Многоразрядные мультиплексоры

Лекция №15

Комбинационные логические устройства: мультиплексоры, демультиплексоры

План

1. Мультиплексоры.

1.1 Многоразрядные мультиплексоры.

2. Демультиплексоры.

Мультиплексоры

Мультиплексором называются комбинационные устройство, обеспечивающее передачу в желаемом порядке цифровой информации, поступающей по нескольким входам на один выход. Мультиплексоры обозначают через MUX (от англ. multiplexor), а также через MS (от англ. Multiplexor selector). Схематически мультиплексор можно изобразить в виде коммутатора, обеспечивающего подключение одного из нескольких входов (их называют информационными) к одному выходу устройства. Кроме информационных входов в мультиплексоре имеются адресные входы и, как правило, разрешающие (стробирующие). Сигналы на адресных входах определяют, какой конкретно информационный канал подключен к выходу. Если между числом информационных входов n и число адресных входов m действуют соотношение n =2^m, то такой мультиплексор называют полным. Если n<2^m, то мультиплексор называют неполным.

Рис.1 Условное обозначение мультиплексора

Мультиплексор имеет несколько информационных входов D₀,D₁,D₂,D₃, адресные входа A₀,A₁, вход для подачи стробирующего сигнала C и один выход Q.

Каждому из информационных входов присваивается номер называемый адресом. При подачи стробирующего сигнала, мультиплексор выбирает один из входов, адрес которого задается двоичным кодом на адресных входах и подключает его к выходу.

Рассмотрим функционирование двухвходового мультиплексора (2 → 1), который условно изображён в виде коммутатора, а состояние его входов Х₁, Х₂ и выхода Y приведено в таблице:

Рис.2 Коммутатор двухвходового мультиплексора.

Исходя из таблицы, можно записать следующее уравнение:

Y = X₁ • A + X₂ • A,

Реализация такого устройства и его УГО приведены ниже:

Рис.3 Схема и условное обозначение двухвходового мультиплексора.

Количество мультиплексируемых входов называется количеством каналов мультиплексора, а количество выходов называется числом разрядов мультиплексора.

Число каналов мультиплексоров, входящих в стандартные серии, составляет от 2 до 16, а число разрядов — от 1 до 4, при чём, чем больше каналов имеет мультиплексор, тем меньше у него разрядов.

Управление работой мультиплексора (выбор номера канала) осуществляется с помощью входного кода адреса. Например, для 4 — канального мультиплексора необходим 2 — разрядный управляющий (адресный) код, а для 16 — канального — 4 разрядный код. Разряды кода обозначаются 1, 2, 4, 8 или А0, А1, A2, А3. Мультиплексоры бывают с выходом 2С и с выходом 3С. Выходы мультиплексоров бывают прямыми и инверсивными. Выход 3С позволяет объединить выходы мультиплексоров с выходами других микросхем, а также получать двунаправленные и мультиплексированные линии.

УГО мультиплексора, имеющего 8 информационных входов, 3 адресных входа, вход разрешения V, и два выхода (прямой инверсный) показано на рисунке:

Рис.4 Мультиплексор, имеющий 8 информационных входов.

При V = 1 мультиплексор блокируется.

Вход разрешения V используется для расширения функциональных возможностей мультиплексора, например, позволяет увеличивать число коммутируемых информационных входов:

Рис.5 Два 8 — канальных мультиплексора объединены в 16 — ти канальный.

Два 8 — канальных мультиплексора объединены в 16 — ти канальный. Старший разряд А3 выбирает один из 2 — ух мультиплексоров.

Многоразрядные мультиплексоры

Мультиплексоры могут быть использованы для синтеза логических функций. Максимальное число входов мультиплексоров в виде ИМС-8, если требуется построить мультиплексорное устройство с большим числом выходов, можно объединить мультиплексоры в схему, так называемого «дерева».

Рис.6 Схема многоразрядного мультиплексора.

Схема состоит из 4 мультиплексоров 1-го уровня с адресными переменными x₁ x₂ и мультиплексорами 1-го уровня – х₃ х_4. Устройства имеют 16 входов разбитых на четверки. Внутри четверки требуемый вход выбирается мультиплексором первого уровня. Мультиплексор второго уровня, подключая к общему входу, выходы отдельных мультиплексоров первого уровня переключая к четверке входов, по такой схеме можно построить на 64 входа.

Расширение разрядности мультиплексоров в общем случае реализуется их каскадным включением:

Рис.7 Схема "Мультиплексорное дерево".

Здесь "Мультиплексорное дерево" содержит четыре четырёхвходовых мультиплексора MUX1 — MUX4 c запараллеленными адресными входами А0, А1, которыми одновременно выбирается один из входов всех четырёх элементов, а мультиплексор MUX5 кодом на адресных входах А2, А3 выбирает один из выходов Y₀ — Y₃. Таким образом, четырёхразрядный код на входах А0 — А3соединяется с входом только один из 16 входов (16 =2⁴) D0 — D15.

Демультиплексоры

Демультиплексор – это устройство, которое имеет один вход и несколько выходов. Таким образом, демультиплексор в функциональном отношении противоположен мультиплексору. Демультиплексоры обозначают через DMX или DMS:

Рис.8 Условное обозначение демультиплексора.

При необходимости иметь большое число выхода можно построить демультиплексорное дерево.

Рис.9 Демультиплексорное дерево.

При использовании КМОП — технологии можно построить двунаправленные ключи, которые обладают возможностью пропускать ток в обоих направлениях и передавать не только цифровые, но и аналоговые сигналы. Благодаря этому можно строить мультиплексоры — демультиплексоры, которые могут использоваться либо как мультиплексоры, либо как демультиплексоры. Мультиплексоры — демультиплексоры обозначаются через MX.

Контрольные вопросы:

1. Что такое мультиплексор?

2. Как определить количество каналов мультиплексора?

3. Что такое демультиплексор?

4. В каком случае строится демультиплексорное дерево?

Литература:

1. http://studopedia.ru/8_139434_multipleksori-i-demultipleksori.html