|
D0-D7 — входные линии A,B,C — адресные линии G — строб Y — выход W — инверсный выход
|
9. Мультиплексоры и демультиплексоры
9.1. Общие сведения
Мультиплексором (MUX) называется комбинационное устройство, предназначенное для коммутации в желаемом порядке сигналов с нескольких входных шин на одну выходную (бесконтактный многопозиционный переключатель). С помощью мультиплексора осуществляется временное разделение информации, поступающей по разным каналам (коммутатор с n входов на один выход).
Функции демультиплексора противоположны функциям мультиплексора – это коммутатор с одного входа на n выходов.
Мультиплексоры и демультиплексоры в микросхемном исполнении имеют несколько групп входов. Число выходов мультиплексора один или два (мультиплексоры с парафазным выходом). Число выходов демультиплексора определяется числом адресных входов. Входы делятся на следующие группы: информационные, управления, адресные, разрешающие. Если адресных входов n, то число информационных входов мультиплексора D = 2n. Общее число входов мультиплексора равно
N = n + 2n + v + с,
где v – число разрешающих входов;
с – число управляющих входов;
n – число адресных входов.
Кроме прямого назначения мультиплексор может использоваться для преобразования параллельного кода на входах в последовательный код на выходе. Для этого код на адресных входах должен циклически изменяться, принимая все последовательные значения. Такое изменение кода можно обеспечить, присоединив к адресным входам выходы счетчика, последовательно изменяющего свое состояние под действием импульсов генератора.
9.2. Мультиплексоры
Набор сигналов на адресных входах определяет конкретный информационный вход Di, который будет соединен с выходом. Пример мультиплексора на два информационных входа представлен на рис. 9.1.
Рис. 9.1. Мультиплексор 2 : 1
Наличие разрешающих входов расширяет возможности мультиплексора, позволяя синхронизировать его работу с работой других узлов. Эти входы используются также для наращивания разрядности. На рис. 9.2 представлены структура четырехвходового мультиплексора с одним разрешающим входом и условное графическое обозначение мультиплексора на восемь входов с одним инверсным разрешающим входом.
Работа мультиплексора 4:1 описывается следующим логическим уравнением:
Из уравнения следует, что структура мультиплексора состоит из 2nсхем совпадения, каждая из которых имеет n адресных, один информационный и один стробирующий вход, и одной схемы ИЛИ с 2n входами. Ее выход является выходом мультиплексора.
В интегральном исполнении мультиплексоры выпускают на четыре, восемь или шестнадцать входов. Большее число входов обеспечивается путем объединения нескольких микросхем. Используют два способа наращивания числа входов: объединение (каскадирование) нескольких мультиплексоров в пирамидальную (древовидную) систему и использование разрешающих входов с подключением дополнительных логических элементов.
Пирамидальные мультиплексоры строят по ступенчатому принципу и применяют обычно две, реже три и более ступеней (рис. 9.3). Младшие разряды кода адреса подают на адресные входы первой ступени, а ступеням более высокого ранга соответствуют старшие разряды кода адреса. На рис. 9.3 представлен вариант мультиплексора 32:1 на основе четырех мультиплексоров 8:1 в первой ступени и одного мультиплексора 4:1 во второй ступени.
а б
Рис. 9.2. Структура мультиплексора 4:1 (а) и условное графическое
обозначение мультиплексора 8:1 (б)
Недостатками пирамидального наращивания являются повышенный расход микросхем и снижение быстродействия из-за суммирования задержек при последовательном прохождении сигналов по ступеням пирамиды.
Рис. 9.3. Пирамидальный двухступенчатый мультиплексор 32:1
Мультиплексор 32:1 можно получить на основе двух микросхем 16:1. Такая схема на базе двух мультиплексоров 155КП1 представлена на рис. 9.4.
Рис. 9.4. Мультиплексор с использованием разрешающих входов
Работа мультиплексоров КМОП серий отличается от работы мультиплексоров ТТЛ.
При работе с логическими элементами КМОП электронный ключ очень легко получить на одном или двух МОП-транзисторах, поэтому в КМОП схемах логический элемент И в качестве электронного ключа не используется. Упрощённая схема электронного ключа, выполненного на комплементарных МОП-транзисторах, приведена на рис. 9.5. Даже одиночный n-канальный или p-канальный полевой транзистор может служить аналоговым ключом, но его сопротивление в открытом состоянии будет значительно зависеть от величины коммутируемого сигнала. Соединение n-канального и p-канального МОП-транзистора в параллель резко снижает эту зависимость.
Рис. 9.5. Схема электронного ключа, выполненного на МОП-транзисторах
Такой ключ может коммутировать как цифровые, так и аналоговые сигналы. Сопротивление открытых транзисторов составляет, обычно, от единиц до десятков Ом, а сопротивление закрытых транзисторов превышает десятки мегом. В этом есть как преимущества, так и недостатки. То, что ключ, собранный на МОП-транзисторах, не является обычным логическим элементом, позволяет объединять выходы электронных ключей в соответствии со схемой, приведенной на рис. 9.6.
Рис. 9.6. Мультиплексор, управляемый двоичным кодом
Как отмечено выше, мультиплексор на основе КМОП-транзисторов может быть использован для коммутации аналоговых сигналов. Поскольку аналоговые сигналы, в общем случае, могут быть двуполярными, современные мультиплексоры могут быть запитаны как от однополярного, так и от двуполярного источника напряжения. Причём напряжения питания могут быть несимметричны. При любом варианте подключения питания (одно- или двуполярного) необходимо, чтобы диапазон амплитуд коммутируемых аналоговых сигналов укладывался в диапазон от –Uпит до + Uпит.
Реальные схемы мультиплексоров обычно содержат на входах и выходах дополнительные логические элементы. Только в этом случае цифровая схема в целом будет функционировать правильно и надёжно. Обычно эти элементы уже заложены в схемы серийно выпускаемых ИС мультиплексоров.
В мультиплексоре требуется подключать к выходу только один из входных сигналов. Точно так же, как и в ТТЛ-микросхемах, для управления электронными ключами двоичным кодом в состав мультиплексора вводится дешифратор. Схема такого мультиплексора приведена на рис. 9.6.
В отечественных микросхемах мультиплексоры обозначаются буквами КП, следующими непосредственно за номером серии микросхем. Например, микросхема К1533КП2 является сдвоенным четырехканальным мультиплексором, выполненным по ТТЛ-технологии, а микросхема К1561КП1 является сдвоенным четырехканальным мультиплексором, выполненным по КМОП-техно-логии.
Условное графическое обозначение мультиплексоров не зависит от технологии изготовления микросхем, т. е. КМОП-мультиплексор обозначается точно так же, как это приведено на рис. 9.2.
Микросхемы К561КП1 и КР1561КП1 содержат по два четырехвходовых мультиплексора. Микросхемы имеют два адресных входа 1 и 2, общие для обоих мультиплексоров, общий вход стробирования S, информационные входы ХО – ХЗ первого мультиплексора и его выход, входы Y0 – Y3 второго мультиплексора и его выход. Два варианта изображения микросхемы КП1 приведены на рис. 9.7.
Рис. 9.7 Мультиплексоры К561КП1 и К1561КП1:
а – структурная схема; б – условное изображение
При подаче на адресные входы 1 и 2 двоичного кода адреса и на вход S логического 0 выходы мультиплексоров соединяются со входами, номера которых соответствуют десятичному эквиваленту кода адреса. Если на входе S логическая 1, выходы мультиплексоров отключаются от входов и переходят в высокоимпедансное состояние. Соединение входов с выходом в мультиплексорах К176КП1, К561КПЗ и КР1561КПЗ осуществляется двунаправленными ключами на КМОП-транзисторах, схемы которых аналогичны приведённым на рис. 9.5. Передаваемый через мультиплексор сигнал может быть как аналоговым, так и цифровым. Он может передаваться как со входов на выход (микросхема работает в режиме мультиплексора), так и с выхода распределяться на входы (режим демультиплексора).
Кроме подключения к выходу одного из входов, заданного его адресом, мультиплексоры применяют для мультиплексирования шин (см. рис. 8.5). Мультиплексирование шин – это поочередное переключение шин (групп линий) от нескольких источников информации к одному приемнику. Такие функции выполняются схемами на основе коммутаторов одиночных линий. Количество мультиплексоров определяется числом источников информации (количеством коммутируемых шин), а разрядность мультиплексоров – разрядностью коммутируемых шин.
3.8. Мультиплексор и демультиплексоры
Мультиплексоры называют также селекторами данных. Действие механического коммутатора, показанного на рис. 3.28, а, идентично действию селектора данных электронного мультиплексора. Вращающийся коммутатор имеет восемь входов и один единственный выход. Вращением механической ручки данные с одного любого входа (0—7) могут быть переданы на выход и будут полностью идентичны входным.
На
рис. 3.28, б
приведена
логическая схема мультиплексора-селектора
данных на восемь входов. Обозначим их
как I0—
I7
и
единственный выход как Y.
Отметим также, что имеется один L-активный
вход активизации 
.
Рис 3.28. Механический коммутатор — аналог мультиплексора/селектора данных (а) и мультиплексор на восемь выходов (б)
Эти входы и выход представляют собой устройство, полностью аналогичное механическому коммутатору, и мы можем рассматривать вход активизации Е как общий прерыватель. Внизу на логической схеме мы обозначим выводы управления селекцией данных как S2, S1, S0. Двоичные данные, поданные на эти входы, определяют, какой из входов данных соединен с выходом.
Пример,
приведенный на рис. 3.28,6, показывает, что
цепь включена или активизирована
L-сигналом
на входе 
На выводы селекции данных S2, S1, S0 подано 1012. Этот сигнал избирает вход 5, что обеспечивает передачу логической 1 с I5 на вход Y. Мультиплексор с восемью входами может быть использован для преобразования одного входного 8-разрядного слова в последовательный эшелон импульсов, переключая 3-разрядный счетчик на вводах селекции данных, что осуществляет последовательную селекцию входов (I0, I1, I2 и т. д.).
Мультиплексор-селектор данных используют также для решения сложных логических задач. Пример мультиплексорной схемы приведен на рис. 3.29.
У данной схемы два входных сигнала выбора — w и w2. Четыре возможные комбинации их значений используются для выбора одного из входов данных (х1, х2, х3 или х4), значение которого передается на выход z. Очевидно, такую же структуру будут иметь и большие мультиплексоры, в которых k входных сигналов выбора используются для соединения одного из 2k входов данных с выходом.
Типичной областью применения мультиплексоров является фильтрация данных, поступающих из множества разных источников. В частности, с помощью шестнадцати четырехвходовых мультиплексоров можно реализовать загрузку 16-разрядного регистра данных из одного из четырех источников.
Рис. 3.29. Четырехвходовый мультиплексор
Еще мультиплексоры используются в качестве базовых элементов для реалистических функций. Для примера рассмотрим функцию f определяемую таблицей истинности, приведенной на рис. 3.30. Чтобы упростить эту функцию, переменные
Рис. 3.30. Реализация логической функции на основе мультиплексора
х1 и
х2
следует
рассматривать отдельно, как показано
на рисунке. Обратите внимание, что для
каждой пары значений переменных x1
и
х2
значение
функции соответствует одному из четырех
термов: 0, 1, х3
или 
.
Это
означает, что функцию можно реализовать
с помощью четырехвходовой мультиплексорной
схемы, где переменные х1
и х2
используются
для выбора одного из четырех сигналов.
Далее, если на входы данных подаются
значения 0,1, х3
или 
то согласно таблице истинности, на выход
мультиплексора передается значение,
соответствующее функции f.
Это универсальный подход. Любую функцию
трех переменных можно реализовать с
помощью одного четырехвходового
мультиплексора. Любую функцию четырех
переменных подобным же образом можно
реализовать с помощью одного восьмивходового
мультиплексора и т.д.
Демультиплексор, представленный на рис. 3.31, предназначен для выполнения действий, обратных действиям мультиплексора. Демультиплексор 1×8 обладает одним только входом данных D и восемью выходами (0—7). Схема имеет один L-вход активизации и три входа селекции данных В примере на рис. 3.31 имеется логическая 1 на входе D.
Цепь активизируется одним L-сигналом и входы селекции данных избирают выход 5 (1012). При этих условиях входные данные появляются на выходе 5.
Рис.3.31. Схема демультиплексора 1×8.
Соединением входов селекции данных с 3-разрядным счетчиком последовательно входящие данные могут быть распределены на восемь выходов один за другим. Мультиплексоры и демультиплексоры могут быть использованы совместно для преобразования непрерывной информации в форму последовательностей. Мультиплексор будет представлять собой эмиттер, демультиплексор — приемник, который передает данные в их начальной форме.
Мультиплексоры и демультиплексоры 8
САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
БАЛАКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ, ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЯ
ФАКУЛЬТЕТ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ
КАФЕДРА «УПРАВЛЕНИЕ И ИНФОРМАТИКА В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
по дисциплине «ВМСС»
МУЛЬТИПЛЕКСОРЫ И ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРЫ
Выполнил: ст.гр. УИТ-31
Принял:
2010
Цель работы: Знакомство с принципом работы мультиплексора и демультиплексора. Получение навыков работы по определению временных диаграмм и составлению таблиц соответствия.
Описание работы стенда
Лицевая панель стенда с помощью пунктирной линии разделена на четыре части, каждая часть подписана: MS1, MS2 — мультиплексоры, DMS1, DMS2 — демультиплексоры. Все переключатели в правом положении подают на входы микросхем логическую единицу, в левом — логический ноль. Все переключатели имеют обозначение: D — информационные входы, Х — входы адреса, С — разрешающие входы. Выходы микросхем обозначены буквой Y. Цифры при буквах обозначают разряд (цифра больше — разряд старше и наоборот). На выходах микросхем установлены светодиоды.
Для включения стенда необходимо переключатель “Сеть” перевести в положение “Вкл.”, при этом должен загореться зеленый светодиод “Питание”
1) Рассмотрим работу мультиплексоров.
Рис.1 Четырехвходовой мультиплексор
Мультиплексор MS1 имеет четыре информационных входа D0 — D3, два адресных входа Х2, Х1 и вход разрешения С.
Например: подадим на вход D1 сигнал “1”. Чтобы он был скоммутирован на выход Y, необходимо на входах адреса Х2 Х1 набрать двоичное число 01 и подать на разрешающий вход С = 0, так как стробирующий вход С мультиплексора MS1 с инверсией и активным является низкий уровень. В подтверждение правильности набранного адреса на выходе Y загорается светодиод.
Рис.2 Восьмивходовой мультиплексор
Мультиплексор MS2 работает аналогично мультиплексору MS1, отличием является отсутствие входа разрешения С. Мультиплексор содержит восемь информационных входов D0 — D7 и три адресных входа Х1, Х2, Х3.
Например: для получения на выходе сигнала с информационного входа D5, необходимо на адресных входах Х3 Х2 Х1 набрать двоичное число 1 0 1. Если операция выполнена правильно, на выходе Y загорится светодиод.
2) Рассмотрим работу демультиплексоров.
Демультиплексор DMS1 содержит один информационный вход D, два входа адреса Х2, Х1 и вход разрешения С.
Выходы Y0 — Y3 у демультиплексора с инверсией, поэтому при не работающем демультиплексоре, на всех его выходах будут гореть светодиоды, а при переключении входного сигнала на один из выходов светодиод на этом выходе погаснет.
Например: для получения сигнала на выходе Y2, необходимо на вход D подать “1”, на вход С — “0” и на входах адреса Х2 Х1 набрать двоичное число 10. Светодиод на выходе Y2 должен погаснуть.
Демультиплексор DMS2 содержит один информационный вход D, три адресных входа Х1-Х3 и восемь выходов Y0 -Y7. Он работает аналогично DMS1. Например: для того, чтобы получить единичный сигнал на выходе Y6, необходимо на вход D подать “1”, а на входы адреса Х3 Х2 Х1 подать двоичное число 110 . Светодиод на выходе Y6 должен погаснуть.
Таблицы переключательных функций
Таблица 1 – четырехразрядный мультиплексор
Двоичный код числа на входе мультиплексора D0 D1 D2 D3 | № тактового импульса | Адресный вход Х1 | Адресный вход Х2 | Выход Y | |||
1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
2 | 0 | 1 | 0 | ||||
3 | 1 | 0 | 1 | ||||
4 | 1 | 1 | 1 | ||||
Таблица 2 – восьмиразрядный мультиплексор
Двоичный код числа на входе мультиплексора D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 | № тактового импульса | Адресный вход Х1 | Адресный вход Х2 | Адресный вход Х3 | Выход Y | ||||||||||||
1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | |||||
2 | 0 | 0 | 1 | 0 | |||||||||||||
3 | 0 | 1 | 0 | 0 | |||||||||||||
4 | 0 | 1 | 1 | 1 | |||||||||||||
5 | 1 | 0 | 0 | 1 | |||||||||||||
6 | 1 | 0 | 1 | 1 | |||||||||||||
7 | 1 | 1 | 0 | 0 | |||||||||||||
8 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||||||||||||
Таблица 3 – четырехразрядный демультиплексор
Двоичный код числа на входе демультиплексора D0 D1 D2 D3 | № тактового импульса | Адресный вход Х1 | Адресный вход Х2 | Выходы Y0 Y1 Y2 Y3 | ||||||||||
1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | ||||
2 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | ||||||||
3 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | ||||||||
4 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | ||||||||
Таблица 4 – восьмиразрядный демультиплексор
Двоичный код числа на входе демультиплексора D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 | № тактового импульса | Адресный вход Х1 | Адресный вход Х2 | Адресный вход Х3 | Выходы Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 | |||||||||||||||||||
1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |||||
2 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |||||||||||||
3 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |||||||||||||
4 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | |||||||||||||
5 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | |||||||||||||
6 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | |||||||||||||
7 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | |||||||||||||
8 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | |||||||||||||
Временные диаграммы:
Четырехразрядный мультиплексор
Восьмиразрядный мультиплексор
Четырехразрядный демультиплексор
Восьмиразрядный демультиплексор
Вывод: в процессе выполнения лабораторной работы мы ознакомились с принципом работы мультиплексора и демультиплексора. Получили навыки работы по определению временных диаграмм и составлению таблиц соответствия.
Цифровая электроника | Страница 17 из 32
Мультиплексоры и демультиплексоры
Мультиплексор — комбинационное цифровое устройство, которое обеспечивает передачу на единственный выход F одного из нескольких входных сигналов Dj в соответствии с поступающим адресным кодом Ai. При наличии n адресных входов можно реализовать M=2n комбинаций адресных сигналов, каждая из которых обеспечивает выбор одного из M входов. Чаще всего используются мультиплексоры «из 4 в 1» (n=2, M=4), «из 8 в 1» (n=3, M=8), «из 16 в 1» (n=4, M=16). Правило работы мультиплексора «из 4 в 1» можно задать таблицей истинности:
Входы | Выход | |
A1 | A0 | F |
0 | 0 | D0 |
0 | 1 | D1 |
1 | 0 | D2 |
1 | 1 | D3 |
Логическое выражение для выходной функции, заданной таблицей, можно записать в виде
.
В соответствии с полученной формулой для реализации мультиплексора можно использовать логические элементы И, ИЛИ, НЕ. Синтезированная структурная схема мультиплексора показана на рис. 4.13,а, а его условное графическое обозначение – на рис. 4.13,б.
а) б)
Рис. 4.13.Структура и УГО мультиплексора «из 4 в 1».
Мультиплексирование при большом числе входов можно выполнить пирамидальным каскадированием мультиплексоров, как это показано на рис. 4.14. На рисунке показано каскадирование мультиплексоров «из 4 в 1» для реализации функции мультиплексирования «из 16 в 1».
Рис. 4.14.Пирамидальное каскадирование мультиплексоров.
Мультиплексоры первого уровня управляются адресными сигналами А0 и А1, а мультиплексоры второго – адресными сигналами А2 и А3. Каждый из мультиплексоров первого уровня выбирает один из четырех разрядов Dj. Первый мультиплексор выбирает один из разрядов D0 – D3, второй мультиплексор – один из разрядов D4 – D7 и т.д. Выходы с мультиплексоров первого уровня объединяются в мультиплексоре второго уровня, который осуществляет окончательную коммутацию и формирование выходного сигнала F.
Мультиплексор можно реализовать, используя дешифратор и схемы И и ИЛИ (рис. 4.15). Дешифратор формирует логическую единицу на одном из выходов согласно входному двоичному коду. Сигналы с выходов дешифратора являются стробирующими, т.е. разрешающими сигналами для схемы совпадения единиц, реализованной на двухвходовых элементах И. Логическая единица будет формироваться на выходе только того элемента И, на один вход которого подается единица с выхода дешифратора и на второй вход – единица с соответствующего входа Dj. Для объединения выходов всех элементов И в один выход F, служит элемент ИЛИ. На его выходе формируется логическая единица, если таковая присутствует на опрашиваемом в данный момент входе Dj.
Рис. 4.15. Реализация мультиплексора на базе дешифратора.
Демультиплексор выполняет функцию, обратную мультиплексору, т.е. в соответствии с принятой адресацией Ai направляет информацию с единственного входа D на один из M выходов Fj. При этом на остальных выходах будут логические нули (единицы). Принцип работы демультиплексора «из 1 в 4» иллюстрируется таблицей истинности:
Входы | Выходы | ||||
A1 | A0 | F3 | F2 | F1 | F0 |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | D |
0 | 1 | 0 | 0 | D | 0 |
1 | 0 | 0 | D | 0 | 0 |
1 | 1 | D | 0 | 0 | 0 |
Логические выражения для каждого из выходов можно представить в виде:
.
Структурная схема, реализующая демультиплексор «из 1 в 4» приведена на рис. 4.16,а, а его условное графическое обозначение – на рис. 4.16,б.
Как и в случае мультиплексора, схему демультиплексора можно реализовать с помощью дешифратора. Действительно, ФАЛ демультиплексора отличается от ФАЛ дешифратора только наличием входного сигнала D в конъюнкциях с адресными входами. Следовательно, объединив выходы дешифратора с входом D с помощью стробирующих элементов И, можно получить демультиплексор (рис. 4.17). Мультиплексоры и демультиплексоры часто называют еще цифровыми коммутаторами.
а) б)
Рис. 4.16. Структурная схема и УГО демультиплексора «из 1 в 4».
Рис. 4.17.Реализация демультирлексора на базе дешифратора.
мультиплексор — Multiplexer — qwe.wiki
Схема 2-к-1 мультиплексор. Это может быть приравнено к управляемому коммутатору. 
Схема Демультиплексора 1-в-2. Как мультиплексор, он может быть приравнен к управляемому коммутатору.В электронике , A мультиплексора (или MUX ) представляет собой устройство , которое сочетает в себе несколько аналоговых или цифровых входных сигналов и передает их в единую выходную линию. Мультиплексор из входов имеет выбор строки, которые используются , чтобы выбрать , какие входные линии для отправки на выход. Мультиплексоры в основном используются для увеличения количества данных , которые могут быть отправлены по сети в течение определенного периода времени и пропускная способность . Мультиплексор также называется селектором данных . Мультиплексоры также могут быть использованы для реализации логических функций нескольких переменных. 2N{\ Displaystyle 2 ^ {п}}N{\ Displaystyle п}
Электронный мультиплексор позволяет несколько сигналов для совместного использования одного устройства или ресурса, например, один аналого-цифровой преобразователь или одна линия связи, вместо одного устройства на входной сигнал.
И наоборот, демультиплексор (или демультиплексор ) представляет собой устройство принимает один входной сигнал и выбора одного из множества данных-выходных линий, что связано с одним входом. Мультиплексор часто используется с дополнительным демультиплексора на приемном конце.
Электронный мультиплексор можно рассматривать как с множеством входов и одним выходом коммутатора, и демультиплексора как с одним входом и несколькими выходами коммутатора. Условное обозначение для мультиплексора является равнобедренной трапецией с более длинной параллельной стороной , содержащей входные контакты и короткую сторону , параллельной содержащей выходной контактом. Схематичный справа показывает мультиплексор 2-к-1 на левом и эквивалентный переключателе справа. Провод подключается нужный вход к выходу. sеL{\ Displaystyle Сель}
Экономия затрат
Основная функция мультиплексора: объединения нескольких входов в единый поток данных. На приемной стороне, демультиплексор делит единый поток данных на первоначальные несколько сигналы.Одним из применений мультиплексоров является экономия соединения по одному каналу, подключив один выход мультиплексора с одним входом демультиплексора в. Изображение справа показывает это преимущество. В этом случае стоимость реализации отдельных каналов для каждого источника данных выше, чем стоимость и неудобство обеспечения функций мультиплексирования / демультиплексирования.
На приемном конце данных ссылаются комплементарная демультиплексора обычно требуется , чтобы сломать один поток данных обратно в исходные потоки. В некоторых случаях, на дальнем конце система может иметь функциональности больше , чем просто демультиплексор; и в то время как демультиплексировании все еще происходит технически, она никогда не может быть реализована дискретно. Это типично , когда: мультиплексор обслуживает ряд IP пользователей сети; и затем подают непосредственно в маршрутизатор , который сразу же считывает содержимое всего канала в его маршрутизации процессор; и затем выполняет демультиплексирование в памяти , откуда он будет преобразован непосредственно в разделах IP.
Часто, мультиплексор и демультиплексор объединяются вместе в единое целое оборудования, которое удобно упоминается как «мультиплексор». Оба элементы схемы необходимы на обоих концах линии передачи , поскольку система связи большинства передачи в обоих направлениях .
В аналоговой схеме конструкции, мультиплексор представляет собой особый тип аналогового переключателя , который соединяет один сигнал , выбранный из нескольких входов на один выход.
Цифровые мультиплексоры
В цифровой схеме конструкции, провод селектора имеют цифровое значение. В случае мультиплексор 2-к-1, логическое значение 0 будет подключить к выходу в то время как логическое значение 1 будет подключить к выходу. В больших мультиплексоров, количество контактов селектора равно , где это количество входов. я0{\ Displaystyle \ scriptstyle I_ {0}}я1{\ Displaystyle \ scriptstyle I_ {1}}⌈журнал2(N)⌉{\ Displaystyle \ scriptstyle \ влево \ lceil \ _ войти {2} (п) \ право \ rceil}N{\ Displaystyle \ scriptstyle п}
Так, например, от 9 до 16 входов не потребуют не менее чем 4 булавки селектора и от 17 до 32 входов не потребуют не менее чем 5 булавки селектора. Двоичное значение экспрессируется на этих выводах селектора определяет выбранный входной контакт.
Мультиплексор 2-к-1 имеет логическое уравнение , где и являются двумя входами, является входом селектора, а это выход: A{\ Displaystyle \ scriptstyle A}В{\ Displaystyle \ scriptstyle B}S{\ Displaystyle \ scriptstyle S}Z{\ Displaystyle \ scriptstyle Z}
- Zзнак равно(A⋅S¯)+(В⋅S){\ Displaystyle Z = (А \ CDOT {\ Overline {S}}) + (В \ CDOT S)}
А 2-к-1 МультиплексорЧто может быть выражено в виде таблицы истинности :
| S{\ Displaystyle \ scriptstyle S} | A{\ Displaystyle \ scriptstyle A} | В{\ Displaystyle \ scriptstyle B} | Z{\ Displaystyle \ scriptstyle Z} |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
Или, в более простом обозначении:
| S{\ Displaystyle \ scriptstyle S} | Z{\ Displaystyle \ scriptstyle Z} |
|---|---|
| 0 | |
| 1 | В |
Эти таблицы показывают , что когда то , но когда потом . Непосредственная реализация этого мультиплексора 2-к-1 должны были бы 2 и ворота, схему ИЛИ и НЕ — вентилем. Хотя это математически правильно, прямая физическая реализация будет склонной к условиям гонки , которые требуют дополнительного ворота , чтобы подавить. Sзнак равно0{\ Displaystyle \ scriptstyle S = 0}Zзнак равноA{\ Displaystyle \ scriptstyle Z = A}Sзнак равно1{\ Displaystyle \ scriptstyle S = 1}Zзнак равноВ{\ Displaystyle \ scriptstyle Z = B}
Большие мультиплексоров также распространены и, как было указано выше, требуют булавки селектора для входов. Другие общие размеры 4-к-1, 8-к-1, и 16-к-1. Так как цифровая логика использует двоичные значения, которые используются степени 2 (4, 8, 16) , чтобы максимально контролировать количество входов для заданного числа входов селектора. ⌈журнал2(N)⌉{\ Displaystyle \ scriptstyle \ влево \ lceil \ _ войти {2} (п) \ право \ rceil}N{\ Displaystyle п}
-
-
8-к-1 Мультиплексор
-
16-к-1 Мультиплексор
Логическое уравнение для мультиплексора 4-в-1:
- Zзнак равно(A⋅S0¯⋅S1¯)+(В⋅S0⋅S1¯)+(С⋅S0¯⋅S1)+(D⋅S0⋅S1){\ Displaystyle Z = (А \ CDOT {\ Overline {S_ {0}}} \ CDOT {\ Overline {S_ {1}}}) + (В \ CDOT S_ {0} \ CDOT {\ Overline {S_ {1 }}}) + (С \ CDOT {\ Overline {S_ {0}}} \ CDOT S_ {1}) + (D \ CDOT S_ {0} \ CDOT S_ {1})}
Следующие 4-к-1 мультиплексор выполнен из 3-состояния буферов и логических элементов И (И вентили действуют в качестве декодера):
4: 1 MUX схема с использованием 3 входных и ворота и другие
Индексы на входах указывают десятичное значение двоичных входов управления , при котором , что вход пропускают. яN{\ Displaystyle \ scriptstyle I_ {п}}
Цепной мультиплексоры
Большие мультиплексоры могут быть построены с использованием меньшего мультиплексоры, приковав их вместе. Например, мультиплексор 8-к-1 может быть выполнена с двумя 4-к-1 и одна 2-к-1 мультиплексоров. Два 4-к-1 мультиплексор выходы подаются в 2-к-1 с штифтами селектора на 4-к-1, поставленный в параллель дает общее количество входов селектора на 3, что эквивалентно 8-к -1.
Список микросхем, которые обеспечивают мультиплексирование
Серии 7400 имеет несколько ИС , которые содержат мультиплексор (ы):
| ИК No. | функция | Выходной государственный |
|---|---|---|
| 74157 | Quad 2: 1 MUX. | Выход же в качестве входных данных с учетом |
| 74158 | Quad 2: 1 MUX. | Выход инвертируется вход |
| 74153 | Двойной 4: 1 MUX. | Выходной же, как и вход |
| 74352 | Двойной 4: 1 MUX. | Выход инвертируется вход |
| 74151A | 8: 1 MUX. | Оба выхода доступного (то есть, дополнительные выходы) |
| 74151 | 8: 1 MUX. | Выход инвертируется вход |
| 74150 | 16: 1 MUX. | Выход инвертируется вход |
Цифровые демультиплексоры
Демультиплексоры принять один ввод данных и количество входов выбора, и у них есть несколько выходов. Они переслать ввод данных на один из выходов в зависимости от значений входов выбора. Демультиплексоры иногда удобно для проектирования логики общего назначения, потому что если вход демультиплексора всегда является истинным, демультиплексор выступает в качестве декодера . Это означает , что любая функция из бит выбора может быть построена логически ИЛИ-ки правильного набора выходов.
Если X является входом и S это селектор, а А и В являются выходами:
Aзнак равно(Икс⋅S¯){\ Displaystyle А = (Х \ CDOT {\ Overline {S}})}
Взнак равно(Икс⋅S){\ Displaystyle В = (Х \ CDOT S)}
Пример: один бит 1-к-4 линии DemultiplexerСписок микросхем, которые обеспечивают демультиплексирования
Серии 7400 имеет несколько ИС , которые содержат демультиплексор (ы):
| ИК No. (7400) | ИК No. (4000) | функция | Выходной государственный |
|---|---|---|---|
| 74139 | Двойной 1: 4 демультиплексора. | Выход инвертируется вход | |
| 74156 | Двойной 1: 4 демультиплексора. | Выход с открытым коллектором | |
| 74138 | 1: 8 демультиплексора. | Выход инвертируется вход | |
| 74238 | 1: 8 демультиплексора. | ||
| 74154 | 1:16 демультиплексора. | Выход инвертируется вход | |
| 74159 | CD4514 / 15 | 1:16 демультиплексора. | Выход с открытым коллектором и такой же, как вход |
Мультиплексоры как ПЛИС
Мультиплексоры также могут быть использованы в качестве программируемых логических устройств , в частности , для реализации булевых функций. Любая булева функция от п переменных и один результат может быть реализован с помощью мультиплексора с п входами селектора. Переменные подключены к входам селектора, а результат функции, 0 или 1, для каждой возможной комбинации входов селектора соединена с соответствующим входом данных. Это особенно полезно в тех случаях , когда стоимость является одним из факторов, модульность, и для простоты модификации. Если одна из переменных (например, D ) также доступен инвертируется, мультиплексор с п -1 входов селектора достаточно; входы данных подключены к 0, 1, D , или ~ D , в соответствии с требуемым выходом для каждой комбинации входов селектора.
Смотрите также
Рекомендации
дальнейшее чтение
- М. Моррис Мано; Чарльз Р. Kime (2008). Логика и компьютерный дизайн Основы (4 — е изд.). Prentice Hall . ISBN 0-13-198926-X .
