ENE324 การทดลองเรื่อง การมัลติเพล็กซ์ทางเวลา
วัตถุประสงค์ :
1. เพื่อศึกษาหลักการมัลติเพล็กซ์ทางเวลา
2. เพื่อทดลองการส่งสัญญาณแบบ มัลติเพล็กซ์ทางเวลา 4 ช่อง
3. เพื่อศึกษาหลักการทำงานของวงจรมัลติเพล็กซ์ และดีมัลติเพล็กซ์
อุปกรณ์ :
1. ชุดทดลองระบบสื่อสารมัลติเพล็กซ์
2. แหล่งจ่ายไฟตรงสำหรับวงจรทดลอง
3. ออสซิลโลสโคป 20 MHz แบบ 2 เส้นสัญญาณ
4. เครื่องนับความถี่
5. สายคีบ
ทฤษฎี :
วงจรในการทดลองแบ่งเป็น สองส่วนคือภาคส่ง(Transmitter) และภาครับ (Receiver)ดังรูปที่ 2 ซึ่งภาคส่งอยู่ทางซ้ายมือ
สัญญาณที่ผ่านการมัลติเพล็กซ์ทางเวลาแล้วจะมีการแบ่งช่องเวลาออกเป็น 5 ช่องเวลาเพื่อเรียงสัญญาณ ดังนี้
ขั้นตอนการทดลอง
1. เลือกใช้แหล่งกำเนิดสัญญาณอินพุตภายในหรือภายนอก ถ้าใช้จากภายนอกป้อนสัญญาณเข้าได้ไม่เกิน 2 Vp-p
2. เปิดสวิทซ์ให้วงจรทำงานวัดและบันทึกรูปสัญญาณเข้าทั้งสี่ช่อง
3.วัดความถี่และสัญญาณนาฬิกาที่ภาคส่งที่จุด TP8 บันทึกรูปและขนาดของสัญญาณ
4.บันทึกรูปคลื่นที่จุด TP5,TP6,TP7 ตั้งค่าฐานเวลาของเครื่องออสซิลโลสโคปให้แสดงสัญญาณอย่างน้อย 4 พัลซ์
5.ป้อนสัญญาณเข้ารูป sine wave อย่างเดียวโดยเลือกที่สวิทซ์อินพุทแล้วบันทึกสัญญาณที่ TP9
6.วัดความถี่ของสัญญาณ Sync ที่ TP9 ได้ความถี่ 87.41 KHz
7.เปรียบเทียบขนาดของสัญญาณ Vin ที่เข้าไปที่ภาครวมสัญญาณและขนาดของ Vin ที่ปรากฏที่ TP9ว่ามีขนาดเหมือนกันอย่างไร มีแรงดันสูญเสียใน multiplexer switch เท่าไหร่
8.บันทึกรูปคลื่นของสัญญาณที่ตกคร่อมความต้านทาน 10 Ohms (TP4) ว่าเป็นอย่างไร
9.วัดและบันทึกรูปกระแสพัลซ์ที่เข้า Infrared transmitter ว่ามีรูปร่างอย่างไร
10.ขนาดของสัญญาณที่จุด TP11เปลี่ยนแปลงอย่างไร หลังการปรับที่ Gain adj.
11. บันทึกความถี่สัญญาณนาฬิกาที่ภาค PLL ของวงจรภาครับสร้างขึ้นมามีค่าเท่าไหร่? และความแตกต่างกับสัญญาณนาฬิกาที่ภาคส่งอย่างไร?
12.ปรับ R16 ที่ภาค PLL เพื่อดูผลว่าวงจรสามารถที่จะสร้างสัญญาณนาฬิกาต่างจากสัญญาณ Sync ได้ในช่วงใดบ้าง เมื่อปรับค่า R16 ไม่ถูกต้องสัญญาณที่ส่งมาจะไม่สามารถออกไปที่เอ้าท์พุทได้ และอาจมีเสียงน้อยซ์จากการที่สัญญาณนาฬิกาไม่ถูกต้อง
13.ทดลองหาค่าความกว้างของแถบความถี่ที่ช่องที่ 1 โดยการใช้เครื่องกหนดสัญญาณออดิโอจากภายนอกป้อนสัญญาณเข้ารูป Sine ขนาดไม่เกิน 2 Vp-p แล้วปรับค่าความถี่ไปเรื่อยๆเพื่อบันทึกช่วงผ่านความถี่ภายใน 3 dB
14.วัดสัญญาณขาออกที่จุดเอ้าท์พุทของสัญญาณที่ 1 ทดลองปรับ R16 และดูว่าถ้าสัญญาณนาฬิกาทางภาครับไม่ตรงกับทางภาคส่งแล้วจะเกิดอะไรขึ้น
***หมายเหตุ*** : การทดลองที่ 9,10,13 ไม่ทำ
ผลการทดลอง
1. เลือกใช้แหล่งกำเนิดสัญญาณอินพุตวัดและบันทึกรูปสัญญาณเข้าทั้งสี่ช่อง
3. วัดความถี่และสัญญาณนาฬิกาที่ภาคส่งที่จุด TP8 บันทึกรูปและขนาดของสัญญาณ
Volts/Div = 2 Volts/Div
Times/Div = 1 us/Div
Frequency = 438.6 kHz
4. บันทึกรูปคลื่นที่จุด TP5,TP6,TP7 ตั้งค่าฐานเวลาของเครื่องออสซิโลสโคปให้แสดงสัญญาณอย่างน้อย 4 พัลซ์
5. ป้อนสัญญาณเข้ารูป sine อย่างเดียวโดยเลือกที่สวิทซ์อินพุท แล้วบันทึกสัญญาณที่จุดออก TP9
6. วัดความถี่ของสัญญาณ Sync ที่ TP9 ว่าเป็นเท่าไหร่ ในหน่วย KHz
7. เปรียบเทียบขนาดของสัญญาณ Vinที่เข้าไปที่ภาครวมสัญญาณ และขนาดของ Vin ที่ปรากฏที่TP9 ว่ามีขนาดเหมือนกันอย่างไร มีแรงดันสูญเสียใน multiplexer switch เท่าไหร่
1. ชุดทดลองระบบสื่อสารมัลติเพล็กซ์
2. แหล่งจ่ายไฟตรงสำหรับวงจรทดลอง
3. ออสซิลโลสโคป 20 MHz แบบ 2 เส้นสัญญาณ
4. เครื่องนับความถี่
5. สายคีบ
ทฤษฎี :
วงจรในการทดลองแบ่งเป็น สองส่วนคือภาคส่ง(Transmitter) และภาครับ (Receiver)ดังรูปที่ 2 ซึ่งภาคส่งอยู่ทางซ้ายมือ
รูปที่ 2 ภาพบอร์ดที่ใช้ในการทดลอง
รูปที่ 3 สัญญาณมัลติเพล็กซ์ทางเวลาจาก TP.9
ดังนั้นในวงจรภาคส่งจะมีวงจรที่ทา หน้าที่ต่างๆเพื่อสร้างสัญญาณตามที่ต้องการ
รูปที่ 4 วงจรภาคส่ง
รูปที่ 5 วงจรภารับ
ด้านซ้ายมือของวงจรภาคส่งมีอินพุตขาเข้า 4 อินพุท (1,2,3,4) สามารถป้อนสัญญาณความถี่เสียงเข้าได้ โดยอินพุททั้งสี่ สามารถเลือกว่ามาจากภายในบอร์ดก็ได้โดยการควบคุมที่ดิปสวิทช์ 4 ช่อง IC#4051 (TP.9) ทำหน้าที่เป็นสวิทช์ 5 ช่องควบคุมจาก IC#7490 (TP.5,6,7) ซึ่งสัญญาณควบคุมกำหนดจากสัญญาณนาฬิกา IC555(TP.8)
วงจรภาครับแสดง IC#MC1733 ทำหน้าที่ขยายสัญญาณที่รับมาผ่านวงจรแปลงสัญญาณแสงเป็นไฟฟ้าออกที่ TP.11 จากนั้นเข้าวงจรแยก Sync. ออกเพื่อสร้างสัญญาณนาฬิกาภาครับให้เข้าจังหวะกับสัญญาณนาฬิกาภาคส่ง โดยใช้ #565PLL ส่วน 7490 และ 4051 ทำหน้าที่เหมือนภาคส่ง
นำแผงวงจรทดลองติดตั้งเข้ากับแหล่งจ่ายไฟตรงของชุดทดลองซึ่งจะจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงค่า +5v
และ-10v ให้กับวงจรการเชื่อมต่อสัญญาณให้ใช้สายนำแสงต่อเชื่อมสัญญาณ
ขั้นตอนการทดลอง
1. เลือกใช้แหล่งกำเนิดสัญญาณอินพุตภายในหรือภายนอก ถ้าใช้จากภายนอกป้อนสัญญาณเข้าได้ไม่เกิน 2 Vp-p
2. เปิดสวิทซ์ให้วงจรทำงานวัดและบันทึกรูปสัญญาณเข้าทั้งสี่ช่อง
3.วัดความถี่และสัญญาณนาฬิกาที่ภาคส่งที่จุด TP8 บันทึกรูปและขนาดของสัญญาณ
4.บันทึกรูปคลื่นที่จุด TP5,TP6,TP7 ตั้งค่าฐานเวลาของเครื่องออสซิลโลสโคปให้แสดงสัญญาณอย่างน้อย 4 พัลซ์
5.ป้อนสัญญาณเข้ารูป sine wave อย่างเดียวโดยเลือกที่สวิทซ์อินพุทแล้วบันทึกสัญญาณที่ TP9
6.วัดความถี่ของสัญญาณ Sync ที่ TP9 ได้ความถี่ 87.41 KHz
7.เปรียบเทียบขนาดของสัญญาณ Vin ที่เข้าไปที่ภาครวมสัญญาณและขนาดของ Vin ที่ปรากฏที่ TP9ว่ามีขนาดเหมือนกันอย่างไร มีแรงดันสูญเสียใน multiplexer switch เท่าไหร่
8.บันทึกรูปคลื่นของสัญญาณที่ตกคร่อมความต้านทาน 10 Ohms (TP4) ว่าเป็นอย่างไร
9.วัดและบันทึกรูปกระแสพัลซ์ที่เข้า Infrared transmitter ว่ามีรูปร่างอย่างไร
10.ขนาดของสัญญาณที่จุด TP11เปลี่ยนแปลงอย่างไร หลังการปรับที่ Gain adj.
11. บันทึกความถี่สัญญาณนาฬิกาที่ภาค PLL ของวงจรภาครับสร้างขึ้นมามีค่าเท่าไหร่? และความแตกต่างกับสัญญาณนาฬิกาที่ภาคส่งอย่างไร?
12.ปรับ R16 ที่ภาค PLL เพื่อดูผลว่าวงจรสามารถที่จะสร้างสัญญาณนาฬิกาต่างจากสัญญาณ Sync ได้ในช่วงใดบ้าง เมื่อปรับค่า R16 ไม่ถูกต้องสัญญาณที่ส่งมาจะไม่สามารถออกไปที่เอ้าท์พุทได้ และอาจมีเสียงน้อยซ์จากการที่สัญญาณนาฬิกาไม่ถูกต้อง
13.ทดลองหาค่าความกว้างของแถบความถี่ที่ช่องที่ 1 โดยการใช้เครื่องกหนดสัญญาณออดิโอจากภายนอกป้อนสัญญาณเข้ารูป Sine ขนาดไม่เกิน 2 Vp-p แล้วปรับค่าความถี่ไปเรื่อยๆเพื่อบันทึกช่วงผ่านความถี่ภายใน 3 dB
14.วัดสัญญาณขาออกที่จุดเอ้าท์พุทของสัญญาณที่ 1 ทดลองปรับ R16 และดูว่าถ้าสัญญาณนาฬิกาทางภาครับไม่ตรงกับทางภาคส่งแล้วจะเกิดอะไรขึ้น
***หมายเหตุ*** : การทดลองที่ 9,10,13 ไม่ทำ
ผลการทดลอง
1. เลือกใช้แหล่งกำเนิดสัญญาณอินพุตวัดและบันทึกรูปสัญญาณเข้าทั้งสี่ช่อง
CH.1
CH.2
CH.3
CH.4
3. วัดความถี่และสัญญาณนาฬิกาที่ภาคส่งที่จุด TP8 บันทึกรูปและขนาดของสัญญาณ
Volts/Div = 2 Volts/Div
Times/Div = 1 us/Div
Frequency = 438.6 kHz
4. บันทึกรูปคลื่นที่จุด TP5,TP6,TP7 ตั้งค่าฐานเวลาของเครื่องออสซิโลสโคปให้แสดงสัญญาณอย่างน้อย 4 พัลซ์
TP5
TP6
TP7
6. วัดความถี่ของสัญญาณ Sync ที่ TP9 ว่าเป็นเท่าไหร่ ในหน่วย KHz
ตอบ 88.34 KHz
7. เปรียบเทียบขนาดของสัญญาณ Vinที่เข้าไปที่ภาครวมสัญญาณ และขนาดของ Vin ที่ปรากฏที่TP9 ว่ามีขนาดเหมือนกันอย่างไร มีแรงดันสูญเสียใน multiplexer switch เท่าไหร่
i/p voltage = 920 mV
o/p voltage = 200 mV
มีแรงดันสูญเสียใน multiplexer switch 0.92-0.2 = 0.72 V
8. บันทึกรูปคลื่นของสัญญาณที่ตกคร่อมความต้านทาน 10 Ohms (TP4) ว่าเป็นอย่างไร
11. บันทึกความถี่สัญญาณนาฬิกาที่ภาค PLL ของวงจรภาครับ และ ภาคส่ง มีค่าเท่ากัน
สีเหลือง = สัญญาณนาฬิกาภาคส่ง
สีฟ้า = สัญญาณนาฬิกาภาครับ
มีการเลื่อนเฟสเล็กน้อย จะเลื่อนมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับการปรับ CLOCK ADJ.
12. เมื่อปรับค่า R16 ไม่ถูกต้องสัญญาณที่ส่งมาจะไม่สามารถออกไปที่เอ้าท์พุทได้ และอาจมีเสียงบีทจากการที่สัญญาณนาฬิกาไม่ถูกต้อง ถ้าในกรณีที่สัญญาณถูกต้อง จะไม่มีเสียง
14. ถ้าสัญญาณนาฬิกาทางภาครับไม่ตรงกับทางภาคส่ง รูปสัญญาณขาออกจะไม่เป็นรูป sine และ มีเสียงความสูง-ต่ำ
วิจารณ์ผลการทดลอง
การส่งข้อมูลแบบ TDM นั้นจะสามารถช่วยในการประหยัดวงจรในการส่งข้อมูลจะเห็นได้จากการทดลอง เราสามารถส่งสัญญาณในแบบที่ต่างกันพร้อมกันโดยส่งเพียงส่วนหนึ่งของสัญญาณ ซึ่งในภาครับก็สามารถที่จะสร้างสัญญาณกลับมาเหมือนตอนที่ทำการส่งได้ และ bandwidth ของวงจรจะมีค่าขึ้นอยู่กับค่าความถี่สูงสุดของสัญญาณที่ส่งในวงจร ซึ่งในการทดลองจะมีความถี่สัญญาณนาฬิกาใช้ในการควบคุม การ Interleaving โดยทางภาครับใช้หลักการ Phase Lock Loop ในการสร้างสัญญาณนาฬิกาที่ตรงกับสัญญาณนาฬิกาในภาคส่ง
สรุปผลการทดลอง
สรุปผลการทดลอง
Time division multiplex เป็นเทคนิคที่สร้างขึ้นมาเพื่อนำมาช่วยในการส่งข้อมูลหลายๆ ตัวไปในสายเดียวกัน โดยอาศัยการแบ่งทางเวลา โดยหลักการคือการใช้ MUX (Multiplexer มัลติเพล็กเซอร์) ส่งข้อมูลออกไป และควบคุมโดยสัญญาณนาฬิกา ในการส่งข้อมูลจะมอง MUX เปรียบเสมือนสวิทซ์ ที่จะทำการหมุนไปเรื่อยๆ ด้วยความเร็วคงที่ วนไปตั้งแต่ข้อมูลตั้งแต่ตัวแรกที่จะทำการส่งไปจนตัวสุดท้ายแล้วจะทำการกลับมาส่ง ข้อมูลตัวแรกอีกครั้ง
ตัวอย่างการมัลติเพล็กซ์เชิงเวลา สัญญาณอนาลอก
โดยในการส่งข้อมูลหลายๆ signal นั้น ข้อมูลจะถูก sampling เป็นส่วนๆ ในภาคส่งและในภาครับข้อมูลจะถูก DEMUX กลับออกมาเป็นรูปสัญญาณเดียวกันกับในภาคส่ง ซึ่งถ้าจะให้สัญญาณที่ออกมาจากกภาครับเหมือนภาคส่งนั้น สัญญาณนาฬิกาที่ใช้ควบคุมการ Interleaving จะต้องมีความถี่เท่ากัน ในการส่งแบบ TDM จะมีการแบ่ง time slot ไว้เป็นช่วงๆเท่ากัน แล้วจึงทำการส่งข้อมูลเข้าไปใน time slot แต่ละช่อง
จากรูปจะเห็นว่าข้อมูล B มี 3 ตัว ดังนั้นตั้งแต่ frame ที่ 4 จะไม่มีข้อมูล B ออกไปเลย แต่ยังมีการจอง time slot ไว้ให้กับข้อมูล B อยู่ ดั่งการทดลองเมื่อทำการส่งแต่ CH1 ก็ยังมีการจองข้อมูลไว้ให้กับ CH อื่นๆ อยู่
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น