачу в желаемом порядке цифровой информации, поступающей по нескольким входам на один выход. Мультиплексоры обозначают через MUX (от англ. multiplexor), а также через MS (от англ. multiplex or selector).

Схематически можно изобразить в виде коммутатора, обеспечивающего подключение одного из нескольких входов (их называют информационными) к одному выходу устройства. Кроме информационных входов в мультиплексоре имеются адресные входы и, как правило, разрешающие (стробирующие). Сигналы на адресных входах определяют, какой конкретно информационный канал подключен к выходу. Если между числом информационных входов n и числом адресных входов m действует соотношение n = 2 m , то такой мультиплексор называют полным. Если n< 2 m , то мультиплексор называют неполным.

Разрешающие входы используют для расширения функциональных возможностей мультиплексора. Они используются для наращивания разрядности мультиплексора, синхронизации его работы с работой других узлов. Сигналы на разрешающих входах могут разрешать, а могут и запрещать подключение определенного входа к выходу, т. е. могут блокировать действие всего устройства.

Функционирование двухвходового мультиплексора

Рассмотрим функционирование двухвходового мультиплексора (2 →1), который условно изображен в виде коммутатора, а состояние его входов Х 1 Х 2 и выхода Y приведено в таблице (рис. 3.41).

Исходя из таблицы, можно записать следующее уравнение:

Y = X 1 A + X 2 A

На рис. 3.42 показаны реализация такого устройства и его условное графическое обозначение.

Основой данной схемы являются две схемы совпадения на элементах И, которые при логическом уровне «1» на одном из своих входов повторяют на выходе то, что есть на другом входе.

Если необходимо расширить число входов, то используют каскадное включение мультиплексоров. В качестве примера рассмотрим мультиплексор с четырьмя входами (4 → 1), построенный на основе мультиплексоров (2 → 1).

Схема и таблица состояний такого мультиплексора приведены на рис.3.43.

Мультиплексоры являются универсальными логическими устройствами, на основе которых создают различные комбинационные и последовательностные схемы. Мультиплексоры могут использоваться в делителях частоты, триггерных устройствах, сдвигающих устройствах и др. Мультиплексоры часто используют для преобразования параллельного двоичного кода в последовательный. Для такого преобразования достаточно подать на информационные входы мультиплексора параллельный двоичный код, а сигналы на адресные входы подавать в такой последовательности, чтобы к выходу поочередно подключались входы, начиная с первого и кончая последним.

Мультиплексор как устройство сдвига

Рассмотрим пример использования мультиплексоров для реализации так называемого комбинационного устройства сдвига, обеспечивающего сдвиг двоичного, числа по разрядам. Принцип функционирования данного устройства понятен из схемы устройства и таблицы состояний его входов и выходов (рис. 3.44).

В обозначении мультиплексоров используют две русские буквы КП, например, промышленностью выпускаются такие мультиплексоры, как К155КП1, К531КШ8, К561КПЗ, К555КП17 и др.

Демультиплексором называют устройство, в котором сигналы с одного информационного входа, поступают в желаемой последовательности по нескольким выходам в зависимости от кода на адресных шинах. Таким образом, демультиплексор в функциональном отношении противоположен мультиплексору. Демультиплексоры обозначают через DMX или DMS.

Если соотношение между числом выходов n и числом адресных входов m определяется равенством n= 2 m , то такой демультиплексор называется полным, при n< 2 m демультиплексор является неполным.

Функционирование демультиплексора с двумя выходами

Рассмотрим функционирование демультиплексора с двумя выходами, который условно изображен в виде коммутатора, а состояние его входов и выходов приведено в таблице (рис. 3.45).

Из этой таблицы следует: Y 1 =X·А Y 2 = X·А т. е. реализовать такое устройство можно так, как показано на рис. 3.46.

Для наращивания числа выходов демультиплексора используют каскадное включение демультиплексоров. В качестве примера (рис. 3.47) рассмотрим построение демультиплексоров с 16 выходами (1 → 16) на основе демультиплексоров с 4 выходами (1 → 4).


При наличии на адресных шинах А 0 и А 1 нулей информационный вход X подключен к верхнему выходу DМХ 0 и в зависимости от состояния адресных шин А 2 и А 3 он может быть подключен к одному из выходов DMX 1 . Так, при А 2 = А 3 = 0 вход X подключен к Y 0 . При А 0 = 1 и А 1 = 0 вход X подключен к DMX 2 , в зависимости от состояния А 2 и А 3 вход соединяется с одним из выходов Y 4 − Y 7 и т.д.

Функции демультиплексоров

Функции демультиплексоров сходны с функциями дешифраторов. Дешифратор можно рассматривать как демультиплексор, у которого информационный вход поддерживает напряжение выходов в активном состоянии, а адресные входы выполняют роль входов дешифратора. Поэтому в обозначении как дешифраторов, так и демультиплексоров используются одинаковые буквы — ИД. Выпускают дешифраторы (демультиплексоры) К155ИДЗ, К531ИД7 и др.

При использовании КМОП-технологии можно построить двунаправленные ключи, которые обладают возможностью пропускать ток в обоих направлениях и передавать не только цифровые, но и аналоговые сигналы. Благодаря этому можно строить мультиплексоры-демультиплек-соры, которые могут использоваться либо как мультиплексоры, либо как демультиплексоры. Мультиплексоры-демультиплексоры обозначаются через MX. Среди выпускаемых мультиплексоров-демультиплексоров можно выделить такие, как К564КП1, К590КП1. Мультиплексоры-демультиплексоры входят в состав серий К176, К561, К591, К1564.