Мультиплексоры

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение           3

Глава 1 Мультиплексоры. Классификация и виды    4

1.1 Селекторы-мультиплексоры      6

1.2 Видео мультиплексоры       8

Глава 2 Синтез и применение мультиплексоров в IDE Cd-Rom  11

2.1 Структурная схема IDE CD-ROM     11

2.2 Электрическая функциональная схема IDE CD-ROM  13

2.2.1 Процессор Z80        15

2.2.2 Микросхема К1533ЛН1       15

2.2.3 Микросхема К573РУ10       15

2.2.4 Микросхема К1533ИД7       15

2.2.5 Микросхема К1533КП11      16

Заключение          17

Список литературы         18

Приложение          19

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Схемотехника - это наука, изучающая функционирование электронных  устройств, способы их расчета, проектирования и производства. Как учебная дисциплина для специализации имеет цель ознакомить студентов с принципами действия электронных устройств и дать навыки по их проектированию.

В состав бытовой аппаратуры, автоматики, ЭВМ, связи и т.д. входят  электронные устройства, называемые схемами. По разнообразию типов они сравнимы с механическими устройствами, имеющими многовековую историю.

Микроэлектроника является одной из наиболее быстро развивающихся областей науки и техники. Непрерывно улучшаются технические характеристики и расширяются функциональные возможности микроэлектронных изделий — интегральных микросхем.

Основной функцией интегральных микросхем является обработка информации, заданной в виде электрического сигнала: напряжения или тока. Электрические сигналы могут представлять информацию в непрерывной (аналоговой) или дискретной (цифровой) форме. Микросхемы, выполняющие обработку этой информации, называются аналоговыми или цифровыми соответственно.

Современные интегральные микросхемы являются сложными электронными устройствами, поэтому используются различные  уровни их схемотехнического представления. Наиболее детальный уровень представления  — электрическая схема в виде соединения отдельных компонентов. Следующий, более общий уровень — структурная схема, представляющая собой соединение отдельных логических элементов и триггеров или аналоговых каскадов. Эти элементы и каскады выполняют элементарные логические (И—НЕ, ИЛИ— НЕ и др.) или аналоговые (усиление, фильтрация и др.) операции, с помощью которых можно реализовать любую цифровую, аналого-цифровую или аналоговую функцию. Они имеют относительно простую электрическую схему, которая обычно содержит не более десяти — двадцати компонентов. Еще более высокий уровень используется для представления сложнофункциональных БИС и СБИС: микропроцессоров, микро-ЭВМ, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей и др. Их структура представляется в виде соединения функциональных узлов и блоков. Такое представление называется функциональной схемой. Структура входящих в ее состав функциональных узлов и блоков может состоять из десятков и сотен простейших логических элементов или аналоговых каскадов [3]. 

Глава 1 Мультиплексоры. Классификация и виды

 

Мультиплексор - это устройство, которое осуществляет выборку одного из нескольких входов и подключает его к своему выходу, в зависимости  от состояния двоичного кода. Другими словами, мультиплексор - переключатель сигналов, управляемый двоичным кодом и имеющий несколько входов и один выход. К выходу подключается тот вход, чей номер соответствует двоичному коду. Мультиплексор - это устройство, преобразующее параллельный код в последовательный.

Рисунок 1 - Структура мультиплексора

 

Самая большая часть есть не что иное, как элемент И-ИЛИ. Конкретно здесь элемент 4-х входовый. Ну а квадратах с единичками внутри - инверторы. Разберем выводы. Те, что слева, а именно D0-D3, называются информационными входами. Входы  А0-А1, называются адресными входами. Вот сюда именно и подается двоичный код, от которого зависит, какой из входов D0-D3 будет подключен к выходу, на этой схеме обозначенному как Y.

Вход С - разрешение работы. На схеме еще есть входы адреса с инверсией. На этом рисунке показан четырех входовой, или как еще его называют, 4Х1 мультиплексор. Потому и адресных входов всего 2. Как нам известно, максимальное число переменных определяется как 2n, где n - разряд кода. Здесь мы видим, что переменных четыре штуки, а значит разряд будет равен 2 (22 = 4). Для пояснения принципа работы этой схемы посмотрим на таблицу истинности:

Вот так двоичный код выбирает нужный вход. В зависимости от двоичного кода к устройству отображения подключается сигнал от нужного объекта.

Микросхемой мультиплексор обозначается вот так:

Рисунок 2 – Мультиплексор

 

Мультиплексоры делятся  на множество видов. Есть и сдвоенные четырех входовые, восьми входовые, 16-ти входовые, счетверенные двухвходовые и пр.

Принцип действия мультиплексора основан на свойствах буфера памяти - информация записывается в него с  одной тактовой частотой, а считывается  с другой, более высокой. Если представить  себе цепочку последовательно соединенных  буферов, синхронизированных таким  образом, что выходные пачки импульсов  не перекрываются во времени, это  и будет мультиплексор. В некоторых  конструкциях цепочку замыкают в  кольцо. Приходящие потоки демультиплексируются до уровня пакетированного элементарного  потока (ПЭП) и затем заново "сшиваются" в единый ТП с общей тактовой частотой, синхронизированной с местным источником частоты 27 МГц. Поскольку время прихода  пакетов на разные входы не синхронизировано, время пробега их внутри мультиплексора также различается, что может  вызвать дрожание меток PCR. Для устранения этого явления для всех ремультиплексируемых сервисов производится коррекция PCR на основе специальных временных меток, вставляемых в пакет на входе  мультиплексора.

Основным параметром мультиплексора считается выходная скорость ТП, которая  у большинства моделей составляет 80-100 Мбит/с. Разумеется, выставляемая на выходе скорость ТП должна быть не ниже суммы скоростей всех объединяемых потоков. Превышение скорости выходного  потока компенсируется введением нулевых  пакетов на выходе мультиплексора. Чаше всего на выходе используется интерфейс DVB-ASI.

Ремультиплексоры представляют собой разновидность мультиплексоров, работающих не с отдельными сервисами, а с мультиплексированными ТП. Ремультиплексор выделяет из приходящих ТП нужные сервисы и комбинирует их в новые ТП, изменяя при этом соответствующим образом таблицы служебной информации. Ремультиплексоры еще называют процессорами транспортного потока (Transport Stream Procesor).

Рисунок 3 - Обобщенная схема мультиплексора

 

1.1 Селекторы-Мультиплексоры

Селекторы (схемы выбора) данных или мультиплексоры, используются для осуществления связи приемного  устройства с различными источниками  данных. Определенный канал (источник данных) выбирается путем подачи на адресные входы-схемы двоичного  числа (адреса), которое указывает, какой  именно канал должен быть выбран. В большинстве случаев такая схема снабжается дополнительным стробирующим входом, который разрешает передачу данных в тот момент времени, когда происходит выборка. Механическим аналогом мультиплексора (селектора) является многопозиционный переключатель, который представлен на рис. 4. Ось переключателя устанавливается в требуемую позицию с помощью ручки. Такие переключатели применялись ранее в радиоприемниках для перехода с одного волнового диапазона на другой. В настоящее время такой переход осуществлялся в видео- и радиоаппаратуре посредством нажатия клавиш, управляющих работой соответствующих исполнительных электронных схем.

Рисунок 4 - Многопозиционный переключатель

 

Рассмотрим работу схемы  мультиплексора более подробно (рис, 25, а). Мультиплексор состоит из четырех схем И, выходы которых связаны со схемой ИЛИ. На один из входов схем И поступают данные (вход данных). Два других входа используются для выборки. Определенный канал будет выбран после того, как на оба селектирующих входа поступят сигналы с высоким уровнем потенциала И. При этом с выхода схемы будут сниматься данные, поступающие на соответствующий вход.

Рисунок 5 (а) - мультиплексор (б) - обозначение

Таблица истинности мультиплексора «1 из 4»

 

Если на d-вход поступает  напряжение высокого уровня (H-уровня), то в процессе выборки на трех входах будет напряжение H-уровня и на выходе также появится H-сигнал. Если на d-вход поступает напряжение низкого уровня (L-уровня), то на выходе он также будет  воспроизведен в виде напряжения L-уровня.

Как следует из таблицы  истинности, уже одного L-сигнала  на входах достаточно, чтобы на выходе также появился L-сигнал (рис. 5, б). Как видно из этой таблицы, с помощью двух селектирующих (адресных) входов S1, S0 можно выбрать один из четырех входов данных. Чтобы при поступлении на адресные входы каждой из четырех возможных комбинаций двоичных чисел (00, 01, 10, 11) можно было выбрать требуемый d-вход, необходимы дополнительные инверторы. Какой именно d-вход будет выбран при данной двоичной комбинации, зависит от конкретной схемы монтажа (рис. 5, а). Требуемый вход данных выбирается путем подачи H-уровня на два других входа соответствующей схемы И. На ее выходе появится сигнал L- или H-уровня в зависимости от логического уровня сигналов на входе данных. При этом на выходе других схем И будет сохраняться напряжение L-уровия. В результате схема ИЛИ будет повторять выходной сигнал выбранной схемы И. Если этот сигнал имеет H-уровень, то на выходе схемы ИЛИ появится также сигнал H-уровня. Если на выходе выбранной схемы И появится L-сигнал, то на выходе схемы ИЛИ также появится L-сигнал. Оба этих случая соответствуют функциональной таблице схемы ИЛИ. Символическое обозначение мультиплексора показано на рис. 5, б. Входы данных имеют И зависимость от G1 и G2. Вход d0 будет выбран в том случае, если мы имеем S0(L) и S1(L), т. е. (1,2); вход d1 - если S0(H) и S1(L), т. е. (1,2); вход d2-если S0(L) и S1(H), т. е. (1,2); и, наконец, вход d3-если S0(H) и S1(H), т. е. (1,2). Можно увеличить число выбираемых каналов в этой схеме, используя схемы И с большим числом входов. При этом обычно получают вариант мультиплексора не выше, чем "1 из 8", т. е. используют то число входов, которое в большинстве применений оказывается вполне достаточным. В ЭВМ большое число мультиплексоров применяется для того, чтобы связать различные регистры между собой и со счетно-решающим устройством для последующего обмена данными. Здесь разрядность выбираемых чисел обычно составляет 1-2 байт, т. е. мультиплексор должен одновременно пропускать 8 или 16 бит. Мультиплексор (селектор данных) так же применяется для преобразования параллельного набора битов в последовательный. Подавая параллельный набор битов на входы данных и управляя адресными входами с помощью двоичного счетчика, мы можем сформировать на выходе требуемый последовательный набор битов [4].

 

1.2 Видео мультиплексоры

 

Мультиплексоры - это устройства предназначенные для работы в  составе системы видеонаблюдения. Классические мультиплексоры выполняют  мультиплексирование (переключение) по времени входящих на них видеосигналов  с нескольких камер видеонаблюдения  и формируют два типа выходных видеосигналов: один для просмотра  на мониторе видеонаблюдения, другой для  записи на видеомагнитофон (видеорекордер).

Видеосигналы, поступающие  с выхода мультиплексора на видеомонитор, одновременно формируют на его экране изображения со всех видеокамер. Так  если к мультиплексору подключено 16 видеокамер, то на экране видеомонитора  будут отображаться видеоизображения с каждой видеокамеры, по одному в  каждом из 16 окон. В то же время оператор может выбрать любую видеокамеру  для полноэкранного отображения  ее видеоинформации на видеомониторе.

Одновременно с этим, на выходе мультиплексора, подключенного  к видеомагнитофону, формируются  разделенные по времени мультиплексированные видеосигналы со всех видеокамер, выбранных  для записи. В этом случае принцип  работы мультиплексора аналогичен принципу работы последовательного коммутатора. При этом мультиплексор обрабатывает видеосигналы таким образом, что  каждый следующий кадр, посылаемый на видеомагнитофон или устройство цифровой записи, исходит от следующей, как правило, по порядку подключенной к нему видеокамеры. Мультиплексоры, позволяющие либо производить обработку  видеоизображений (мультиплексирование) для записи на видеомагнитофон, либо просматривать изображения подключенных видеокамер, получили название – симплексный видеомультиплексор.

Дуплексные мультиплексоры.

Архитектура и принцип  работы симплексного мультиплексора не позволяют ему выполнять одновременно две вышеперечисленные функции. Одновременное выполнение этих задач  реализуют дуплексные мультиплексоры, представляющие собой два мультиплексора в одном корпусе. Один мультиплексор  предназначен для записи видеоинформации  на видеомагнитофон или устройство цифровой записи, а другой для воспроизведения  на видеомониторе “живого” видео  или ранее сделанных видеозаписей.

Триплексные мультиплексоры.

Для того, чтобы одновременно производить запись видеоинформации, а также просматривать на одном  мониторе видеонаблюдения комбинацию из “живого” видео и сделанных  ранее видеозаписей, применяются  триплексные мультиплексоры.

Синхронизация кадров в мультиплексоре.

Получая на видеовходы сигналы  от различных видеокамер, мультиплексор  должен выстроить во времени цепочку  по одному кадру от каждой видеокамеры  в заданном порядке. Все входящие видеосигналы обрабатываются в мультиплексоре цифровым сигнальным процессором и  синхронизируются им в единую последовательность кадров. Ввиду того, что сигналы  от различных видеокамер могут приходить  на мультиплексор не одновременно, кадры, имеющие задержку относительно обрабатываемого сигнала, могут  быть процессором пропущены. Поэтому  достаточно часто в мультиплексоры устанавливают по два процессора синхронизации сигналов на четные и  нечетные кадры, в результате чего производится цифровое запоминание и правильная их синхронизация без пропусков.