Мультиплексор – устройство, обеспечивающее соединение одного из информационных входов с единственным выходом. Входы мультиплексора делятся на две группы: информационные и адресующие. Номер информационного входа, который соединяется с выходом, задается в двоичном коде на адресных входах. Если мультиплексор имеет n адресных входов, то в нем может быть 2 n информационных входов.
Демультиплексор – устройство, обеспечивающее соединение одного из информационных выходов с единственным информационным входом. Номер информационного выхода, который соединяется со входом, задается в двоичном коде на адресных входах. Если демультиплексор имеет n адресных входов, то в нем может быть 2 n информационных выходов.
Функциональная схема демультиплексора, имеющего четыре выхода, приведена на рисунке 1.35,а, а его условное обозначение на принципиальных схемах – на рисунке 1.35,б.
Функциональная схема мультиплексора, имеющего четыре входа, приведена на рисунке 1.35,в, а его условное обозначение на принципиальных схемах – на рисунке 1.35,г. Мультиплексоры могут снабжаться дополнительным входом – входом разрешения передачи информации с входов на выход.
Для пояснения принципа работы мультиплексора посмотрим на таблицу истинности:
| A1 | A0 | Q |
| D0 | ||
| D1 | ||
| D2 | ||
| D3 |
Работа мультиплексора описывается соотношением, которое иногда называется мультиплексной формулой. При любом значении адресующего кода все слагаемые, кроме одного, равны нулю. Ненулевое слагаемое равно D i , где i - значение текущего адресного кода. Логическая функция, описывающая работу мультиплексора:
Мультиплексоры могут применяться в делителях частоты, триггерных устройствах, сдвигающих устройствах и др. Мультиплексоры часто используют для преобразования параллельного двоичного кода в последовательный. Для такого преобразования достаточно подать на информационные входы мультиплексора параллельный двоичный код, а сигналы на адресные входы подавать в такой последовательности, чтобы к выходу поочередно подключались входы, начиная с первого и заканчивая последним.
Функции демультиплексоров сходны с функциями дешифраторов. Дешифратор можно рассматривать как демультиплексор, у которого информационный вход поддерживает напряжение выходов в активном состоянии, а адресные входы выполняют роль входов дешифратора. Поэтому в обозначении как дешифраторов, так и демультиплексоров в отечественных микросхемах используются одинаковые буквы - ИД.
Увеличение разрядности мультиплексоров при большом числе входных линий выполняют с помощью каскадно-пирамидального соединения мультиплексоров с меньшим числом входов (строят мультиплексорное дерево). Например, двухкаскадный мультиплексор 16:1 можно построить с использованием пяти мультиплексоров 4:1. Первый каскад из четырех мультиплексоров коммутирует 16 входов на 4 выхода, из которых во втором каскаде выбирается единственный. При этом усложняется схема управления.
Эти устройства являются комбинационными .
Шифраторы и дешифраторы
Эти устройства являются комбинационными .
Устройства, преобразующие одну разновидность кода в другую, называются преобразователями кодов . Например, существуют устройства, преобразующие прямой двоичный код в обратный и дополнительный коды. К преобразователям также относятся шифраторы и дешифраторы, осуществляющие кодирование и декодирование сигналов.
Двоичные дешифраторы преобразуют двоичный код в код «1 из N». В кодовой комбинации этого кода только одна позиция занята единицей, а все остальные – нулевые.
Двоичный дешифратор, имеющий n входов, должен иметь 2 n выходов, соответствующих числу разных комбинаций в n-разрядном двоичном коде. Если часть входных наборов не используется, то дешифратор называют неполным, и у него число выходов меньше 2 n .
В условном обозначении дешифраторов проставляются буквы DC (от английского Decoder). Входы дешифратора принято обозначать их двоичными весами. Кроме информационных входов дешифратор обычно имеет один или более входов разрешения работы обозначаемых как EN (Enable). При наличии разрешения по этому входу дешифратор работает описанным выше образом, при его отсутствии все выходы дешифратора пассивны. Если входов разрешения несколько, то сигнал разрешения работы образуется как конъюнкция сигналов отдельных входов.
Дешифратор (декодер) – преобразует код, поступающий на его входы, в сигнал только на одном из его выходов. Дешифратор n-разряд-ного двоичного числа имеет 2 n выходов. Функциональная схема дешифратора на 16 выходов приведена на рисунке 1.34,а. По такой функциональной схеме построена микросхема К155ИД3. Условное обозначение этой микросхемы на принципиальных схемах приведено на рисунке 1.34,б. Для преобразования сигнала необходимо на входы V1 и V2 микросхемы подать сигналы логических нулей.
Пусть на входе дешифратора присутствует двоичное число 1111. В этом случае на всех пяти входах элемента DD1.15 будут сигналы логических единиц, а на выходе этого элемента будет логический нуль. На выходах всех остальных 15 элементов будут сигналы логических единиц. Если хотя бы на одном из входов V логическая единица, то единицы будут на всех 16 выходах.
Система логических функций, показывающая работу дешифратора:
где Z n – выходы дешифратора
Х і – входы дешифратора
Шифратор (кодер) – устройство, представляющее собой преобразователь позиционного кода в двоичный (десятичного в двоичный).
Шифратор (кодер) преобразует сигнал на одном из входов в n-разрядное двоичное число. Функциональная схема шифратора, преобразующего десятичные цифры в 4-разрядное двоичное число, приведена на рисунке 1.33,а, а его условное обозначение – на рисунке 1.33,б. При появлении сигнала логической единицы на одном из десяти входов на четырех выходах шифратора будет присутствовать соответствующее двоичное число. Пусть сигнал логической единицы подан на вход 7. Тогда на выходах логических элементов DD1.1, DD1.2, DD1.3 будут сигналы логических единиц, а на выходе элемента DD1.4 – сигнал логического нуля. Таким образом, на выходах 8, 4, 2, 1 шифратора мы получим двоичное число 0111.
Мультиплексор можно использовать в качестве универсального логического элемента (УЛЭ) для реализации логических функций.
В УЛЭ каждому набору аргументов соответствует передача на выход одного из сигналов настройки. Если этот сигнал есть значение функции на данном наборе аргументов, то УЛЭ реализует заданную функцию.
Разным функциям будут соответствовать разные коды настройки.
Алфавитом настройки является {0, 1} - настройка осуществляется константами 0 и 1.
Если число аргументов превышает число адресных входов УЛЭ, то необходимо расширять алфавит настроечных сигналов путем переноса аргументов в число сигналов настройки.
Перенос одного из аргументов в число сигналов настройки позволяет реализовать функции с числом аргументов на единицу больше, чем при настройке константами.
По пути расширения алфавита сигналов настройки можно идти и дальше. При этом понадобятся дополнительные логические схемы, воспроизводящие остаточные функции, которые будут зависеть более чем от одного аргумента.
Например, если в сигналы настройки перевести два аргумента, то дополнительные логические схемы будут двухвходовыми.
Мультиплексоры,
демультиплексоры
Использование мультиплексора в качестве универсального логического элемента для реализации логических функций
Мультиплексоры, демультиплексоры
Демультиплексоры
Выполняют функцию, обратную функции мультиплексора – передают данные из одного входного канала в один из нескольких каналов-приемников.
Демультиплексор имеет один информационный вход x , n информационных выходов, …, и k управляющих (адресных) входов, …, .
Обычно, также как и мультиплексоров, .
Мультиплексоры, демультиплексоры
Двоичный код A, поступающий на адресные входы, определяет один из n выходов, на который передается значение переменной с информационного входа, т. е. демультиплексор реализует следующие функции:
Мультиплексоры, демультиплексоры
Пример демультиплексора, имеющего
информационных выходов, и адресных входов,
Мультиплексоры,
демультиплексоры
Функция демультиплексора легко реализуется с помощью дешифратора, если его вход разрешения EN использовать в качестве информационного входа демультиплексора, а входы декодируемого кода – в качестве адресных входов. В этом случае, при активном значении сигнала на входе EN избирается выход, соответствующий коду, поданному на адресные входы.
Поэтому ИС ДШ, имеющих разрешающий вход, как это отмечалось ранее, называют
Мультиплексоры, демультиплексоры
Термином мультиплексирование
называют процесс передачи данных от нескольких источников по общему каналу, а устройство, осуществляющее на передающей стороне операцию сведения данных в один канал, принято называть
мультиплексором.
Подобное устройство способно осуществлять временное разделение сигналов, поступающих от нескольких
источников, и передавать их в канал
(линию) связи друг за другом в
Мультиплексоры, демультиплексоры
На приемной стороне требуется выполнить обратную операцию –
поступивших по каналу связи в последовательные моменты времени, по своим приемникам. Эту операцию выполняет демультиплексор .
Совместное использование мультиплексора и демультиплексора позволяет выполнить передачу данных
Мультиплексоры,
демультиплексоры
Совместное использование мультиплексора и демультиплексора для передачи данных от n источников к n приемникам по общей линии
Мультиплексоры и демультиплексоры
Мультиплексоры и демультиплексоры относятся к классу комбинационных устройств, которые предназначены для коммутации потоков данных в линиях связи по заданным адресам. Большая часть данных в цифровых системах передается непосредственно по проводам и проводникам печатных плат. Часто возникает необходимость в передаче информационных двоичных сигналов (или аналоговых в аналого-цифровых системах) от источника сигналов к потребителям. В некоторых случаях нужно передавать данные на большие расстояния по телефонным линиям, коаксиальным и оптическим кабелям. Если бы все данные передавались одновременно по параллельным линиям связи, общая длина таких кабелей была бы слишком велика и они были бы слишком дороги. Вместо этого данные передаются по одному проводу в последовательной форме и группируются в параллельные данные на приемном конце этой единственной линии связи. Устройства, используемые для подключения одного из источников данных с заданным номером (адресом) к линии связи, называются мультиплексорами. Устройства, используемые для подключения линии связи к одному из приемников информации с указанным адресом, называются демультиплексорами. Параллельные данные одного из цифровых устройств с помощью мультиплексора могут быть преобразованы в последовательные информационные сигналы, которые передаются по одному проводу. На выходах демультиплексора эти последовательные входные сигналы могут быть снова сгруппированы в параллельные данные.
1. Мультиплексоры
Теоретические сведения
В цифровых устройствах часто возникает необходимость передать цифровую информацию от m различных устройств к n приёмникам через канал общего пользования. Для этого на входе канала, устанавливают устройство М (рис.1.1), называемое мультиплексором, которое согласно коду адреса Аm подключает к каналу один из m («1 из m») источников информации, а на выходе канала устройство DM (демультиплексор) обеспечивает передачу информации к приемнику, имеющему цифровой адрес Аn.
То есть мультиплексор – это комбинационное устройство, предназначенное для подключения одного из n входных сигналов к общему выходу в соответствии с кодом адреса. Применительно к компьютерной схемотехнике: мультиплексор – это функциональный узел цифровой системы, предназначенный для коммутации (переключения) информации от одного из m адресуемых входов на общий выход. Номер конкретной входной линии, подключаемой к выходу, в каждый такт машинного времени определяется адресным кодом А 0 ,…А k -1 . Связь между числом информационных m и адресных k входов определяется соотношением m2 k . Таким образом, мультиплексор реализует управляемую передачу данных от нескольких входных линий в одну выходную.
Принцип работы мультиплексора (и демультиплексора) наглядно демонстрирует рис. 1.1.
Функция мультиплексоров в поле типа ЛЭ записывается буквами MUX (multiplexor). Условное графическое обозначение (УГО) мультиплексора показано на рис.1.2.
Мультиплексоры применяются для коммутации отдельных линий или групп линий (шин), преобразования параллельного кода в последовательный, реализации логических функций нескольких переменных, построения схем сравнения, генераторов кодов. Применительно к мультиплексорам пользуются так же термином «селекторы» данных.
Мультиплексоры включают в себя дешифратор адреса. Сигналы дешифратора управляют логическими вентилями, разрешая передачу информации только через один из них. Логика функционирования мультиплексора для m=4 описывается табл.1.1, где x 0 ,...,x 3 – выходы независимых источников информации, а переменные А 0 , А 1 являются адресными, т.е. представляют в двоичном коде номер информационного входа, подключаемого в данный момент к выходу Y. Тогда функционирование мультиплексора описывается таблицей истинности табл. 1.1:
|
х 3 х 2 х 1 х 0 |
В терминах булевой алгебры функция мультиплексора имеет вид:
Простейший мультиплексор, реализующий заданное табл.1.1 преобразование, может быть построен на логических элементах И, ИЛИ в сочетании с дешифратором адреса. В такой структуре сигнал на выходе мультиплексора Y устанавливается с задержкой адресных сигналов в логических ступенях дешифратора (рис.1.3,а).
Быстродействие мультиплексора можно увеличить, если совместить дешифратор адреса и информационные вентили (рис.1.3,б).
Стробирующий вход С (на рис.1.3,б) используется для исключения несанкционированного подключения к выходу случайных входов на время смены адресов. Короткий запирающий импульс (строб-импульс) обеспечивает отключение выхода от входов на время переадресации.
Рассмотрим некоторые схемотехнические применения мультиплексоров. Вполне очевидным является использование мультиплексора в качестве преобразователя параллельного m-разрядного двоичного кода в последовательный. Для этого достаточно на входы мультиплексора подать параллельный код и затем последовательно изменять код адреса в требуемой последовательности. При этом во избежание появления ложного сигнала на выходе мультиплексора строб-импульс на время переключения адреса должен отключать выход от входов.
Мультиплексоры могут быть использованы для построения логических функций нескольких переменных в виде дизъюнктивной нормальной формы. Пусть логическая функция определена пятью независимыми переменными. Если их подать на адресные входы, соответствующего мультиплексора на 2 5 = 32 информационных входа (мультиплексорное дерево), то для получения на выходе Q любой функции пяти переменных достаточно подать логические единицы на информационные входы, адрес которых совпадает с минтермами синтезируемой функции. На остальные входы необходимо подать логические нули, исключив тем самым соответствующие комбинации из выходной функции. Такой метод приемлем, если функция m переменных содержит близкое к 2 m количество минтермов, в противном случае схема получается избыточной.
Мультиплексор может быть использован более эффективно, если аргументы функций подавать не только на адресные, но и на информационные входы. Для этого аргументы синтезируемой функции f(х 1 …,х m) разделяются на информационные входы D i и адресные входы (А j) так, чтобы последними управляли переменные, наиболее часто входящие в минтермы функции.
В интегральном исполнении мультиплексоры выпускают на четыре, восемь или шестнадцать входов. Каскадирование мультиплексоров позволяет реализовать коммутацию произвольного числа входных линий на базе серийных микросхем мультиплексора меньшей разрядности. Пример построения схемы мультиплексоров на 16 входов на основе типовых 4-входовых мультиплексоров показан на рисунке 1. Такая схема называется мультиплексорным деревом.
Алгоритм синтеза устройства, реализующего логическую функцию на основе мультиплексора, включает в себя следующие операции:
представить функцию в виде СДНФ;
для данной СДНФ заполнить карту Карно (Вейча);
на карте Карно (Вейча) выделить области по количеству информационных входов мультиплексора. Количество строк m и столбцов n в таких областях должно удовлетворять условию: m,n=2 k , где k=0,1,2,…Переменные, сохраняющие свое значение в пределах выделенных областей, являются адресными, а остальные – информационными;
подать адресные переменные любым способом на адресные входы выбранного (или заданного) мультиплексора, определив таким образом однозначное соответствие адресных областей определенному информационному входу;
для каждой области найти МДНФ/МКНФ относительно информационных переменных, для управления информационными входами;
с помощью тождественных преобразований МДНФ/МКНФ привести к виду, удобному для совместной реализации;
реализовать схемы по каждому информационному входу мультиплексора в выбранном элементном базисе.
Приведем пример построения мультиплексора, реализующего некоторую функцию:
Для данной функции построим карту Карно:
2. Пусть задан мультиплексор с 4 информационными входами (2 входа – адресные). На карте Карно выделим адресные области. Для выбранного варианта разбиения на адресные области адресными стали переменные X 1 , X 3 . Их можно двумя способами подать на адресные входы: A 1 =X 1, A 0 =X 3 либо A 1 =X 3 , A 0 =X 1 (способ подачи не имеет значения). Тогда адресным областям соответствуют информационные входы D 0 , D 1 , D 2, D 3 (показаны на карте Карно). Адресные области определяют функции управления соответствующим информационным входом мультиплексора.
Минимизируем функции управления:
D 1 =X 0 , D 2 =X 0 ,
Реализуем полученные функции (рис. 1.5):
Исследование мультиплексора
Цель работы – исследование логики функционирования, статических и динамических параметров комбинационных устройств на примере четырехвходового мультиплексора, построенного на элементах Шеффера.
Принципиальная схема четырехвходового мультиплексора приведена на рис. 1.6.
Рабочее задание
Собрать исследуемую схему мультиплексора (рис. 1.7). На схеме генераторы прямоугольных импульсов G1, G2, G3, G4 имитируют источники входных данных, а 2-разрядный двоичный счетчик на триггерах Тг1, Тг2 обеспечивает периодическую смену адресов мультиплексора.
Методические указания
В схеме (рис. 1.7) использовать модели идеальных компонентов или серии ЛЭ, заданные преподавателем.
Подать сигналы от генераторов с частотами f 0, f 1 , f 2 , f 3 , f 4 – по заданию преподавателя, источник напряжения V1 = U ип.
При нормальном функционировании мультиплексора на его выходе должны сформироваться серии импульсов с частотами f 1 , f 2 , f 3 , f 4 (вход осциллоскопа В). Для исследования переходных процессов в мультиплексоре отключите генератор G0 от входа триггера Тг1 и подключите его ко входам R триггеров.. Определите частоту статические и динамические параметры сигнала на выходе мультиплексора.
Подключите генератор G0 ко входу триггера Тг1, а входы Logic Analyzer - в точки схемы, как показано на рис. 1.7.
Контрольные вопросы
Что такое мультиплексор и для чего мультиплексоры используются?
Приведите уравнение, описывающее работу четырехвходового мультиплексора.
Объясните назначение информационных входов.
Для чего в мультиплексорах используется стробирующий вход?
От чего зависит быстродействие мультиплексора?
Для чего применяют каскадирование мультиплексоров?
2. Демультиплексоры
Теоретические сведения
Демультиплексором называется функциональный узел компьютера, предназначенный для коммутации (переключения) сигнала единственного информационного входа D на один из n информационных выходов. Номер выхода, на который в каждый такт машинного времени подается значение входного сигнала, определяется адресным кодом A 0 ,A 1 …,A m-1 . Адресные входы m и информационные выходы n связаны соотношением n2 m. В качестве демультиплексора может быть использован дешифратор DC. При этом информационный сигнал подается на вход разрешения Е (от англ. enable – разрешение). Стробируемый демультиплексор с информационным входом D, адресными входами А 1 , А 0 и стробирующим входом С показан на рисунке 2.1. Демультиплексор выполняет функцию, обратную функции мультиплексора. Применительно к мультиплексорам и демультиплексорам пользуются так же термином «селекторы» данных.
Демультиплексоры используют для коммутации отдельных линий и многоразрядных шин, преобразования последовательного кода в параллельный. Как и мультиплексор, демультиплексор включают в себя дешифратор адреса. Сигналы дешифратора управляют логическими вентилями, разрешая передачу информации только через один из них (рис.1.1)
Логика функционирования демультиллексора для случая n=4 иллюстрируется табл. 2.1, где y0,…,у3 – входы приемников информации.
|
Адрес А 1 А 0 |
Выход Y 0 Y 1 Y 2 Y 3 |
|
Рабочее задание
Собрать исследуемую схему мультиплексора (рис. 2.4). На схеме генератор прямоугольных импульсов G1 имитирует источник входных данных, а 2-разрядный двоичный счетчик на триггерах Тг1, Тг2 обеспечивает периодическую смену адресов мультиплексора. (рис. 2.4).
Методические указания
Контрольные вопросы
Что такое демультиплексор и для чего демультиплексоры используются?
Приведите уравнения, описывающие работу демультиплексора на четыре выхода.
Объясните назначение адресных входов.
Для чего в демультиплексорах используется стробирующий вход?
От чего зависит быстродействие демультиплексора?
Для чего применяют каскадирование демультиплексоров?
Литература
Элементы цифровой схемотехники: Учеб. пособие/ В.П.Сигорский, В.И. Зубчук, А.Н. Шкуро. –Киев: УМК ВО, 1990.
Бабіч Н.П., Жуков І.А. Комп’ютерна схемотехніка. Київ 200
Зубчук В.И., Сигорский В.П., Шкуро А.Н. Справочник по цифровой схемотехнике. – К.: “Техніка”, 1990.
Волоконно-оптические сети и системы связи
Конспект >> Коммуникации и связьРазветвители и ответвители, оптические мультиплексоры /демультиплексоры , оптические фиксированные аттенюаторы, оптические... оптические компенсаторы хроматической дисперсии, оптические мультиплексоры /демультиплексоры и фильтры. Перечисленные устройства, ...
Постановка лабораторной работы по курсу волоконно-оптические системы связи
Реферат >> Промышленность, производствоОптические разветвители…………………………………………………………..25 3.1 Мультиплексоры и демультиплексоры …………………………………..25 3.2 Делители оптической мощности... оптическими несущими и называются мультиплексорами (и демультиплексорами соответственно). Вторые используются для...
Компютерна схемотехніка (2)
Курсовая работа >> ИнформатикаМІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ЮРІЯ ФЕДЬКОВИЧА Факультет комп’ютерних наук Кафедра комп’ютерних систем та мереж Курсова робота Комп’ютерна схемотехніка 2007 Лінійні дешифратори. Функції алгебри логіки, ...
Рисунок 8.1 Упрощенное представление мультиплексора многопозиционным ключом Адресующий код А задает переключателю определенное положение, соединяя с выходом F один из информационных входов х i. При нулевом адресующем коде переключатель занимает верхнее положение х о, с увеличением кода на единицу переходит в соседнее положение x 1 и т. д. A х0х0 х1х1 х2х2 x [n] a1a1 a0a0 a n-1 F 2 n -1
Универсальные логические модули на основе мультиплексоров Универсальные логические модули (УЛМ) на основе мультиплексоров относятся к устройствам, настраиваемым на решение той или иной задачи. Универсальность их состоит в том, что для заданного числа аргументов можно настроить УЛМ на любую функцию.
Первый способ Настройки УЛМ Фиксация некоторых входов. Для этого способа справедливо следующее соотношение между числом аргументов и числом настроечных входов. Пусть число аргументов n и требуется настройка на любую из функций. Тогда число комбинаций для кода настройки, равное числу функций, есть 2n. Для двоичного кода число комбинаций связано с разрядностью кода выражением 2m, где m разрядность кода. Приравнивая число воспроизводимых функций к числу комбинаций кода настройки, имеем для числа настроечных входов соотношение m = 2n.
Рисунок 8.2 Схема использования мультиплексора в качестве УЛМ (а), примеры воспроизведения функций при настройке константами (б) и при переносе одного аргумента в число сигналов настройки (в) (а) (б) (в) Рисунок 8.2 а - иллюстрирует возможность воспроизведения с помощью мультиплексора любой функции n аргументов. Действительно, каждому набору аргументов соответствует передача на выход одного из сигналов настройки. Если этот сигнал есть значение функции на данном наборе аргументов, то задача решена. Разным функциям будут соответствовать разные коды настройки. Алфавитом настройки будет {0,1} настройка осуществляется константами 0 и 1. На рисунке 8.2 б показан пример воспроизведения функции неравнозначности x 1 х 2 с помощью мультиплексора "41".
Второй способ настройки УЛМ Большее число входов настройки наталкивает на поиск возможностей их уменьшения. Такие возможности существуют и заключаются в расширении алфавита настроечных сигналов. Рисунок 8.3 Логический блок выработки сигналов настройки УЛМ с переносом двух аргументов в сигналы настройки (а) и пример схемы воспроизведения функции четырех аргументов на мультиплексоре "41" (б) (а) (б)
Демультиплексор можно построить на основе точно таких же схем логического "И", как и при построении мультиплексора. Существенным отличием от мультиплексора является возможность объединения нескольких входов в один без дополнительных схем. Однако для увеличения нагрузочной способности микросхемы, на входе демультиплексора для усиления входного сигнала лучше поставить инвертор.
Если рассмотреть принципиальную схему самого дешифратора, то можно значительно упростить демультиплексор. Достаточно просто к каждому логическому элементу "И", входящему в состав дешифратора просто добавить ещё один вход – In. Такую схему часто называют дешифратором с входом разрешения работы. Условно-графическое изображение демультиплексора приведено на рисунке 6.
В МОП микросхемах не существует отдельных микросхем демультиплексоров, так как МОП мультиплексоры, описанные ранее по информационным сигналам не различают вход и выход, т.е. направление распространения информационных сигналов, точно также как и в механических ключах, может быть произвольным. Если поменять входы и выход местами, то КМОП мультиплексоры будут работать в качестве демультиплексоров. Поэтому их часто называют просто коммутаторами.
(устройства сравнения) определяют отношения между двумя словами. Основными отношениями, через которые можно выразить остальные, можно считать два "равно" и "больше". Компараторы (устройства сравнения) определяют отношения между двумя словами. Основными отношениями, через которые можно выразить остальные, можно считать два "равно" и "больше".
Лабораторная работа.
Мультиплексоры и демультиплексоры
Цель работы: практическое освоение принципов построения мультиплексоров и демультиплексоров и экспериментальное их исследование на лабораторном стенде.
1.1 Мультиплексоры
Мультиплексор – это комбинационная многовходовая схема с одним выходом. Входы мультиплексора подразделяются на информационные Д 0, Д 1, …, Д n-1 и управляющие (адресные) А 0, А 1, …, А k-1. Обычно 2k = n, где k и n – число адресных и информационных входов соответственно. Двоичный код, поступающий на адресные входы, определяет (выбирает) один из информационных входов, значение переменной с которого передается на выход y , т. е. мультиплексор реализует функцию:
Таблица функционирования, описывающая работу мультиплексора, имеющего, например, n = 4 информационных (Д 0, Д 1, Д 2, Д 3) и k = 2 адресных (А 0, А 1) входов, представлена в табл. 1.
Вариант схемной реализации мультиплексора “4-1” (“четыре в один”, т. е. коммутирующего данные от одного из четырех входов на единственный выход) и его условное графическое изображение представлены на рис. 1.
Здесь мультиплексор построен как совокупность двухвходовых конъюкторов данных (их число равно числу информационных входов), управляемых выходными сигналами дешифратора, дешифрирующего двоичный адресный код. Выходы конъюкторов объединены схемой ИЛИ.
https://pandia.ru/text/77/497/images/image005_121.gif" width="272 height=23" height="23"> (2)
Из (2) следует, что при любом значении адресного кода все слагаемые, кроме одного равны нулю. Ненулевое слагаемое равно Д i , где i – значение текущего адресного кода.
В соответствии с этим соотношением строятся реальные схемы мультиплексоров, одна из которых для мультиплексора “четыре в один” приведена на рис. 2. Как правило, схема дополняется входом разрешения работы – Е (показан пунктирной линией). При отсутствии разрешения работы (Е=0) выход у
становится нулевым и не зависит от комбинации сигналов на информационных и адресных входах мультиплексора.
Мультиплексоры 4-1, 8-1, 16-1 выпускаются в составе многих серий цифровых интегральных схем и имеют буквенный код КП. Например, К555КП1 – мультиплексор 2-1 (в данном корпусе размещаются четыре мультиплексора), К555КП12 – мультиплексор 4-1 (в одном корпусе размещаются два мультиплексора) и т. д.
В тех случаях, когда функциональные возможности ИС мультиплексоров не удовлетворяют разработчиков по числу информационных входов, прибегают к их каскадированию с целью наращивания числа входов до требуемого значения. Наиболее универсальный способ наращивания размерности мультиплексора состоит в построении пирамидальной структуры, состоящей из нескольких мультиплексоров. При этом первый ярус схемы представляет собой столбец, содержащий столько мультиплексоров, сколько необходимо для получения нужного числа информационных входов. Все мультиплексоры этого столбца коммутируются одним и тем же адресным кодом, составленным из соответствующего числа младших разрядов общего адресного кода. Старшие разряды адресного кода используются во втором ярусе, мультиплексор которого обеспечивает поочередную работу мультиплексоров первого яруса на общий выход.
Пирамидальная схема, выполняющая функцию мультиплексора “16-1” и построенная на мультиплексорах “4-1”, показана на рис. 3.
1.2. Демультиплексоры
Демультиплексор – схема, выполняющая функцию, обратную функции мультиплексора, т. е. это комбинационная схема, имеющая один информационный вход (Д ), n информационных выходов (у 0, у 1, …, у n-1) и k управляющих (адресных) входов (А 0, А 1, …, А k-1). Обычно, также как и мультиплексоров, 2k = n. Двоичный код, поступающий на адресные входы, определяет один из n выходов, на который передается значение переменной с информационного входа (Д ), т. е. демультиплексор реализует следующие функции:
0 " style="border-collapse:collapse;border:none">
А 0, А 1
у 0 у 1 у 2 у 3
А 0, А 1
у 0 у 1 у 2 у 3
Уравнения, описывающие работу демультиплексора:
https://pandia.ru/text/77/497/images/image015_70.gif" width="100" height="24 src="> (4)
Схема демультиплексора, построенная по данным уравнениям и его графическое изображение представлены на рис. 4.
Рис. 4. Схема демультиплексора "1-4" (а)
и его условное изображение (б)
Функция демультиплексора легко реализуется с помощью дешифратора, если его вход “Разрешение” (Е) использовать в качестве информационного входа демультиплексора, а входы 1, 2, 4 … - в качестве адресных входов демультиплексора А 0, А 1, А 2, … Действительно, при активном значении сигнала на входе Е избирается выход, соответствующий коду, поданному на адресные входы. Поэтому ИС дешифраторов, имеющих разрешающий вход, иногда называют не просто дешифраторами, а дешифраторами-демультиплексорами (например, К155ИД4, К531ИД7 и др.).
1.3 Применение мультиплексоров и демультиплексоров
1.3.1. Термином “мультиплексирование” называют процесс передачи данных от нескольких источников по общему каналу, а устройство, осуществляющее на передающей стороне операцию сведения данных в один канал, принято называть мультиплексором. Подобное устройство способно осуществлять временное разделение сигналов, поступающих от нескольких источников, и передавать их в канал (линию) связи друг за другом в соответствии со сменой кодов на своих адресных входах.
На приемной стороне обычно требуется выполнить обратную операцию – демультиплексирование, т. е. распределение порций данных, поступивших по каналу связи в последовательные моменты времени, по своим приемникам. Эту операцию выполняет демультиплексор. Совместное использование мультиплексора и демультиплексора для передачи данных от n источников к n приемникам по общей линии иллюстрирует рис. 5. (В общем случае число источников данных не равно числу приемников).
https://pandia.ru/text/77/497/images/image018_62.gif" alt="Подпись:" align="left" width="253" height="123 src=">
0 " style="border-collapse:collapse;border:none">
№ бригады
(вариант)
Размерность
Мультиплексора
Тип (базис) ЛЭ
ОФПН(И, ИЛИ, НЕ)
ОФПН(И, ИЛИ, НЕ)
2.2. Исследовать работу (снять таблицу истинности) ИС мультиплексора К531КП2.
2.3. На основе ИС мультиплексора К531КП2 спроектировать и испытать схему, реализующую логическую функцию, соответствующую вашему варианту (табл. 5).
Таблица 5
№ бригады (вариант) | Логическая функция |
Равнозначность двух переменных |
|
Неравнозначность двух переменных |
|
|
|
|
|
|
3. Контрольные вопросы
1. Дайте определение мультиплексора и демультиплексора.
2. Перечислите применения мультиплексоров и демультиплексоров.
3. В чем суть каскадирования мультиплексоров? Объясните как на основе ИС мультиплексоров “8-1” спроектировать мультиплексор на 16, 32, и т. д. входов.
4. На основе ИС мультиплексора “8-1” спроектируйте схему, реализующую логическую функцию:
4.1. четности трехразрядного слова (четности числа единиц в трехразрядном слове);
4.2. нечетности трехразрядного слова;
4.3. у=х 1х 2+х 1х 3+х 2х 3.
5. Объясните как с помощью демультиплексора можно осуществить преобразование последовательного кода в параллельный.
6. Объясните как с помощью мультиплексора можно осуществить преобразование параллельного кода в последовательный.
7. Данные от одного из четырех источников должны последовательно передаваться по одной линии одному из трех приемников. Спроектируйте схемы и объясните работу ЦУ передающей и приемной сторон, обеспечивающих такую возможность.
