أساسيات مضاعف الإرسال Multiplexer

في الأنظمة الرقمية واسعة النطاق، يلزم وجود خط واحد لنقل إشارات رقمية أو أكثر، وفي كل مرة يمكن وضع إشارة واحدة على خط واحد، لكنّ الشيء المطلوب هو جهاز يسمح للمستعمل في اختيار الإشارة التي يجب وضعها على خط مشترك، ويُشار إلى هذه الدائرة باسم مُضاعِف الإرسال، كما تُعد وظيفة معدد الإرسال هي تحديد إدخال أي خطوط إدخال “n” وتزويدها بخط إنتاج واحد.

ما هو Multiplexer وDemultiplexer؟

تٌعد كل من مضاعف الإرسال ومزيل تعدد الإرسال بأنّها دوائر توافقية، حيث يختار معدد الإرسال مدخلات من عدة مدخلات، وبعد ذلك يتم نقله في أسلوب سطر واحد، كما يُعرف مضاعف الإرسال بـ “MUX” أو محدد البيانات، كما يستخدم مزيل تعدد الإرسال إشارة إدخال واحدة وينتج العديد منها، لذلك يُعرف باسم “Demux” أو موزع البيانات.

تتمثل وظيفة مزيل تعدد الإرسال في عكس وظيفة مُضاعِف الإرسال، والأشكال المختصرة لمضاعف الإرسال ومزيلات تعدد الإرسال هي “mux” و”demux”، كما تقوم بعض معددات الإرسال بعمليات تعدد الإرسال وإزالة تعدد الإرسال، حيث تُعد الوظيفة الرئيسية لمُعدِّد الإرسال هي أنّه يجمع إشارات الإدخال ويسمح بضغط البيانات، وكذلك يشارك قناة إرسال واحدة.

ما هو مضاعف الإرسال Multiplexer؟

مضاعف الإرسال “Multiplexer”: هو جهاز يحتوي على مدخلات متعددة ومخرج خط واحد، كما تحدد خطوط التحديد الإدخال المتصل بالمخرجات، وتزيد أيضاً من كمية البيانات التي يمكن إرسالها عبر الشبكة خلال فترة زمنية معينة، ويسمى أيضاً بمحدد البيانات.

يُعتير المفتاح متعدد المواضع أحادي القطب مثالاً بسيطاً على دائرة غير إلكترونية لمُضاعِف الإرسال، كما يستعمل على نطاق واسع في العديد من الدوائر الإلكترونية، حيث يُستعمل مضاعف الإرسال للقيام بتبديل عالي السرعة ويتم إنشاؤه بواسطة مكونات إلكترونية.

كما إنّها دائرة منطقية تسمح بتوليد مخرج واحد بقبول مدخلات بيانات متعددة، حيث يتكون المضاعف من إشارة التحكم أو إدخال تحديد البيانات الذي يختتم النواتج من عدة مدخلات، وبالتالي يُعرف أيضاً باسم محدد البيانات، ويشار إليه بأكبر عدد من الدوائر نظراً لقدرته على تحديد الإنتاج الفردي من مدخلات متعددة.

تمتلك مضاعفات الإرسال القدرة على التعامل مع التطبيقات التماثلية والرقمية، حيث في التطبيقات التماثلية تتكون مضاعفات الإرسال من مرحلات ومفاتيح ترانزستور، بينما في التطبيقات الرقمية تُبنى معددات الإرسال من بوابات منطقية قياسية، وعندما يتم استعمال مضاعف الإرسال للتطبيقات الرقمية فإنّه يطلق عليه مضاعف الإرسال الرقمي.

أنواع مضاعف الإرسال Multiplexer:

• 2-1 معدد (1 حدد الخط).

• 4-1 معدد إرسال (خطان محددان).

• 8-1 معدد إرسال (3 خطوط محددة).

• 16-1 معدد إرسال (4 خطوط محددة).

أولاً: المضاعف 4 إلى 1:

يشتمل مضاعف الإرسال “4X1” على “4 بتات” إدخال و”1 بت” بيانات ناتجة و”2 بتات” تحكم، وبتات الإدخال الأربعة هي “0” و”D1″ و”D2″ و”D3″ على التوالي، كما يتم إرسال واحدة فقط من بتات الإدخال إلى النواتج، حيث يعتمد “o / p” على “q” على قيمة إدخال التحكم “AB”، وتعين بت التحكم “AB” أي بت بيانات “i / p” يجب أن ترسل النواتج.

يوضح الشكل السابق مخطط دائرة مضاعف الإرسال 4X1 باستعمال بوابات “AND”، فعلى سبيل المثال عندما تكون وحدات التحكم “AB = 00” يُتاح لبوابات “AND” الأعلى التشغيل، بينما تكون البوابات “AND” المتبقية مقيدة، وبالتالي يتم إرسال إدخال البيانات “D0” إلى النواتج “q”.

أمّا إذا تم تغيير إدخال التحكم إلى “11”، فسيتم تقييد جميع البوابات باستثناء بوابة “AND” السفلية حيث في هذه الحالة يتم إرسال “D3″ إلى النواتج و”q” = “D0″، وأمّا إذا تم تغيير إدخال التحكم إلى “AB = 11” فسيتم تعطيل جميع البوابات باستثناء بوابة “AND” السفلية.

في هذه الحالة يتم نقل “D3” إلى النواتج و”q = D3″، وأفضل مثال على معدد إرسال “4X1” هو “IC 74153” وفي هذا “IC” يكون “o / p” هو نفسه “i / p”، ومثال آخر لمضاعف “4X1” هو “IC 45352″، وفي هذا “IC” يكون “o / p”  “هو متمم لـ “i / p”.

ثانياً: المضاعف 8 إلى 1:

يتكون معدد الإرسال من “8 إلى 1” من “8 خطوط إدخال” وخط إنتاج واحد و”3 خطوط” اختيار.

ثالثاً: 8-1 دائرة المضاعف:

لتوليف إدخال التحديد يتم توصيل خط البيانات بخط النواتج، والدائرة التالية هي معدد إرسال 8 * 1، حيث يتطلب معدد الإرسال “8 إلى 1” حوالي “8 بوابات” وبوابة واحدة و”3 خطوط” اختيار، وبالنسبة للمدخل فإنّ فئات المدخلات المحددة تُرسل للبوابة “AND” مع خطوط معلومات الإدخال الأخرى.

بطريقة مشابهة، يتم توصيل جميع بوابات “AND”، وفي هذا المضاعف “8 * 1” ولأي إدخال لخط التحديد تُعطي بوابة “AND” قيمة “1” وتعطي جميع البوابات “AND” المتبقية “0”، وأخيراً باستخدام بوابات “OR” تتم إضافة جميع البوابات “AND” وكما سيكون هذا مساوياً للقيمة المحددة.

مزايا مضاعف الإرسال Multiplexer:

• في معدد الإرسال يمكن تقليل استخدام عدد من الأسلاك.

• إنّه يقلل من التكلفة وكذلك تعقيد الدائرة.

• يمكن تنفيذ عدد من الدوائر المركبة باستخدام معدد الإرسال.

• لا تتطلب “Mux” خرائط “K” والتبسيط.

• يمكن أن يجعل معدد الإرسال دائرة النقل أقل تعقيداً واقتصادية.

• يكون تبديد الحرارة أقل بسبب تيار التحويل التماثلي الذي يتراوح من “10 ملي أمبير” إلى “20 ملي أمبير”.

• يمكن توسيع قدرة معدد الإرسال لتبديل الإشارات الصوتية وإشارات الفيديو وما إلى ذلك.

• يمكن ترقية كفاءة النظام الرقمي باستعمال “MUX”؛ لأنّه يقلل من عدد التوصيلات السلكية الخارجية.

• يستخدم “MUX” لتنفيذ عدة دوائر توافقية.

• يمكن تبسيط التصميم المنطقي من خلال “MUX”.

عيوب مضاعف الإرسال Multiplexer:

• مطلوب تأخيرات إضافية في منافذ التحويل وإشارات الإدخال أو النواتج التي تنتشر في جميع أنحاء معدد الإرسال.

• المنافذ التي يمكن استخدامها في نفس الوقت لها قيود.

• يمكن معالجة تبديل المنافذ عن طريق إضافة تعقيد البرامج الثابتة.

• يمكن التحكم في مُضاعِف الإرسال باستخدام منافذ إدخال أو إنتاج إضافية.

تطبيقات مضاعف الإرسال Multiplexer:

تُستعمل مضاعفات الإرسال في تطبيقات متنوعة، حيث يجب نقل بيانات متعددة باستعمال خط واحد.

أولاً: نظام الاتصال:

يحتوي نظام الاتصالات على شبكة اتصالات ونظام نقل، حيث باستخدام معدد إرسال يمكن زيادة كفاءة نظام الاتصال عن طريق السماح بنقل البيانات، مثل بيانات الصوت والفيديو من قنوات متنوعة من خلال خطوط أو كابلات مفردة.

ثانياً: ذاكرة الكمبيوتر:

تُستعمل مضاعفات الإرسال في ذاكرة الكمبيوتر للحفاظ على قدر هائل من الذاكرة في أجهزة الكمبيوتر وكذلك لتقليل عدد الخطوط النحاسية المطلوبة لتوصيل الذاكرة بأجزاء أخرى من الكمبيوتر.

ثالثاً: شبكة الهاتف:

في شبكات الهاتف، يتم جمع إشارات صوتية عديدة في خط إرسال واحد من خلال مضاعف الإرسال.

رابعاً: الإرسال من نظام الكمبيوتر للقمر الصناعي:

يستعمل مضاعف الإرسال لإرسال إشارات المعلومات من نظام الكمبيوتر لمركبة فضائية أو قمر صناعي إلى النظام الأرضي “Ground system” باستعمال القمر الصناعي “GSM“.

• “GSM” هي اختصار لـ “Global System for Mobile Communications”.