Lab10 Time Division Multiplexing
วัตถุประสงค์
1.เพื่อศึกษาหลักการมัลติเพล็กซ์ทางเวลา
2.เพื่อทดลองการส่งสัญญาณแบบ มัลติเพล็กซ์ทางเวลา 4 ช่อง
3.เพื่อศึกษาการทำงานของวงจรมัลติเพล็กซ์ และดีมัลติเพล็กซ์
อุปกรณ์ในการทดลอง
1.ชุดทดลองระบบสื่อสารมัลติเพล็กซ์
2.แหล่งจ่ายไฟตรงสำหรับวงจรทดลอง
3.ออสซิลโลสโคป 20 MHz แบบ 2 เส้นสัญญาณ
4.เครื่องนับความถี่
5.สายคีบ
หลักการทำงาน
วงจรในการทดลองแบ่งเป็นสองส่วนคือ ภาคส่ง(Transmitter) และภาครับ (Receiver) ดังรูปที่ 2 ซึ่งภาคส่งอยู่ทางซ้ายมือ
สัญญาณที่ผ่านการมัลติเพล็กซ์ทางเวลาแล้วจะมีการแบ่งช่องเวลาออกเป็น 5 ช่องเวลาเพื่อเรียงสัญญาณดังนี้
ดังนั้นวงจรภาคส่งจะมีวงจรที่ทำหน้าที่ต่างๆเพื่อสร้างสัญญาณตามที่ต้องการ
ด้านซ้ายมือของวงจรภาคส่งมีอินพุตขาเข้า 4 อินพุต(1,2,3,4) สามารถป้อนสัญญาณความถี่เสียงเข้าได้ โดยอินพุตทั้งสี่ สามารถเลือกว่ามาจากภายในบอร์ดก็ได้โดยการควบคุมที่ดิปสวิทซ์ IC#4051(TP.9) ทำหน้าที่เป็นตัวมัลติเพล็กซ์โดยการสวิทซ์ 5 ช่องควบคุม จาก IC#7490(TP.5,6,7) ซึ่งสัญญาณควบคุมกำหนดจากสัญญาณนาฬิกา IC555(TP.8)
รูปที่ 5 วงจรภาครับแสดง IC#MC1733 ทำหน้าที่ขยายสัญญาณที่รับมา ผ่านวงจรแปลงสัญญาณแสงเป็นไฟฟ้า ออกที่ TP.11 จากนั้นเข้าวงจรแยก Sync. ออกเพื่อสร้างสัญญาณนาฬิกาภาครับให้เข้าจังหวะกับสัญญาณนาฬิกาภาคส่ง โดยใช้ #565PLL ส่วน 7490 และ 4051 ทำหน้าที่เหมือนภาคส่ง
ผลการทดลอง
1.เลือกใช้แหล่งกำเนิดสัญญาณอินพุต ภายใน หรือภายนอก ถ้าใช้จากภายนอกป้อนสัญญาณเข้าได้ไม่เกิน 2 V(p-p)
2. เปิดสวิทช์ให้วงจรทำงาน วัดและบันทึกรูปสัญญาณเข้าทั้งสี่ช่อง
 |
| CH 1 |
 |
| CH2 |
 |
| CH3 |
 |
| CH 4 |
3.วัดความถี่และสัญญาณนาฬิกาที่ภาคส่งที่จุด TP8 บันทึกรูปและขนาดของสัญญาณ
 |
Volts/DIV = 2 Volts/DIV
Times/DIV = 1 µs/DIV
Frequency = 1/(2.2 µs) = 454.5 KHz
4.บันทึกรูปคลื่นที่จุด TP5,TP6,TP7 ตั้งค่าฐานเวลาของเครื่องออสซิโลสโคปให้แสดงสัญญาณอย่างน้อย 4 พัลซ์
 |
| TP 5 |
 |
| TP 6 |
 |
| TP 7 |
5.ป้อนสัญญาณเข้าเป็นรูปซายน์ อย่างเดียวโดยเลือกที่สวิทช์อินพุต แล้วบันทึกสัญญาณขาออกที่ TP9
6.วัดความถี่สัญญาณ Sync ที่ TP9 ว่าเป็นเท่าใด ในหน่วย kHz Frequency of sync. Pulse 90.9 KHz
7.เปรียบเทียบขนาดของสัญญาณ V_in ที่เข้าไปที่ภาครวมสัญญาณ และขนาดของ V_in ที่ปรากฏ ที่ TP9 ว่ามีขนาดต่างกันอย่างไร มีแรงดันสูญเสียใน Multiplexer Switch เท่าใด ?
 | |
0.7 At i/p 0.45 At o/p มีแรงดันสูญเสีย ใน Multiplexer Switch 0.7 – 0.45 = 0.25 V |
8.บันทึกรูปคลื่น ของสัญญาณที่ตกคร่อมความต้านทาน 10 Ω (TP4) ว่าเป็นเท่าใด?
 |
| Frequency = 90.9 KHz |
9.วัดและบันทึกรูปกระแสพัลซ์ที่เข้า Infrared transmitter ว่ามีรูปร่างอย่างไร
 |
| Frequency = 90.9 KHz |
10.ขนาดของสัญญาณที่จุด TP11 เปลี่ยนแปลงอย่างไร หลังการปรับที่ Gain adj.
11.บันทึกความถี่สัญญาณนาฬิกาที่ภาค PLL ของวงจรภาครับสร้างขึ้นมามีค่าเท่าใดและความแตกต่างกับสัญญาณนาฬิกาที่ภาคส่งอย่างไร
12.ปรับ R16 ที่ภาค PLL เพื่อดูผลว่า วงจรวสามารถที่จะสร้างสัญญาณนาฬิกาต่างจากสัญญาณ Sync ได้ในช่วงใดบ้าง เมื่อปรับค่า R16 ไม่ถูกต้องสัญญาณที่ส่งมาจะไม่สามารถออกไปที่เอาท์พุต และอาจมีเสียงน้อยซ์จากการที่สัญญาณนาฬิกาไม่ถูกต้อง
13.ทดลองหาค่าความกว้างของแถบความถี่ที่ช่องที่1 โดยการใช้เครื่องกำหนดสัญญาณออดิโอ จากภายนอกป้อนสัญญาณเข้ารูปซายน์ขนาดไม่เกิน 2 V(p-p) แล้วปรับค่าความถี่ไปเรื่อยๆเพื่อบันทึกช่วงผ่านความถี่ ภายในช่วง 3 dB
14.วัดสัญญาณขาออกที่จุดเอาท์พุตของสัญญาณที่1 ทดลองปรับ R16 และดูว่าถ้าสัญญาณนาฬิกาทางภาครับไม่ตรงกับทางภาคส่งแล้วจะเกิดอะไรขึ้น
วิจารณ์ผลการทดลอง
การส่งข้อมูลแบบ TDM นั้นจะสามารถช่วยในการประหยัดวงจรในการส่งข้อมูลจะเห็นได้จากการทดลอง เราสามารถส่งสัญญาณรูปร่างต่างๆ กัน โดยส่งเพียงส่วนหนึ่งของมันเท่านั้น ซึ่งในภาครับก็สามารถที่จะสร้างสัญญาณกลับมาเหมือนตอนส่งได้ ส่วน bandwidth ของวงจร มีค่าขึ้นอยู่กับค่าความถี่สูงสุดของสัญญาณที่ส่งในวงจร ในการทดลอง มีความถี่สัญญาณนาฬิกาที่ใช้ในการควบคุม การ Interleaving โดยใช้วงจร astable multivibrator ส่วน ทางภาครับใช้หลักการ Phase Lock Loop ในการสร้างสัญญาณนาฬิกาที่ตรงกับสัญญาณนาฬิกาในภาคส่ง นอกจากนี้การส่งผ่านเส้นใยแก้วนำแสง ยังแสดงว่าวงจรส่งและรับในการทดลองนั้น แยกกันจริง
สรุปผลการทดลอง
Time division multiplex เป็นกระบวนการทางเทคนิคที่สร้างขึ้นมาเพื่อนำมาใช้การส่งข้อมูล (Transmission) หลายตัวไปพร้อมกัน (สามารถส่งข้อมูลหลายๆ ตัวไปในสายเดียวกัน) โดยอาศัยการแบ่งทางเวลา โดยหลักการคือการใช้ MUX ทำการ Interleaving ส่งข้อมูลออกไป โดยการ interleaving จะถูกควบคุมโดยสัญญาณนาฬิกา
ในการส่งข้อมูลจะมอง MUX เปรียบเสมือนสวิทซ์ ที่จะทำการหมุนไปเรื่อยๆ ด้วยความเร็วคงที่ วนไปตั้งแต่ข้อมูลตัวแรกที่จะทำการส่งไปจนตัวสุดท้ายแล้วจะทำการกลับมาส่ง ข้อมูลตัวแรกอีกครั้ง
ในการส่งข้อมูลออกไปนั้นจะทำการส่งข้อมูล ออกไปเป็นส่วนๆ ดังรูปด้านล่าง
ตัวอย่างการมัลติเพล็กซ์เชิงเวลา สัญญาณอนาลอก
จะเห็นว่าข้อมูลจะถูก sampling เป็นส่วนๆ ในภาคส่งและในภาครับข้อมูลจะถูก DEMUX กลับออกมาเป็นรูปสัญญาณเดียวกันกับในภาคส่ง ซึ่งถ้าจะให้สัญญาณที่ได้กลับออกมาจากกภาครับเหมือนภาคส่งนั้น สัญญาณนาฬิกาที่ใช้ควบคุมการ Interleaving ต้องมีความถี่เท่ากัน ดังนั้นในการทดลอง เพื่อให้ง่ายต่อการศึกษาขึงทำการใส่สัญญาณ sync เข้าไปเพื่อให้สามารถทำการสังเคราะห์ความถี่ที่ใกล้เคียงกับภาคส่งกลับออกมา ได้
ในการส่งแบบ TDM นี้ จะเห็นว่าจะมีการแบ่ง time slot ไว้เป็นช่วงๆ ซึ่ง time slot นี้จะมีช่วงเท่ากันให้แต่ละ time slot แล้วจึงการส่งข้อมูลเข้าไปใน time slot แต่ละช่อง ดังนั้นเพื่อช่องใดไม่มีข้อมูลในการส่ง TDM ก็ยังแบ่ง time slot ไว้ให้ แต่ในการส่งช่องนั้นจะไม่มีข้อมูลที่ถูกส่งออก ดังรูป
จะเห็นว่าข้อมูล B มี 3 ตัว ดังนั้นตั้งแต่ frame ที่ 4 จะไม่มีข้อมูล B ออกไปเลย แต่ยังมีการจอง time slot ไว้ให้กับข้อมูล B อยู่ ดั่งการทดลองเมื่อทำการส่งแต่ CH1 ก็ยังมีการจองข้อมูลไว้ให้กับ CH อื่นๆ อยู่
วิจารณ์ผลการทดลอง
การส่งข้อมูลแบบ TDM นั้นจะสามารถช่วยในการประหยัดวงจรในการส่งข้อมูลจะเห็นได้จากการทดลอง เราสามารถส่งสัญญาณรูปร่างต่างๆ กัน โดยส่งเพียงส่วนหนึ่งของมันเท่านั้น ซึ่งในภาครับก็สามารถที่จะสร้างสัญญาณกลับมาเหมือนตอนส่งได้ ส่วน bandwidth ของวงจร มีค่าขึ้นอยู่กับค่าความถี่สูงสุดของสัญญาณที่ส่งในวงจร ในการทดลอง มีความถี่สัญญาณนาฬิกาที่ใช้ในการควบคุม การ Interleaving โดยใช้วงจร astable multivibrator ส่วน ทางภาครับใช้หลักการ Phase Lock Loop ในการสร้างสัญญาณนาฬิกาที่ตรงกับสัญญาณนาฬิกาในภาคส่ง นอกจากนี้การส่งผ่านเส้นใยแก้วนำแสง ยังแสดงว่าวงจรส่งและรับในการทดลองนั้น แยกกันจริง
สรุปผลการทดลอง
Time division multiplex เป็นกระบวนการทางเทคนิคที่สร้างขึ้นมาเพื่อนำมาใช้การส่งข้อมูล (Transmission) หลายตัวไปพร้อมกัน (สามารถส่งข้อมูลหลายๆ ตัวไปในสายเดียวกัน) โดยอาศัยการแบ่งทางเวลา โดยหลักการคือการใช้ MUX ทำการ Interleaving ส่งข้อมูลออกไป โดยการ interleaving จะถูกควบคุมโดยสัญญาณนาฬิกา
ในการส่งข้อมูลจะมอง MUX เปรียบเสมือนสวิทซ์ ที่จะทำการหมุนไปเรื่อยๆ ด้วยความเร็วคงที่ วนไปตั้งแต่ข้อมูลตัวแรกที่จะทำการส่งไปจนตัวสุดท้ายแล้วจะทำการกลับมาส่ง ข้อมูลตัวแรกอีกครั้ง
จะเห็นว่าข้อมูลจะถูก sampling เป็นส่วนๆ ในภาคส่งและในภาครับข้อมูลจะถูก DEMUX กลับออกมาเป็นรูปสัญญาณเดียวกันกับในภาคส่ง ซึ่งถ้าจะให้สัญญาณที่ได้กลับออกมาจากกภาครับเหมือนภาคส่งนั้น สัญญาณนาฬิกาที่ใช้ควบคุมการ Interleaving ต้องมีความถี่เท่ากัน ดังนั้นในการทดลอง เพื่อให้ง่ายต่อการศึกษาขึงทำการใส่สัญญาณ sync เข้าไปเพื่อให้สามารถทำการสังเคราะห์ความถี่ที่ใกล้เคียงกับภาคส่งกลับออกมา ได้
ในการส่งแบบ TDM นี้ จะเห็นว่าจะมีการแบ่ง time slot ไว้เป็นช่วงๆ ซึ่ง time slot นี้จะมีช่วงเท่ากันให้แต่ละ time slot แล้วจึงการส่งข้อมูลเข้าไปใน time slot แต่ละช่อง ดังนั้นเพื่อช่องใดไม่มีข้อมูลในการส่ง TDM ก็ยังแบ่ง time slot ไว้ให้ แต่ในการส่งช่องนั้นจะไม่มีข้อมูลที่ถูกส่งออก ดังรูป
จะเห็นว่าข้อมูล B มี 3 ตัว ดังนั้นตั้งแต่ frame ที่ 4 จะไม่มีข้อมูล B ออกไปเลย แต่ยังมีการจอง time slot ไว้ให้กับข้อมูล B อยู่ ดั่งการทดลองเมื่อทำการส่งแต่ CH1 ก็ยังมีการจองข้อมูลไว้ให้กับ CH อื่นๆ อยู่
