Experiment 9: Time Division Multiplexing and Demultiplexing

วัตถุประสงค์ของการทดลอง :

              1. เพื่อศึกษาหลักการมัลติเพล็กซ์ทางเวลา

                2. เพื่อทดลองการส่งสัญญาณแบบ มัลติเพล็กซ์ทางเวลา 4 ช่อง

                3. เพื่อศึกษาหลักการทำงานของวงจรมัลติเพล็กซ์และดีมัลติเพล็กซ์

รายการอุปกรณ์ :

                1. ชุดทดลองระบบสื่อสารมัลติเพล็กซ์              

                2. แหล่งจ่ายไฟตรงสำหรับวงจรทดลอง

                3. ออสซิลโลสโคป 20 MHz แบบ 2 เส้นสัญญาณ

                4. เครื่องนับความถี่

                5. สายคีบ

ทฤษฎี
          วงจรในการทดลองแบ่งเป็น สองส่วนคือภาคส่ง(Transmitter) และภาครับ (Receiver)ดังรูป ซึ่ง
ภาคส่งอยู่ทางซ้ายมือ

สัญญาณที่ผ่านการมัลติเพล็กซ์ทางเวลาแล้วจะมีการแบ่งช่องเวลา

ออกเป็น  5 ช่องเวลาเพื่อเรียงสัญญาณดังนี้

รูปที่3สัญญาณมัลติเพล็กซ์ทางเวลาจาก TP.9

       ดังนั้นในวงจรภาคส่งจะมีวงจรที่ทำหน้าที่ต่างๆเพื่อสร้างสัญญาณตามที่ต้องการ

          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. เลือกใช้แหล่งกำเนิดสัญญาณอินพุตภายใน หรือภายนอก ถ้าใช้จากภายนอกป้อนสัญญาณได้ไม่เกิน 2 V_p-p

                   2. เปิดสวิทซ์ให้วงจรทำงาน วัดและบันทึกรูปสัญญาณเข้าทั้งสี่ช่องสัญญาณ

                3. วัดความถี่และสัญญาณ clk ที่ภาคส่ง ที่จุด TP8 บันทึกรูปและขนาดของสัญญาณ

                4. บันทึกรูปคลื่นที่จุด TP5, TP6, TP7 ตั้งค่าฐานเวลาของเครื่องออสซิลโลสโคปให้แสดงสัญญาณอย่างน้อย 4 พัลซ์

                5. ป้อนสัญญาณเข้ารูป sine wave อย่างเดียวโดยเลือกที่สวิทซ์อินพุท แล้วบันทึกสัญญาณที่ TP9

                6. วัดความถี่ของสัญญาณ Sync ที่ TP9 ได้ความถี่.......... KHz

                7. เปรียบเทียบขนาดของสัญญาณ V_in ที่เข้าไปที่ภาครวมสัญญาณ และขนาดของ V_in ที่ปรากฏที่ TP9 ว่ามีขนาดเหมือนกันอย่างไร มีแรงดันสูญเสียใน multiplexer switch เท่าไหร่

                8. บันทึกรูปคลื่นของสัญญาณที่ตกคร่อมความต้านทาน 10 Ohms (TP4) ว่าเป็นอย่างไร

                9. ขนาดของสัญญาณที่จุด TP11 เปลี่ยนแปลงอย่างไร หลังการปรับที่ Gain adj.

             10. บันทึกความถี่สัญญาณ clk ที่ภาค PLL ของวงจรภาครับสร้างขึ้นมามีค่าเท่าไหร่ และความแตกต่างกับสัญญาณ clk ที่ภาคส่งอย่างไร ? Freq...........Hz

               11. ปรับ R16 ที่ภาค PLL เพื่อดูผลว่า วงจรสามารถที่จะสร้างสัญญาณ clk ต่างจากสัญญาณ Sync ได้ในช่วงใดบ้าง เมื่อปรับค่า R16 ไม่ถูกต้อง สัญญาณที่ส่งมาจะไม่สามรถออกไปที่เอ้าพุตได้และอาจมีเสียงน้อยซ์จากการที่สัญญาณ clk ไม่ถูกต้อง

ผลการทดลอง :

1. เลือกใช้แหล่งกำเนิดสัญญาณอินพุต วัดและบันทึกรูปสัญญาณเข้าทั้งสี่ช่อง
2. เปิดสวิทซ์ให้วงจรทำงาน วัดและบันทึกรูปสัญญาณเข้าทั้งสี่ช่องสัญญาณ

                                             

                                              CH.1                                                  CH.2

                                          CH.3                                                     CH.4

3. วัดความถี่และสัญญาณนาฬิกาที่ภาคส่งที่จุด TP8 บันทึกรูปและขนาดของสัญญาณ

Volts/Div = 2 Volts/Div

Times/Div = 10 us/Div

Frequency = 438.4 KHz

4. บันทึกรูปคลื่นที่จุด TP5,TP6,TP7 ให้แสดงสัญญาณอย่างน้อย 4 พัลซ์

 TP5

 

  TP6

 TP7

5. ป้อนสัญญาณเข้ารูป sinewave อย่างเดียว โดยเลือกที่สวิตซ์อินพุท แล้วบันทึกสัญญาณที่จุดออก TP9

6. วัดความถี่ของสัญญาณ Sync ที่ TP9 ได้ความถี่ 87.41 KHz

7. เปรียบเทียบขนาดของสัญญาณ Vin ที่เข้าไปที่ภาครวมสัญญาณและขนาดของ Vin ที่ปรากฏที่ TP9 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

 

10. ขนาดของสัญญาณที่จุด TP11 เปลี่ยนแปลงอย่างไร หลังจากปรับที่ Gain adj. 

      - ขนาดของสัญญาณที่จุด TP11 เพิ่ม ลด ตามการปรับ Gain adj.

11.ความถี่สัญญาณ clk ที่ภาค PLL ของวงจรภาครับและภาคส่ง มีค่าเท่ากันที่ความถี่438.9 KHz

มีการเลื่อนเฟสเล็กน้อย จะเลื่อนมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับการปรับ Clock Adj.

 รูปร่างของสัญญาณ มีการผิดเพี้ยน ตามรูปการทดลอง

12. ปรับ R16 ที่ภาค PLL เพื่อดูผลว่า วงจรสามารถที่จะสร้างสัญญาณนาฬิกาต่างจากสัญญาณ Sync ได้ในช่วงใดบ้าง

- เมื่อปรับค่า R16 ไม่ถูกต้องสัญญาณที่ส่งมา วงจรเฟสล๊อกลูปจะไม่สามารถสร้างสัญญาณให้ตรงกับสัญญาณนาฬิกาขาส่งได้ ทำให้ไม่สามารถมัลติเพล็กซ์ออกไปที่เอ้าท์พุทได้ถูกต้องเหมือนต้นทาง และอาจมีเสียงหวีดจากการที่สัญญาณนาฬิกาไม่ถูกต้องทำให้เกิดการผสมของความถี่เป็นเสียงหวีดออกมาซึ่งเสียงที่ได้เป็นเสียงเดียวกันแต่มีขนาด amplitude ต่างกันก็คือเสียงเบาลงนั่นเอง

สรุปผลการทดลอง :

                จากการทดลอง Time division multiplex เป็นระบบที่ใช้การสื่อสารที่มีการแบ่งช่องเวลาเป็นช่วงๆโดยในแต่ละช่องจะใช้สำหรับการบรรจุข้อมูลที่มาจากแหล่งกำเนิดสัญญาณที่ต่างๆเรียงกันไป การทำงานของวิธีการมัลติเพล็กแบบแบ่งเวลา สัญญาณทางภาคส่งแต่ละช่องจะถูกอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่คล้ายสวิตซ์ ทำการเปิดปิดข้อมูลและส่งไปในสื่อสัญญาณเพื่อเชื่อมระหว่างภาคส่งและภาครับ โดยมีสัญญาณ Synchronize เป็นตัวควบคุมระยะเวลาที่ใช้สำหรับรับและส่งข้อมูล ในแต่ละช่องทางด้านภาครับก็จะใช้สัญญาณ Synchronize นี้ในการเปิดปิดสวิตซ์ ทำให้ข้อมูลถูกส่งไปยังช่องสัญญาณที่ถูกต้อง

วิจารณ์การทดลอง :

                การส่งข้อมูลแบบ TDM นั้นจะสามารถช่วยในการประหยัดวงจรในการส่งข้อมูล จะเห็นได้จากการทดลอง เราสามารถส่งสัญญาณรูปต่างๆกัน โดยส่งเพียงส่วนหนึ่งของมันเท่านั้น ซึ่งในภาครับก็สามารถที่จะสร้างสัญญาณกลับมาเหมือนตอนส่งได้ ส่วน bandwidth ของวงจร มีค่าขึ้นอยู่กับค่าความถี่สูงสุดของสัญญาณที่ส่งในวงจร ในการทดลอง มีความถี่สัญญาณนาฬิกาที่ใช้ในการควบคุม Interleaving โดยใช้วงจร astable multivibrator ส่วนทางภาครับใช้หลักการ Phase Lock Loop ในการสร้างสัญญาณนาฬิกาที่ตรงกับสัญญาณนาฬิกาในภาคส่ง นอกจากนี้การส่งผ่านเส้นใยแก้วนำแสง ยังแสดงว่าวงจรส่งและรับในการทดลองนั้นแยกกัน