Цифровые схемы — мультиплексоры — CoderLessons.com

Мультиплексор — это комбинационная схема, которая имеет максимум 2 ⁿ входов данных, n линий выбора и одну выходную линию. Один из этих входов данных будет подключен к выходу на основе значений линий выбора.

Так как есть n строк выбора, будет 2 ⁿ возможных комбинаций нулей и единиц. Итак, каждая комбинация выберет только один ввод данных. Мультиплексор также называется Mux .

4×1 Мультиплексор

Мультиплексор 4×1 имеет четыре входа данных I ₃ , I ₂ , I ₁ и I ₀ , две строки выбора s ₁ & s ₀ и один выход Y. Блок-схема мультиплексора 4×1 показана на следующем рисунке.

Один из этих 4 входов будет подключен к выходу на основе комбинации входов, присутствующих в этих двух линиях выбора. Таблица истинности мультиплексора 4×1 показана ниже.

Линии выбора		Выход
S 1	S 0	Y
0	0	Я 0
0	1	Я 1
1	0	Я 2
1	1	Я 3

Из таблицы Truth мы можем напрямую написать булеву функцию для вывода, Y как

Y=S1′S0′I0+S1′S0I1+S1S0′I2+S1S0I3

Мы можем реализовать эту булеву функцию с помощью инверторов, вентилей AND и вентиля OR. Принципиальная схема мультиплексора 4×1 показана на следующем рисунке.

Мы можем легко понять работу вышеупомянутой схемы. Аналогично, вы можете реализовать мультиплексор 8×1 и мультиплексор 16×1, следуя той же процедуре.

Реализация мультиплексоров высшего порядка.

Теперь давайте реализуем следующие два мультиплексора высшего порядка, используя мультиплексоры низкого порядка.

• 8×1 мультиплексор
• 16×1 мультиплексор

8×1 мультиплексор

В этом разделе мы реализуем мультиплексор 8×1, используя мультиплексоры 4×1 и мультиплексор 2×1. Мы знаем, что 4×1 Multiplexer имеет 4 входа данных, 2 строки выбора и один выход. Принимая во внимание, что мультиплексор 8×1 имеет 8 входов данных, 3 строки выбора и один выход.

Итак, нам требуется два мультиплексора 4×1 на первом этапе, чтобы получить 8 входных данных. Поскольку каждый мультиплексор 4×1 производит один выходной сигнал, нам требуется

мультиплексор 2×1 на втором этапе, рассматривая выходы первого этапа в качестве входных данных и для получения конечного выхода.

Пусть мультиплексор 8×1 имеет восемь входов данных от I ₇ до I ₀ , три строки выбора s ₂ , s ₁ & s0 и один выход Y. Таблица истинности мультиплексора 8×1 показана ниже.

Выбор входов			Выход
S 2	S 1	S 0	Y
0	0	0	Я 0
0	0	1	Я 1
0	1	0	Я 2
0	1	1	Я 3
1	0	0	Я 4
1	0	1	Я 5
1	1	0	Я 6
1	1	1	Я 7

Мы можем легко реализовать мультиплексор 8×1, используя мультиплексоры низкого порядка, рассмотрев приведенную выше таблицу истинности.

Блок-схема мультиплексора 8×1 показана на следующем рисунке.

Те же строки выбора, s ₁ и s ₀ , применяются к обоим мультиплексорам 4×1. Входы данных верхнего мультиплексора 4×1 — от I ₇ до I _4, а входы данных нижнего мультиплексора 4×1 — от I ₃ до I ₀ . Таким образом, каждый мультиплексор 4×1 создает выходной сигнал на основе значений строк выбора, s ₁ и s ₀ .

Выходы мультиплексоров 4×1 первой ступени применяются в качестве входов мультиплексора 2×1, который присутствует на второй ступени. Другая строка выбора s

2 применяется к мультиплексору 2×1.

• Если s ₂ равно нулю, то выход мультиплексора 2×1 будет одним из 4 входов от I ₃ до I ₀ на основе значений линий выбора s ₁ & s ₀ .

• Если s ₂ равно единице, то выход мультиплексора 2×1 будет одним из 4 входов от I ₇ до I ₄ на основе значений линий выбора s ₁ & s ₀ .

Если s ₂ равно нулю, то выход мультиплексора 2×1 будет одним из 4 входов от I ₃ до I ₀ на основе значений линий выбора s ₁ & s ₀ .

Если s ₂ равно единице, то выход мультиплексора 2×1 будет одним из 4 входов от I

7 до I ₄ на основе значений линий выбора s ₁ & s ₀ .

Таким образом, общая комбинация двух мультиплексоров 4×1 и одного мультиплексора 2×1 работает как один мультиплексор 8×1.

16×1 мультиплексор

В этом разделе мы реализуем мультиплексор 16×1, используя мультиплексоры 8×1 и мультиплексор 2×1. Мы знаем, что мультиплексор 8×1 имеет 8 входов данных, 3 строки выбора и один выход. Принимая во внимание, что мультиплексор 16×1 имеет 16 входов данных, 4 строки выбора и один выход.

Итак, нам требуется два мультиплексора 8×1 на первом этапе, чтобы получить 16 входных данных. Так как каждый мультиплексор 8×1 производит один выход, нам требуется мультиплексор 2×1 на втором этапе, рассматривая выходы первого этапа в качестве входных данных и для получения конечного выхода.

Пусть мультиплексор 16×1 имеет шестнадцать входов данных от I ₁₅ до I ₀ , четыре строки выбора от s ₃ до s ₀ и один выход Y. Таблица истинности мультиплексора 16×1 показана ниже.

Выбор входов				Выход
S 3	S 2	S 1	S 0	Y
0	0	0	0	Я 0
0	0	0	1	Я 1
0	0	1	0	Я 2
0	0	1	1	Я 3
0	1	0	0	Я 4
0	1	0	1	Я 5
0	1	1	0	Я 6
0	1	1	1	Я 7
1	0	0	0	Мне 8
1	0	0	1	Мне 9
1	0	1	0	Мне 10
1	0	1	1	Мне 11
1	1	0	0	Мне 12
1	1	0	1	Мне 13
1	1	1	0	Мне 14
1	1	1	1	Мне 15

Мы можем легко реализовать мультиплексор 16×1, используя мультиплексоры низкого порядка, рассмотрев приведенную выше таблицу истинности. Блок-схема мультиплексора 16×1 показана на следующем рисунке.

Те же строки выбора, s ₂ , s ₁ и s ₀ , применяются к обоим мультиплексорам 8×1. Входы данных верхнего мультиплексора 8×1 — от I ₁₅ до I _8, а входы данных нижнего мультиплексора 8×1 — от I ₇ до I ₀ . Следовательно, каждый мультиплексор 8×1 создает выходной сигнал на основе значений строк выбора, s ₂ , s ₁ & s ₀ .

Выходы мультиплексоров 8×1 первой ступени применяются в качестве входов мультиплексора 2×1, который присутствует на второй ступени. Другая

строка выбора s ₃ применяется к мультиплексору 2×1.

• Если s ₃ равно нулю, то выход мультиплексора 2×1 будет одним из 8 входов от ₇ до I ₀ на основе значений линий выбора s ₂ , s ₁ & s ₀ .

• Если s ₃ равен единице, то выход мультиплексора 2×1 будет одним из 8 входов от I ₁₅ до I ₈ на основании значений линий выбора s ₂ , s ₁ & s ₀ .

Если s ₃ равно нулю, то выход мультиплексора 2×1 будет одним из 8 входов от

7 до I ₀ на основе значений линий выбора s ₂ , s ₁ & s ₀ .

Если s ₃ равен единице, то выход мультиплексора 2×1 будет одним из 8 входов от I ₁₅ до I ₈ на основании значений линий выбора s ₂ , s ₁ & s ₀ .

Таким образом, общая комбинация двух мультиплексоров 8×1 и одного мультиплексора 2×1 работает как один мультиплексор 16×1.

Мультиплексоры и демультиплексоры

Мультиплексорами называются устройства, которые позволяют подключать несколько входов к одному выходу. Демультиплексорами называются устройства, которые позволяют подключать один вход к нескольким выходам. В простейшем случае такую коммутацию можно осуществить при помощи ключей:

Рисунок 1. Коммутатор (мультиплексор), собранный на ключах.

В цифровых схемах требуется управлять ключами при помощи логических уровней. То есть нужно подобрать устройство, которое могло бы выполнять функции электронного ключа с электронным управлением цифровым сигналом.

Рассмотрим таблицу истинности логического элемента «И-НЕ»:

Теперь один из входов элемента будем рассматривать как информационный вход электронного ключа, а другой вход — как управляющий. По таблице истинности отчетливо видно, что пока на управляющий вход Y подан логический уровень ‘0’ сигнал со входа X на выход Out не проходит. При подаче на управляющий вход Y логической ‘1’, сигнал, поступающий на вход X, поступает на выход Out. То есть логический элемент «И» можно использовать в качестве электронного ключа. При этом не важно какой из входов элемента «И» будет использоваться в качестве управляющего входа, а какой — в качестве информационного. ОстаЈтся только объединить выходы элеметов «И» на один выход. Это делается при помощи элемента «ИЛИ». Такая схема коммутатора приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Принципиальная схема мультиплексора, выполненая на логических элементах.

В этой схеме можно одновременно включать несколько входов на один выход. Однако обычно это приводит к непредсказуемым последствиям. Кроме того, для управления требуется много входов, поэтому в состав мультиплексора включают дешифратор. Это позволяет управлять переключением входов микросхемы на выход при помощи двоичных кодов:

 

Рисунок 2. Принципиальная схема мультиплексора, управляемого двоичным кодом.

Мультиплексор изображается на принципиальных схемах как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Обозначение мультиплексора на принципиальных схемах.

Задача передачи сигнала с одного входа микросхемы на один из нескольких выходов называется демультиплексированием. Демультиплексор можно построить на основе точно таких же схем логического “И” существенным  отличием от мультиплексора является возможность объединения нескольких входов в один без дополнительных схем. Для выбора конкретного выхода демультиплексора, как и в мультиплексоре, используется двоичный дешифратор. Cхема демультиплексора приведена на следующем рисунке:

Рисунок 4. Принципиальная схема демультиплексора, управляемого двоичным кодом.

---

[Назад] [Содержание] [Вперёд]

MAX11300 (PIXI). Мультиплексор 4:1

2 декабря 2019

Руководство знакомит разработчиков с широким спектром решений на базе программируемых ИС смешанного сигнала MAX11300 PIXI™ производства Maxim Integrated. Рассматриваются идеи по использованию каждого функционального блока, входящего в состав PIXI, приводится подробный алгоритм их настройки и тестирования. Описаны также конкретные приложения, использующие  MAX11300.

С помощью встроенных аналоговых ключей микросхем MAX11300 можно без особых проблем создавать различные мультиплексоры. На рисунке 33 предложен вариант реализации мультиплексора 4:1 из трех мультиплексоров 2:1. В прошлой части данного цикла статей рассматривалась схема SPDT-ключа, который, по сути, выполнял функцию мультиплексора 2:1. Таким образом, для построения мультиплексора 4:1 на базе микросхемы MAX11300 потребуется шесть управляемых аналоговых ключей (нижняя часть рисунка 33). Поскольку встроенные аналоговые ключи микросхемы MAX11300 являются двунаправленными, то и мультиплексор может выполнять роль демультиплексора.

Рис. 33. Построение мультиплексора 4:1 с помощью аналоговых ключей микросхемы MAX11300

Реализация в PIXI

В программе MAX11300 Configuration Software подключите шесть аналоговых ключей так, как показано на рисунке 34. В свойствах компонентов установите напряжение переключения 1 В (поле Input Threshold). В каждой паре ключей необходимо сделать инверсию сигнала управления для первого ключа. Для этого установите в свойствах этих ключей галочку в поле Polarity. Создайте файл конфигурации .csv, выполнив команду: File → Generate Register.

Оборудование для проведения испытаний

Необходимое оборудование:

• отладочная плата MAX11300EVKIT;
• кабель Micro A-B USB;
• ПК с ОС Windows®;
• мультиметр;
• источники питания;
• осциллограф;
• резистор 10 кОм.

Методика проведения испытаний

Включите питание отладочной платы MAX11300EVKIT. Загрузите созданный ранее файл конфигурации. Подключите напряжения 5 В и 10 В от источников питания к портам P0, P2, P10 и P12, как показано на рисунке 34. Подключите резисторы 10 кОм к порту P6. Соедините попарно порты P1 и P5, P7 и P11. На порт P3 подайте меандр с частотой 1 Гц и амплитудой 3,3 В с выхода генератора. На порт P4 необходимо подать второй сигнал управления в виде меандра с частотой 2 Гц и амплитудой 3,3 В.

Рис. 34. Реализация мультиплексора 4:1 в программе MAX11300 Configuration Software

Результаты испытаний

На рисунке 35 представлены входные и выходные напряжения схемы. Входами схемы являются порты P0, P2, P10 и P12. Входы управления подключены к портам P3 и P4. У схемы есть единственный выход, подключенный к порту P6. Полученная таблица истинности (таблица 3) соответствует таблице истинности мультиплексора 4:1.

Рис. 35. Входные и выходные напряжения схемы мультиплексора 4:1

Таблица 3. Таблица истинности

EN0	EN1	Подключенный канал	Выход, В
0	0	Port 12	-5
0	1	Port 2	-10
1	0	Port 10	5
1	1	Port 0	10

Заключение

В седьмой части данного цикла мы рассмотрели вариант построения мультиплексора 4:1 на базе микросхемы MAX11300. Для реализации схемы потребовались шесть управляемых аналоговых ключей. Благодаря двунаправленности аналоговых ключей предложенная схема мультиплексора может использоваться и в качестве демультиплексора. Проведенные испытания подтвердили корректность работы схемы.

Оригинал статьи

Список ранее опубликованных глав

1. Многоканальный АЦП
2. Дифференциальный АЦП
3. Псевдодифференциальный АЦП
4. ЦАП и порты с высокой нагрузочной способностью
5. Схема измерения тока
6. Реализация аналоговых ключей SPST, SPDT и DPST

Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ

•••

Наши информационные каналы

что это такое? Схема применения оптического модуля

На сегодняшний день приобретение дополнительной техники или специальных устройств является достаточно дорогим удовольствием. Для того, чтобы сохранить свои финансовые затраты, довольно часто используют такие устройства, как мультиплексор и демультиплексор, которые являются своеобразными селекторами данных.

В случае с мультиплексором есть возможность через один выход пропустить информацию с нескольких входов. А демультиплексор действует с точностью наоборот – распределяет полученные данные с одного входа на разные выходы.

Мультиплексор представляет собой такое оборудование, которое содержит в себе несколько входов сигнала, один или несколько входов управления и лишь один общий выход. Данное устройство дает возможность передавать определенный канал из одного из имеющихся входов на специальный и единственный выход.

При всем этом выбирается вход с помощью подачи определенной комбинации сигналов управления. Чаще всего мультиплексор необходим там, где нужно обустраивать для передачи сигналов большое количество каналов (сигналов), а денег и технического оснащения для этого нет.

Работоспособность данного типа устройства основана на том, что сигнал связи, даже в случае, если он один, очень часто не применяется на всю мощность. По этой причине имеется лишнее место для запуска других потоков информации по одной линии.

Разумеется, что если все эти потоки пускаются в изначальном виде и в одно и то же время, то на выходе получится обычная мешанина информационных данных, которую будет практически нереально расшифровать. Из-за этого мультиплексор производится при помощи разделения потоков информации разнообразными методами.

Разделение по частотным полосам – это когда все потоки данных идет в одно и то же время, но с разной частотой. При этом не происходит смешивание потоков. Кроме этого, есть возможность пустить потоки в различных временных линиях. Также особо популярным является способ кодирования. В этом случае все потоки обозначаются специальными знаками, кодируются и одновременно отправляются.

Мультиплексоры классифицируют по нескольким критериям: по месту использования или по своим целевым задачам и так далее.

Линия связи мультиплексора и демультиплексора

Основным различием мультиплексоров считается то, каким образом происходит уплотнение сигналов в один сплошной поток.

Мультиплексирование бывает таких видов:

• временного характера;
• пространственного типа;
• кодовым;

Как правило, если каналы являются проводными, то в применении актуальны первые два метода, а для беспроводных каналов применяются все четыре варианта. Обычно, если речь идет о мультиплексоре, то подразумевается проводное устройство. 

По этой причине стоит более подробно ознакомиться с частотным и временным методами:

Методы мультиплексирования

Частотное мультиплексирование и демультиплексирование

Чтобы исполнить частотное мультиплексирование необходимо для всех потоков определить определенный частотный период. Перед самим процессом нужно переместить спектра всех каналов, что входят в период иной частоты, что не будет никак пересекаться с иными сигналами. Кроме того, для обеспечения надежности, меж частотами делают определенные интервалы для дополнительной защиты. Данный метод применяют и в электрических, и в оптических связных линиях.

Временной вариант

Временное мультиплексирование и демультиплексирование

Чтобы передать каждый сигнал в сплошном потоке, что входит, имеется определенное количество времени. В этом случае, перед устройством стоит особая задача – гарантировать доступ циклов к общей среде перенаправления для потоков, которые входят на маленький временной промежуток.

При этом необходимо сделать так, чтобы не возникло нежелательное накладывание каналов друг на друга, которое смешивает информацию. Для этого используют специальные интервалы для защиты, которые ставят меж этими самыми каналами.

Этот способ используют, как правило, для цифровых связных каналов.

Классификация мультиплексоров

Мультиплексоры существуют таких видов:

1. Терминальные. Их размещают на концах связных линий.
2. Ввода и вывода. Такие устройства встраивают в разрыв связных линий, чтобы из сплошного потока выводить определенные сигналы. При их помощи можно обойтись без дорогостоящих мультиплексоров терминального типа.

Также мультиплексоры классифицируются таким способом:

Аналоговые мультиплексоры

Ключи аналогового типа являются специальными аналого-дискретными элементами. Аналоговый ключ может быть представлен в качестве отдельно взятого устройства. Набор такого рода ключей, которые работают на единственный выход с цепями выборки определенного ключа, являются специальным аналоговым мультиплексором. Аналоговое оборудование в каждый период времени выбирает определенный входной канал и направляет его на специальное устройство

Цифровые мультиплексоры

Цифровые оборудования делятся на мультиплексоры второго, первого и иных высоких уровней. Цифровые мультиплексоры дают возможность принимать сигналы цифрового типа из устройств низкого уровня. При этом можно их записать, образовать цифровое течение высокого уровня. Таким образом, входящие потоки синхронизируются. Также можно отметить, что они обладают одинаковыми скоростями.

Области применения

Видеомультиплексоры применяют в телевизионной технике и различных дисплеях, в системах охранного видеонаблюдения. На мультиплексировании базируется GSM-связь и разнообразные входные модемы провайдеров в интернете. Также данные устройства применяют в GPS-приемниках, в волоконно-оптических связных линиях широкополосного типа.

Мультиплексоры используют в различных делителях частоты, специальных триггерных элементах, особых сдвигающихся устройствах и так далее. Их могут применять для того, чтобы преобразовать определенный параллельный двоичный код в последовательный.

Схема применения оптического мультиплексора

Структура мультиплексора

Мультиплексор состоит из специального дешифратора адреса входной линии каналов, разнообразных схем, в том числе и схемы объединения.

Структуру мультиплексора можно рассмотреть на примере его общей схемы. Входные данные логического типа поступают на выходы коммутатора, и далее через него направляются на выход. На вход управления подается слова адресных каналов. Само устройство тоже может обладать специальным входом управления, который дает возможность проходить или не проходить входному каналу на выход.

Существуют типы мультиплексоров, которые обладают выходом с тремя состояниями. Все нюансы работы мультиплексора зависят от его модели.

Демультиплексор

Демультиплексор представляет собой логическое устройство, которое предназначено для того, чтобы свободно переключать сигнал с одного входа информации на один из имеющихся информационных выходов. На деле демультиплексор является противоположностью мультиплексору.

Во время передачи данных по общему сигналу с разделением по временному ходу необходимо как использование мультиплексоров, так и применение демультиплексоров, то есть прибор обратного функционального назначения. Это устройство распределяет информационные данные из одного сигнала между несколькими приемниками данных.

Особым отличием данного типа устройства от мультиплексоров считается то, что есть возможность обледенить определенное количество входов в один, не применяя при этом дополнительных схем. Но для того, чтобы увеличить нагрузку микросхемы, на выходе устройства для увеличения входного канала рекомендуется установить специальный инвертор.

В схеме самого простого такого устройства для определенного выхода применяется двоичный дешифратор. Стоит отметить, что при подробном изучении дешифратора, можно сделать демультиплексор гораздо проще. Для этого необходимо ко всем логическим элементам, которые входят в структуру дешифратора прибавить еще вход. Данную структуру достаточно часто называют дешифратором, который имеет вход разрешения работы.

На что следует обратить внимание при выборе мультиплексора?

1. Какие камеры используются – черно-белые, цветные?
2. Общее количество камер, которое возможно подключить к устройству.
3. Тип мультиплексора.
4. Разрешение устройства.
5. Наличие детектора, определяющего движение.
6. Можно ли подключить второй экран монитора?

При выборе мультиплексора или демультиплексора необходимо учитывать все нюансы и технические характеристики устройства.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

Мультиплексоры терагерцового диапазона частот для следующего поколения мобильной связи 6G и выше

13.05.2021

Новая конструкция сверхмалой интегральной схемы кремниевого мультиплексора позволит эффективно управлять волнами терагерцового диапазона, которые являются ключом к следующему поколению коммуникаций 6G и выше.

Исследователи Университета Осаки, Япония, и Университета Аделаиды, Австралия, совместно работали над созданием нового мультиплексора на основе чистого кремния, предназначенного для устройств связи терагерцового диапазона в полосе около 300 ГГц.

«Для обеспечения управления в широкой полосе терагерцовых волн решающее значение имеет мультиплексор — устройство для разделения и объединения сигналов, разделяющее информацию на управляемые фрагменты, которые при этом проще обрабатывать, и, следовательно, они быстрее передаются с одного устройства на другое», — говорит доцент Витават Витаячумнанкул из Школы электротехники и электроники Университета Аделаиды.

«До настоящего времени компактные и практичные мультиплексоры для терагерцового диапазона разработаны не были. Новые экономически эффективные для производства терагерцовые мультиплексоры будут чрезвычайно полезны для обеспечения сверхширокополосной беспроводной связи».

«Ключом к объединению и разделению каналов является форма разработанных нами кристаллов, позволяющая обрабатывать больше данных с более высокой скоростью. Их красота – это простота».

В терагерцовой части электромагнитного спектра имеется неиспользуемая полоса, которая намного шире, чем полоса обычной беспроводной связи, организованной в микроволновом диапазоне. Для обеспечения связи в терагерцовом диапазоне команда разработала ультракомпактные и эффективные терагерцовые мультиплексоры, используя новый техпроцесс оптического туннелирования.

«Типовой четырехканальный оптический мультиплексор может иметь длину более 2000 длин волн. В диапазоне 300 ГГц это составит около двух метров», — говорит доктор Дэниел Хедленд из Университета Осаки, являющийся ведущим автором исследования.

«Наше устройство имеет размер всего 25 длин волн, что обеспечивает значительное уменьшение размера в 6000 раз».

Новый мультиплексор имеет полосу пропускания, более чем в 30 раз превышающую общую полосу, выделенную в Японии на 4G/LTE связь, самую быструю доступную в настоящее время мобильную технологию, и 5G, являющуюся следующим поколением, вместе взятые. Поскольку пропускная способность связана со скоростью передачи данных, с помощью нового мультиплексора возможна организация сверхскоростной передачи цифровых сигналов.

«Наш четырехканальный мультиплексор потенциально может поддерживать совокупную скорость передачи данных в 48 гигабит в секунду (Гбит/с), что эквивалентно скорости передачи несжатого видео сверхвысокой четкости 8K в режиме реального времени», — заявляет доцент Масаюки Фудзита, руководитель команды из Университета Осаки.

«Для того чтобы сделать всю систему портативной, в конструкции компактных многоканальных терагерцовых приемопередатчиков мы планируем объединить этот мультиплексор с резонансными туннельными диодами».

Исследованная командой схема модуляции была весьма простой; для передачи двоичных данных просто включалась и выключалась терагерцовая мощность. Существуют также более продвинутые методы, которые позволяют обеспечить в заданной полосе пропускания еще более высокие скорости передачи данных до 1 терабит/с.

«Новый мультиплексор может выпускаться серийно, как и компьютерные микросхемы, но он гораздо проще. В итоге возможно крупномасштабное проникновение на рынок», — говорит профессор Тадао Нагацума из Университета Осаки.

«Это позволило бы использовать устройство для обеспечения мобильной связи поколения 6G и выше, в Интернете вещей, а также в малогабаритных летательных аппаратах, таких как автономные беспилотные летательные аппараты, обеспечивая низкую вероятность перехвата сигналов связи».

Это исследование, опубликованное в журнале Optica и финансируемое программой финансирования CREST Японского агентства по науке и технологиям (JST), грантом KAKENHI и грантом на научные исследования Австралийского исследовательского совета (ARC), основано на проведенной в 2020 году работе команды, в ходе которой они создали кремниевое микрофотоэлектронное устройство, не содержащее подложки или металлов, для применения в высокоэффективных терагерцовых устройствах. Эта инновация открыла путь для перехода существующих нанофотонных мультиплексоров в терагерцовую область.

Рисунок: Схема встраиваемого мультиплексора, показывающая, как широкополосная волна терагерцового диапазона разделяется на четыре различные частоты, каждая из которых способна передавать цифровую информацию. Изображение предоставлено Университетом Осаки.

Статья: «Безрешеточный встраиваемый мультиплексор на туннельных диодах для терагерцовых волн», опубликована в журнале Optics at DOI: https://doi.org/10.1364/OPTICA.420715
Университет Осаки
Японское агентство по науке и технике (JST)

Жан-Пьер Джустинг
03 мая 2021 г.

Мультиплексор (электроника) — это… Что такое Мультиплексор (электроника)?

Схема мультиплексора 2-к-1.

Mультиплексор — устройство, имеющее несколько сигнальных входов, один или более управляющих входов и один выход. Мультиплексор позволяет передавать сигнал с одного из входов на выход; при этом выбор желаемого входа осуществляется подачей соответствующей комбинации управляющих сигналов.

Аналоговые и цифровые^[1][2] мультиплексоры значительно различаются по принципу работы. Первые электрически соединяют выбранный вход с выходом (при этом сопротивление между ними невелико — порядка единиц/десятков ом). Вторые же не образуют прямого электрического соединения между выбранным входом и выходом, а лишь «копируют» на выход логический уровень (‘0’ или ‘1’) с выбранного входа. Аналоговые мультиплексоры иногда называют ключами^[3] или коммутаторами.

Устройство, противоположное мультиплексору по своей функции, называется демультиплексором. В случае применения аналоговых мультиплексоров (с применением ключей на полевых транзисторах) не существует различия между мультиплексором и демультиплексором; такие устройства могут называться коммутаторами.

Устройство

Схематически мультиплексор можно изобразить в виде коммутатора, обеспечивающего подключение одного из нескольких входов (их называют информационными) к одному выходу устройства. Коммутатор обслуживает управляющая схема, в которой имеются адресные входы и, как правило, разрешающие (стробирующие).

Сигналы на адресных входах определяют, какой конкретно информационный канал подключен к выходу. Если между числом информационных выходов и числом адресных входов действует соотношение , то такой мультиплексор называют полным. Если , то мультиплексор называют неполным.

Разрешающие входы используют для расширения функциональных возможностей мультиплексора. Они используются для наращивания разрядности мультиплексора, синхронизации его работы с работой других узлов. Сигналы на разрешающих входах могут разрешать, а могут и запрещать подключение определенного входа к выходу, то есть могут блокировать действие всего устройства.

В качестве управляющей схемы обычно используется дешифратор. В цифровых мультиплексорах логические элементы коммутатора и дешифратора обычно объединяются.

Обобщённая схема мультиплексора

Обобщённая схема мультиплексора.

Входные логические сигналы X_i поступают на входы коммутатора и через коммутатор передаются на выход Y. На вход управляющей схемы подаются адресные сигналы A_k (от англ. Address). Мультиплексор также может иметь дополнительный управляющий вход E (от англ. Enable), который разрешает или запрещает прохождение входного сигнала на выход Y.

Кроме этого, некоторые мультиплексоры могут иметь выход с тремя состояниями: два логических состояния 0 и 1, и третье состояние — отключённый выход (высокоимпедансное состояние, Z-состояние — выходное сопротивление равно бесконечности). Перевод мультиплексора в третье состояние производится снятием управляющего сигнала OE (от англ. Output Enable).

Использование

Мультиплексоры могут использоваться в делителях частоты, триггерных устройствах, сдвигающих устройствах и др. Мультиплексоры могут использоваться 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.

Обозначение

Мультиплексоры обозначают сочетанием MUX (от англ. multiplexer), а также MS (от англ. multiplexer selector).

Условное графическое обозначение (УГО) мультиплексора «4 в 1».

См. также

Примечания

МУЛЬТИПЛЕКСОР: СХЕМА И РАБОТА

Мультиплексор на микросхеме К155КП5

Мультиплексор – это прибор, который позволяет организовать передачу информации с нескольких входов на один выход, таким образом можно осуществить, например, опрос нескольких датчиков подключенных к одному порту микроконтроллера [1]. Работу приборов данного типа рассмотрим на примере микросхемы К155КП5 [2-4]

Данный конкретный мультиплексор имеет группу из восьми информационных входов I1-I8 и группу из трех адресных S0-S2 входов. На адресные входы подается двоичное число, которое кодирует номер того информационного входа, который в данной конкретной ситуации будет подключен к выходу мультиплексора. Питание подается на 14 выход микросхемы К514ИД2, общий провод 7. Питание осуществляется от стабилизированного источника питания напряжением 5В.

В данной работе код для адресных входов формируется при помощи счетчика DD1 [5], который считает импульсы с мультивибратора [6]. Информационные входы подключены таким образом, чтобы на выходе мультиплексора чередовался высокий и низкий логические уровни.

В целом, данная схема получается относительно сложной с большим количеством непаянных контактов, это приводит к тому, что мультиплексор иногда отказывается работать даже при правильной сборке из-за ненадежного контакта в одном из разъемов. Поэтому данную лабораторную работу, как и предыдущую работу о дешифраторах [8], можно использовать для обучения студентов поиску неисправностей в электрических схемах. Но все же в данном конструктивном исполнении макетной схемы, видимо 3-4 микросхемы являются разумным пределом, и собирать более сложные конструкции на модулях данной конструкции нецелесообразно.

Видео работы мультиплексора

Литература

1. Ямпольский В.С. Основы автоматики и электронно-вычислительной техники – М. Просвещение, 1991
2. http://www.chipinfo.ru/dsheets/ic/155/kp5.html
3. http://esxema.ru/?p=2375
4. https://eandc.ru/pdf/mikroskhema/k155kp5.pdf
5. http://radioskot.ru/publ/nachinajushhim/schetchik_na_mikroskheme/5-1-0-1372
6. http://radioskot.ru/publ/nachinajushhim/multivibrator_na_ehlementakh_i_ne/5-1-0-1366
7. http://radioskot.ru/publ/nachinajushhim/samodelnye_moduli_dlja_izuchenija_mikroskhem/5-1-0-1352
8. http://radioskot.ru/publ/nachinajushhim/deshifrator_semisegmentnogo_indikatora/5-1-0-1373

Архив с файлами и документацией тут. Специально для Радиосхемы.ру — Denev.

   Форум

   Форум по обсуждению материала МУЛЬТИПЛЕКСОР: СХЕМА И РАБОТА

Схемы и приложения мультиплексора и демультиплексора

В этом руководстве мы кратко рассмотрим две важные схемы комбинационной логики, называемые мультиплексором и демультиплексором. Мультиплексор — это схема, которая принимает много входов, но дает только один выход. Демультиплексор работает точно так же, как мультиплексор, то есть демультиплексор принимает только один вход и выдает много выходов. Обычно мультиплексор и демультиплексор используются вместе во многих системах связи.

Мультиплексор

Мультиплексор означает «много в одном». Мультиплексор — это схема, используемая для выбора и направления любого из нескольких входных сигналов на один выход. Простым примером неэлектронной схемы мультиплексора является однополюсный многопозиционный переключатель.

Многопозиционные переключатели широко используются во многих электронных схемах. Однако схемы, работающие на высокой скорости, требуют автоматического выбора мультиплексора. Механический переключатель не может эффективно выполнять эту задачу.Поэтому мультиплексор, используемый для выполнения высокоскоростной коммутации, состоит из электронных компонентов.

Мультиплексоры могут обрабатывать два типа данных: аналоговые и цифровые. Для аналогового применения мультиплексоры построены с использованием реле и транзисторных ключей. Для цифровых приложений они построены из стандартных логических вентилей.

Мультиплексор, используемый для цифровых приложений, также называемый цифровым мультиплексором, представляет собой схему с множеством входов, но только с одним выходом. Применяя управляющие сигналы (также известные как сигналы выбора), мы можем направлять любой вход на выход.Некоторые из распространенных типов мультиплексоров — это мультиплексоры 2-к-1, 4-к-1, 8-к-1, 16-к-1.

На следующем рисунке показана общая идея мультиплексора с n входными сигналами, m сигналами управления и одним выходным сигналом.

Общие сведения о мультиплексоре 4-к-1

Мультиплексор 4-к-1 имеет 4 входных бита, 2 бита управления или выбора и 1 выходной бит. Четыре входных бита — это D0, D1, D2 и D3. Только один из них передается на выход Y. Выход зависит от значений A и B, которые являются управляющими входами.Управляющий вход определяет, какой бит входных данных передается на выход.

Например, как показано на рисунке, когда A B = 0 0, верхний вентиль И включен, в то время как все остальные вентили И отключены. Следовательно, на выход передается бит данных D0, что дает Y = Do.

Если управляющий вход изменяется на A B = 1 1, все вентили блокируются, кроме нижнего логического элемента И. В этом случае на выход передается D3 и Y = D3.

• Примером мультиплексора 4-к-1 является IC 74153, в котором выход совпадает с входом.
• Другим примером мультиплексора 4-к-1 является 45352, в котором выход является дополнением к входу.
• Примером мультиплексора 16-к-1 является IC 74150.

Применения мультиплексора

Мультиплексор используется в различных областях, где необходимо передать несколько данных с использованием одной линии. Ниже приведены некоторые из применений мультиплексоров —

1. Система связи — Система связи представляет собой набор систем, обеспечивающих связь, например систему передачи, ретрансляционную и вспомогательную станцию, а также сеть связи.Эффективность системы связи можно значительно повысить с помощью мультиплексора. Мультиплексор позволяет передавать различные типы данных, такие как аудио и видео, одновременно с использованием одной линии передачи.
2. Телефонная сеть — В телефонной сети несколько аудиосигналов объединяются в одну линию для передачи с помощью мультиплексоров. Таким образом, несколько аудиосигналов могут быть изолированы, и, в конечном итоге, желаемые аудиосигналы достигают намеченных получателей.
3. Компьютерная память — Мультиплексоры используются для внедрения огромного объема памяти в компьютер, в то же время сокращая количество медных линий, необходимых для подключения памяти к другим частям компьютерной схемы.
4. Передача из компьютерной системы спутника — Мультиплексор может использоваться для передачи сигналов данных из компьютерной системы спутника или космического корабля в наземную систему с использованием спутников GPS (Global Positioning System).

Это всего лишь введение в концепцию мультиплексора. Чтобы узнать больше о мультиплексорах, прочтите это руководство по мультиплексору (MUX) и мультиплексированию.

Демультиплексор

Демультиплексор означает «один ко многим». Демультиплексор — это схема с одним входом и множеством выходов. Подавая управляющий сигнал, мы можем направить любой вход на выход. Несколько типов демультиплексора — это демультиплексоры 1-2, 1-4, 1-8 и 1-16.

На следующем рисунке показана общая идея демультиплексора с 1 входным сигналом, m сигналами управления и n выходными сигналами.

Общие сведения о демультиплексоре 1 в 4

Демультиплексор 1 в 4 имеет 1 входной бит, 2 бита управления или выбора и 4 выходных бита. Примером демультиплексора с 1 на 4 является IC 74155. Демультиплексор с 1 на 4 показан на рисунке ниже:

Входной бит помечен как Data D. Этот бит данных передается на выбранные выходные линии, который зависит от значений A и B, элемента управления или Select Inputs.

Когда A B = 0 1, второй логический элемент И сверху включен, в то время как другие логические элементы И отключены.Следовательно, бит данных D передается на выход Y1, давая Y1 = Data.

Если D — НИЗКИЙ, Y1 — НИЗКИЙ. Если D ВЫСОКИЙ, Y1 ВЫСОКИЙ. Значение Y1 зависит от значения D. Все остальные выходы находятся в низком состоянии.

Если управляющий вход изменяется на A B = 1 0, все вентили блокируются, кроме третьего логического элемента И сверху. Тогда D передается только на выход Y2, а Y2 = Data.

Примером демультиплексора с 1 по 16 является IC 74154. Он имеет 1 входной бит, 4 бита управления / выбора и 16 выходных бит.

Приложения демультиплексора

1. Демультиплексор используется для подключения одного источника к нескольким адресатам. Основная область применения демультиплексора — это система связи, в которой используются мультиплексоры. Большинство систем связи являются двунаправленными, т. Е. Функционируют в обоих направлениях (передача и прием сигналов). Следовательно, для большинства приложений мультиплексор и демультиплексор работают синхронно. Демультиплексор также используется для восстановления параллельных данных и схем ALU.
2. Система связи — Система связи использует мультиплексор для передачи нескольких данных, таких как аудио, видео и другие формы данных, с использованием одной линии для передачи. Этот процесс упрощает передачу. Демультиплексор принимает выходные сигналы мультиплексора и преобразует их обратно в исходную форму данных на принимающей стороне. Мультиплексор и демультиплексор работают вместе, чтобы выполнять процесс передачи и приема данных в системе связи.
3. ALU (Арифметический логический блок) — В схеме ALU выход ALU может храниться в нескольких регистрах или блоках памяти с помощью демультиплексора. Выход ALU подается как вход данных в демультиплексор. Каждый выход демультиплексора подключен к нескольким регистрам, которые могут храниться в регистрах.
4. Последовательно-параллельный преобразователь — Последовательно-параллельный преобразователь используется для восстановления параллельных данных из входящего последовательного потока данных.В этом методе последовательные данные из входящего потока последовательных данных подаются в качестве входных данных в демультиплексор через равные промежутки времени. К управляющему входу демультиплексора подключен счетчик. Этот счетчик направляет сигнал данных на выход демультиплексора, где эти сигналы данных хранятся. Когда все сигналы данных сохранены, выходной сигнал демультиплексора может быть извлечен и считан параллельно.

Это всего лишь введение в концепцию демультиплексора.Чтобы узнать больше о демультиплексорах, прочтите это руководство «Что такое демультиплексор (DEMUX)».

Заключение

Вводное руководство по мультиплексору и демультиплексору. Изучите основы мультиплексора, поймите базовый мультиплексор 4-к-1, приложения мультиплексора, демультиплексора, базовый демультиплексор 1-к-4, приложения демультиплексора.

Получение данных с помощью мультиплексора

В наших предыдущих сообщениях в блоге мы рассмотрели несколько схем логических вентилей, используемых внутри ЦП для выполнения двоичных сложений (полусумматоры и полные сумматоры) и для сохранения небольшого количества информации с помощью схемы триггера D-типа (ячейка данных) .

Изучая язык ассемблера (используя симулятор LMC), мы также исследовали, как ЦП использует цикл FDE для выборки инструкции, ее декодирования и выполнения.

Цель этого сообщения в блоге — исследовать, как процессор может извлекать данные (данные или инструкции) из памяти, поскольку это важная часть цикла FDE .

Мультиплексор?

Мультиплексор — это схема логических вентилей, используемая для извлечения бита данных из памяти по заданному адресу памяти.Процессор имеет несколько мультиплексоров (MUX), управляющих шинами данных и адресами . Мультиплексоры — это переключатели, позволяющие процессору выбирать данные из нескольких источников данных. Чтобы выбрать, какой источник данных следует использовать, мультиплексор имеет одну или несколько линий управления (также называемых селекторами). Выход мультиплексора — это выбранные данные.

Давайте исследуем базовый мультиплексор, используемый для выбора данных из двух ячеек данных. Всего с двумя ячейками данных (A и B) вам понадобится всего 1 бит для кодирования их адреса:

• Адрес 0 = Вход A
• Адрес 1 = Вход B

Мультиплексор — 2 входа

Таблица истинности этого мультиплексора с 2 входами:

Мультиплексор 2 входа — таблица истинности

Объединив два из этих мультиплексоров вместе, мы можем выбирать между 4 входами , A, B, C и D.

Мультиплексор — 4 входа

В этом мультиплексоре у нас есть два селектора: S ₁ , S ₂ для получения следующих выходов из 4 адресов памяти : 00,10,01 и 11:

Мультиплексор 4 входа — таблица истинности

Вот как ведет себя наш мультиплексор с 4 входами:

Мультиплексор 4 входа

Комбинируя больше этих мультиплексоров вместе, мы можем извлекать данные из 4-битных ячеек памяти или 8-битных ячеек памяти и так далее.

Обратите внимание:

• С 1 мультиплексором (2 входа, 1 селектор) мы можем извлекать данные из 2 ячеек памяти.
• С 2 мультиплексорами (4 входа, 2 селектора) мы можем извлекать данные из 4 ячеек памяти.
• С 3 мультиплексорами (8 входов, 3 селектора) мы можем извлекать данные из 8 ячеек памяти.
• С 4 мультиплексорами (16 входов, 4 селектора) мы можем извлекать данные из 16 ячеек памяти.
• С помощью N мультиплексоров (2 ^N входов, N селекторов) мы можем получить данные из 2 ^N ячеек памяти.

Из бит в байты

Ранее (см. Сообщение в блоге) мы видели, что ячейка данных состоит из схемы логических вентилей триггера D-типа и содержит один бит данных.

В ЦП регистры , кэш-память уровня 1 и в ОЗУ блоки памяти используют такие ячейки данных.
Выстраивая параллельно 8 ячеек данных, мы можем сохранить 1 байт (8 бит) данных.

Чтобы получить содержимое 8-битного блока памяти, мы можем подключить 8 мультиплексоров параллельно .

Адресная шина и шина данных

«Провода» между мультиплексорами и ячейками данных называются шинами . В 8-битном процессоре каждая шина состоит из 8 параллельных проводов.

Шины, соединяющие входы (например, A, B, C, D на диаграмме выше), называются шинами данных , поскольку они несут фактические данные, которые необходимо извлечь.

Шины, соединяющие селекторы (например, S ₁ и S ₂ ), называются адресными шинами , поскольку они несут адрес, откуда должны быть получены данные.Чем больше проводов в адресной шине, тем больше ячеек памяти может быть достигнуто (2 ^N ), поэтому:

• Для адресной шины из 8 проводов можно достичь 256 ячеек памяти,
• с 16 проводами (2-байтовые адреса) можно охватить более 64000 ячеек памяти,
• с 32 проводами (4-байтовые адреса) вы можете получить доступ к более чем 4 000 000 000 ячеек памяти. (например, 4 ГБ ОЗУ)

Данные или инструкции?

В цикле FDE ЦП должен получить инструкции (строки машинного кода для выполнения), а также данные (например,грамм. oerands). В архитектуре процессора фон Неймана и инструкции, и данные хранятся в одних и тех же местах с использованием одного и того же формата. Следовательно, одни и те же мультиплексоры могут использоваться для выборки данных или инструкций.

Селекторы и мультиплексоры данных

• Изучив этот раздел, вы должны уметь:
• Распознавать использование схем выбора данных и мультиплексора.
• Понимать работу схем выбора данных и мультиплексора.
• • Схемы выбора основных данных (мультиплексор).
• • Мультиплексирование
• • Демультиплексирование
• Понять работу многобитовых мультиплексоров.
• • Адрес
• Таблицы данных микросхем мультиплексора доступа.
• Смоделировать работу схемы с помощью программного обеспечения.

Рис 4.2.1 Механические селекторные переключатели

Простым способом соединения нескольких источников информации в аналоговых электронных системах является использование механических переключателей, таких как те, что показаны на рис. 4.2.1. В примере (a) однополюсный двухпозиционный переключатель используется для выбора входа A или входа B для подключения к выходу X. Пример (b) показывает поворотный селекторный переключатель, который может мультиплексировать любой из восьми входов в один выход.

В цифровой электронике выбор нескольких источников данных может выполняться комбинационными логическими схемами.Логические сигналы, подаваемые на один или несколько входов выбора данных, инициируют выбор данных, которые могут быть устойчивыми логическими уровнями или целыми потоками цифровой информации. Переключение цифровых сигналов таким образом происходит намного быстрее и надежнее, чем при использовании механических переключающих контактов. Таким образом, селекторы и мультиплексоры цифровых данных являются жизненно важной частью многих цифровых систем. Имена «селектор данных» и «мультиплексор» обычно меняются местами, при этом мультиплексоры называют селекторами данных, и наоборот. Если есть какая-либо разница, схему, выбирающую между двумя входами, можно назвать селектором данных, а более сложные схемы, объединяющие несколько входов в один выход, используя различные методы и существующие как в цифровой, так и в аналоговой формах, будут называться мультиплексорами.

Схемы выбора базовых данных (мультиплексор)

Рис. 4.2.2 Селектор данных

Простой селектор данных, состоящий из одного логического элемента XOR, использовался в схеме 8-битного сумматора / вычитателя, показанной на рис. 4.1.5 и 4.1.6 в модуле 4.1, чтобы изменить функцию схемы с сложения на вычитание, но это требовалось только для выбора данных B или их обратных B. Схема, показанная на рис. 4.2.2, однако может выбрать любой из два полностью независимых входа данных.

Операция, показанная на рис.4.2.2 довольно прост и полагается на «включение» любого из двух вентилей NAND (1 и 2), но не обоих.

Из таблицы истинности для логического элемента И-НЕ, показанной в таблице 4.2.1, можно увидеть, что если на одном из входов (например, вход A) сохраняется логическая 1, то выход будет инверсным по отношению к другому входу. Говорят, что ворота открыты. Если, однако, на входе A сохраняется логический 0, то на выходе всегда будет логическая 1, независимо от состояния второго входа. Таким образом, вентиль отключен, и вход не может достичь выхода, даже в инвертированной форме.Строб 3 на рис. 4.2.2 просто объединяет входы от двух других затворов. Таблица 4.2.2 иллюстрирует работу Рис. 4.2.2.

Мультиплексирование

Управляющий вход (C) схемы на рис. 4.2.2 подается непосредственно на вентиль 1, но инвертируется на вентиль 2. Это гарантирует, что независимо от логического состояния C один вентиль включен, а другой отключен.

Следовательно, когда C = 1, элемент И-НЕ 1 будет включен, и его выход будет инверсным входу данных (ieA), и поскольку C (в данном случае логический 0) применяется к управляющему входу элемента 2, его выход будет быть логикой 1.

Применение логического 0 ко входу C приведет к отключению логического элемента 1, что делает его выходную логику 1, а логический элемент 2 будет включен, что приведет к его выходу B.

Таким образом, вентиль 3 всегда будет иметь один из своих входов, удерживаемых на уровне логической 1, потому что либо вентиль 1, либо вентиль 2 отключены, в то время как другой вход в вентиль 3 будет либо A, либо B. Выход вентиля 3 будет инверсным этому входу. , поэтому результат на выходе X будет либо A, либо B в зависимости от состояния линии управления, как видно из таблицы 4.2.2.

Обратите внимание, что эта компоновка из трех вентилей И-НЕ (или четырех, если дополнительный вентиль И-НЕ используется вместо инвертора) работает точно так же, как если инвертор (НЕ вентиль) выбирает любой из двух вентилей И, выходы которых объединяются оператором ИЛИ. вентиль (теорема Де Моргана), но использует только одну интегральную схему с четырьмя входами с 2 входами вместо трех, требуемых решением НЕ / И / ИЛИ.

Рис. 4.2.3 Простой демультиплексор

Демультиплексирование

После объединения или мультиплексирования двух источников данных в одну строку вывода, как правило, в какой-то момент потребуется еще раз разделить или демультиплексировать объединенные данные в отдельные выходные данные.Для этого для схемы на рис. 4.2.2 потребуется схема, подобная показанной на рис. 4.2.3.

Для подключения данных к этому простому демультиплексору требуются два соединения от схемы выбора данных, одно для соединения данных с выхода X схемы выбора данных на рис. 4.2.2 с объединенным входом A / B на рис. 4.2.3 и другое соединение от C на рис. 4.2.2 до C на рис. 4.2.3 для совместного использования управляющего сигнала.

Необходимость использовать две соединительные линии для подключения мультиплексора к демультиплексору для передачи двух сигналов, по-видимому, не оправдывает использование этих двух дополнительных схем, однако принцип мультиплексирования, продемонстрированный на рис.4.2.2 и 4.2.3 могут быть расширены для мультиплексирования большего количества входных данных, и чем больше линий мультиплексируется таким образом, тем эффективнее становится система. Кроме того, существуют дополнительные способы использования этих методов, помимо передачи данных из одного места в другое, как описано в Модуле цифровой электроники 4.4 (Кодеры и декодеры).

Рис. 4.2.4 Мультиплексор 4 в 1

Многобитовые мультиплексоры

Мультиплексоры имеют много применений.Везде, где необходимо передать несколько сигналов или логических состояний по одному каналу связи, например по проводу, радиоканалу или телефону, используется некоторая форма мультиплексирования. Иногда мультиплексирование и демультиплексирование могут быть очень сложными, гораздо более сложными, чем схема на рисунках 4.2.2 и 4.2.3. В некоторых системах данные передаются на очень большие расстояния, в других, например при передаче данных внутри компьютеров, расстояния могут быть очень короткими. На рис. 4.2.4 показан мультиплексор от 4 до 1, который позволяет передавать 4-битное двоичное число по 3 строкам, одна для данных и две для управления.

Адрес

Более крупные мультиплексоры, такие как 4, 8 или 16-битные типы, которые легко доступны в форме IC, используют метод «адресации» конкретного элемента данных с использованием двоичного кода. На рис. 4.2.4 показан мультиплексор 4 к 1, в котором для вывода данных с определенного входа один из четырех вентилей NAND с 3 входами должен быть включен логической 1 на двух его входах, а третий вход должен быть для данных. . Для этого используются две адресные строки, дающие четыре возможных комбинации 1 и 0.Внимательно посмотрите на адресные строки. Когда оба имеют логический 0, два инвертора (НЕ вентили) вырабатывают логические единицы на двух входах логического элемента И-НЕ 00. Ни один из других вентилей И-НЕ, адресованных этими линиями, не имеет обоих своих адресных входов на логической 1. Если младший значащий бит (lsb) адреса равен 1, а старший бит (msb) равен 0, тогда включен логический элемент И-НЕ 01. Поскольку две адресные строки могут дать четыре возможных двоичных комбинации, вы должны обнаружить, что, считая сверху, вентиль 00 активируется адресными входами 00 ₂ , вентиль 01 по адресу 01 ₂ , вентиль 10 по 10 ₂ и выход 11 на 11 ₂ .

Таблицы данных ИС мультиплексора

Существует множество коммерчески доступных ИС мультиплексоров с множеством дополнительных функций. Ниже приведен список таблиц данных для некоторых базовых мультиплексоров, аналогичных описанным в этой статье.

Добро пожаловать в Real Digital

1. Цифровая логика
2. Тема: Мультиплексоры

Базовые комбинационные схемные блоки

5677

Мультиплексоры

Селекторы данных, более часто называемые мультиплексорами (или просто мультиплексорами), работают, соединяя один из своих входных сигналов с их выходным сигналом в соответствии с их входными сигналами выбора или управления.Nlog2N выбирает входы и единственный выход. В процессе работы выбранные входы определяют, какой вход данных управляет выходом, и любое напряжение, появляющееся на выбранном входе, подается на выход. Все невыбранные входные данные игнорируются. Например, если выбранные входы мультиплексора 4: 1 равны «1» и «0», то на выходе Y будет подаваться то же напряжение, что и на входе I2.

Общие размеры мультиплексора: 2: 1 (1 выбор входа), 4: 1 (2 входа выбора) и 8: 1 (3 входа выбора). Таблица истинности на рис.1 ниже определяет поведение мультиплексора 4: 1. Обратите внимание на использование введенных переменных в таблице истинности, если введенные переменные не использовались, для таблицы истинности потребовалось бы шесть столбцов и 26 или 64 строки. Обычно, когда таблицы истинности введенных переменных используются для определения схемы, управляющие входы отображаются как переменные заголовка столбца, а входные данные используются как введенные переменные.

Рис. 1. Таблица истинности, логический график и блок-схема мультиплексора 4-к-1

Таблица истинности может быть легко изменена для мультиплексоров, которые обрабатывают различное количество входов, путем добавления или удаления управляющих входных столбцов.Схема минимального мультиплексирования может быть спроектирована путем передачи информации из таблицы истинности в K-карту или путем простого просмотра таблицы истинности и непосредственного написания уравнения СОП. Минимальное уравнение для мультиплексора 4: 1 выглядит следующим образом (рекомендуется убедиться, что это минимальное уравнение):

Y = S1‾⋅S0‾⋅I0 + S1‾⋅S0⋅I1 + S1⋅S0‾⋅I2 + S1⋅S0⋅I3Y = \ overline {S1} \ cdot \ overline {S0} \ cdot I0 + \ overline { S1} \ cdot S0 \ cdot I1 + S1 \ cdot \ overline {S0} \ cdot I2 + S1 \ cdot S0 \ cdot I3Y = S1⋅S0⋅I0 + S1⋅S0⋅I1 + S1⋅S0⋅I2 + S1⋅S0 ⋅I3

Мультиплексор с N входами — это простая схема SOP, построенная из N логических элементов И, каждый из которых имеет входы log2N + 1log2 ^ N + 1log2N + 1 и один выход ИЛИ.Nlog2N выбирает входы с входом данных, так что только один выход логического элемента И утверждается в любой момент, а выходной каскад ИЛИ просто объединяет выходы вентилей И (вы завершите набросок схемы мультиплексирования в упражнениях). В качестве примера, чтобы выбрать вход I2 в мультиплексоре с 4 входами, две строки выбора устанавливаются на S1 = 1 и S0 = 0, а на этапе И на входе будет использоваться три входных элемента И, объединяющих S1, а не (S0), и I2.

Цепи

Mux часто используют разрешающий вход в дополнение к другим входам.Разрешающий вход функционирует как своего рода глобальный переключатель включения / выключения, переводя выходной сигнал в состояние логического «0», когда он отменен, и разрешая нормальную работу мультиплексора, когда он активирован. На рисунке 2 ниже показана блок-схема мультиплексора с включением.

Рис. 2. Блок-схема мультиплексора с включением

Мультиплексоры большего размера могут быть легко сконструированы из мультиплексоров меньшего размера. Например, мультиплексор 8: 1 может быть создан из двух мультиплексоров 4: 1 и одного мультиплексора 2: 1, если выходы мультиплексоров 4: 1 управляют входами данных мультиплексора 2: 1, а наиболее значимый вход выбора управляет входом выбора мультиплексора 2: 1.

Мультиплексоры

чаще всего используются в цифровых схемах для передачи элементов данных из массива памяти в схемы обработки данных в компьютерной системе. Адрес памяти представлен в строках выбора мультиплексора, а содержимое адресуемой ячейки памяти представлено на входах данных мультиплексора (это применение мультиплексоров будет представлено в более поздних проектах, связанных с системами памяти). Поскольку большинство элементов данных в компьютерных системах представляют собой байты или слова, состоящие из 8, 16 или 32 бит, мультиплексоры, используемые в компьютерных схемах, должны переключать 8, 16, 32 или более сигналов одновременно.Мультиплексоры, которые могут переключать множество сигналов одновременно, называются мультиплексорами шины. Блок-схема и схема мультиплексора шины, который может выбирать один из четырех 8-битных элементов данных, показаны на рисунке 3 ниже.

Рисунок 3. Bus Mux

Поскольку это наиболее распространенное применение мультиплексоров выходит за рамки нашего текущего представления, мы рассмотрим менее распространенное, несколько надуманное приложение. Рассмотрим представление K-карты данной логической функции, где каждая ячейка K-карты содержит «0», «1» или введенное выражение переменной.Каждая уникальная комбинация переменных индекса K-карты выбирает конкретную ячейку K-карты (например, ячейка 6 из 8-ячеечной K-карты выбирается, когда A = 1, B = 1, C = 0). Теперь рассмотрим мультиплексор, где каждая уникальная комбинация выбранных входов выбирает конкретный вход данных для передачи на выход (например, I6 из 8 входных мультиплексоров может быть выбран, установив входы выбора в A = 1, B = 1, C = 0). Отсюда следует, что если входные сигналы в данной логической функции подключены к входам выбора мультиплексора, и те же самые входные сигналы используются в качестве переменных индекса K-карты, то каждая ячейка в K-карте соответствует конкретным данным мультиплексора. Вход.Это предполагает, что мультиплексор можно использовать для реализации логической функции, подключив ячейку K-map, соединяющуюся со строками данных мультиплексора, и подключив переменные индекса K-map к выбранным строкам мультиплексора. Входы мультиплексированных данных подключаются к: «0» (или заземлению), когда соответствующая ячейка K-карты содержит «0»; «1» (или Vdd), когда соответствующая ячейка K-карты содержит «1»; и если ячейка K-map содержит введенное выражение переменной, то схема, реализующая это выражение, подключается к соответствующему входу данных мультиплексора.Обратите внимание, что когда мультиплексор используется для реализации логической схемы непосредственно из таблицы истинности или K-карты, минимизация логики не выполняется. Это экономит время разработки, но обычно создает менее эффективную схему (однако логический синтезатор устранит неэффективность до того, как такая схема будет реализована в программируемом устройстве).

Важные идеи

• Селекторы данных, чаще называемые мультиплексорами (или просто мультиплексорами), работают путем подключения одного из своих входных сигналов к их выходному сигналу в соответствии с их входными сигналами выбора или управления.
• Обычные размеры мультиплексора: 2: 1 (1 выбор входа), 4: 1 (2 входа выбора) и 8: 1 (3 входа выбора).
Мультиплексоры
• чаще всего используются в цифровых схемах для передачи элементов данных из массива памяти в схемы обработки данных в компьютерной системе. Адрес памяти представлен в строках выбора мультиплексора, а содержимое адресуемой ячейки памяти представлено на входах данных мультиплексора.
• Мультиплексоры, которые могут переключать множество сигналов одновременно, называются мультиплексорами шины.

Типы, различия и их применение

В крупномасштабных цифровых системах требуется одна линия для передачи двух или более цифровых сигналов — и, конечно же! за один раз можно разместить один сигнал в одной строке.Но то, что требуется, — это устройство, которое позволит нам выбирать; и сигнал, который мы хотим разместить на общей линии, такая схема называется мультиплексором. Функция мультиплексора состоит в том, чтобы выбрать вход из любых «n» входных линий и подать его на одну выходную линию. Функция демультиплексора — инвертировать функцию мультиплексора. Краткие формы мультиплексора и демультиплексора — мультиплексор и демультиплексор. Некоторые мультиплексоры выполняют операции как мультиплексирования, так и демультиплексирования.Основная функция мультиплексора состоит в том, что он объединяет входные сигналы, обеспечивает сжатие данных и совместно использует один канал передачи. В этой статье дается обзор мультиплексора и демультиплексора.

Что такое мультиплексор и демультиплексор?

Внутрисетевая передача, мультиплексор и демультиплексор являются комбинационными схемами. Мультиплексор выбирает вход из нескольких входов, после чего он передается в виде одной строки. Альтернативное название мультиплексора — MUX или селектор данных.Демультиплексор использует один входной сигнал и генерирует множество. Так что он известен как Demux или распространитель данных.

Мультиплексор и демультиплексор

Что такое мультиплексор?

Мультиплексор — это устройство с несколькими входами и одной линией выхода. Строки выбора определяют, какой вход подключен к выходу, а также увеличивают объем данных, которые могут быть отправлены по сети в течение определенного времени. Его также называют селектором данных.

Однополюсный многопозиционный переключатель — это простой пример неэлектронной схемы мультиплексора, который широко используется во многих электронных схемах.Мультиплексор используется для высокоскоростной коммутации и состоит из электронных компонентов.

Мультиплексор

Мультиплексоры могут работать как с аналоговыми, так и с цифровыми приложениями. В аналоговых приложениях мультиплексоры состоят из реле и транзисторных ключей, тогда как в цифровых приложениях мультиплексоры построены из стандартных логических вентилей. Когда мультиплексор используется для цифровых приложений, он называется цифровым мультиплексором.

Типы мультиплексоров

Мультиплексоры подразделяются на четыре типа:

• Мультиплексор 2-1 (1 линия выбора)
• Мультиплексор 4-1 (2 линии выбора)
• 8-1 мультиплексор (3 линии выбора)
• 16-1 мультиплексор (4 линии выбора)

Мультиплексор 4-к-1

Мультиплексор 4X1 содержит 4 входных бита, 1 выходной бит и 2 управляющих бита.Четыре входных бита — это 0, D1, D2 и D3 соответственно; только один из входных битов передается на выход. O / p ‘q’ зависит от значения управляющего входа AB. Управляющий бит AB определяет, какой бит данных i / p должен передавать выходной сигнал. На следующем рисунке показана принципиальная схема мультиплексора 4X1 с использованием логических элементов И. Например, когда управляющие биты AB = 00, тогда разрешены более высокие логические элементы AND, в то время как оставшиеся логические элементы AND ограничены. Таким образом, входные данные D0 передаются на выход «q»

4X1 Mux

. Если управляющий вход изменяется на 11, то все вентили, кроме нижнего логического элемента И, ограничиваются.В этом случае на выход передается D3, а q = D0. Если управляющий вход изменен на AB = 11, все вентили отключены, кроме нижнего логического элемента И. В этом случае на выход передается D3, а q = D3. Лучшим примером мультиплексора 4X1 является IC 74153. В этой IC o / p такое же, как и для i / p. Другой пример мультиплексора 4X1 — IC 45352. В этой IC o / p является дополнением к i / p

.

Мультиплексор 8-к-1

Мультиплексор 8-к-1 состоит из 8 входных линий, одной выходной линии и 3 линий выбора.

Mux 8 к 1

Схема мультиплексора 8-1

Для комбинации входа выбора линия данных соединяется с линией выхода. Схема, показанная ниже, представляет собой мультиплексор 8 * 1. Мультиплексор 8-к-1 требует 8 вентилей И, одного логического элемента ИЛИ и 3 линий выбора. В качестве входа комбинация входов выбора передается на логический элемент И с соответствующими строками входных данных.

Подобным образом всем логическим элементам AND дана связь. В этом мультиплексоре 8 * 1 для любого входа строки выбора один вентиль И дает значение 1, а остальные все вентили И дают 0.И, наконец, с помощью логических элементов ИЛИ складываются все элементы И; и это будет равно выбранному значению.

Схема мультиплексирования 8 к 1

Преимущества и недостатки мультиплексора

Преимущества мультиплексора мультиплексора заключаются в следующем.

• В мультиплексоре можно уменьшить количество проводов
• Уменьшает стоимость, а также усложняет схему.
• Реализация ряда комбинационных схем возможна при использовании мультиплексора
• Mux не требует K-карт и упрощения
• Мультиплексор может сделать схему передачи менее сложной и экономичной
• Рассеивание тепла меньше из-за аналогового коммутируемого тока, который колеблется от 10 мА до 20 мА.
• Возможности мультиплексора могут быть расширены для переключения аудиосигналов, видеосигналов и т. Д.
• Надежность цифровой системы можно повысить с помощью мультиплексора, так как он уменьшает количество внешних проводных соединений.
• MUX используется для реализации нескольких комбинационных схем
• Логическая схема может быть упрощена с помощью MUX

К недостаткам мультиплексора можно отнести следующее.

• Дополнительные задержки, необходимые для портов переключения и сигналов ввода / вывода, которые распространяются по мультиплексору.
• Порты, которые можно использовать одновременно, имеют ограничения
• Коммутацию портов можно обработать добавлением сложности прошивки
• Управление мультиплексором может осуществляться с помощью дополнительных портов ввода / вывода.

Применение мультиплексоров

Мультиплексоры

используются в различных приложениях, в которых необходимо передавать несколько данных по одной линии.

Система связи

Система связи имеет как сеть связи, так и систему передачи.Используя мультиплексор, можно повысить эффективность системы связи, разрешив передачу данных, таких как аудио- и видеоданные, из разных каналов по одиночным линиям или кабелям.

Компьютерная память

Мультиплексоры

используются в памяти компьютера для поддержания огромного объема памяти в компьютерах, а также для уменьшения количества медных линий, необходимых для подключения памяти к другим частям компьютера.

Телефонная сеть

В телефонных сетях несколько аудиосигналов объединяются в одну линию передачи с помощью мультиплексора.

Передача с компьютерной системы спутника

Мультиплексор используется для передачи сигналов данных от компьютерной системы космического корабля или спутника в наземную систему с использованием спутника GSM.

Что такое демультиплексор?

Демультиплексор — это также устройство с одной входной и несколькими выходными линиями. Он используется для отправки сигнала на одно из многих устройств. Основное различие между мультиплексором и демультиплексором заключается в том, что мультиплексор принимает два или более сигналов и кодирует их по проводам, тогда как демультиплексор делает обратное тому, что делает мультиплексор.

Демультиплексор

Типы демультиплексора

Демультиплексоры подразделяются на четыре типа

• 1-2 демультиплексор (1 линия выбора)
• Демультиплексор 1-4 (2 линии выбора)
• Демультиплексор 1-8 (3 линии выбора)
• Демультиплексор 1-16 (4 линии выбора)

Демультиплексор 1-4

Демультиплексор с 1 на 4 содержит 1 входной бит, 4 выходных бита и управляющие биты. Принципиальная схема демультиплексора 1X4 показана ниже.

1X4 Demux

Бит i / p считается данными D. Этот бит данных передается в бит данных линий o / p, который зависит от значения AB и управляющего i / p.

Когда управляющий i / p AB = 01, верхний второй вентиль AND разрешен, а остальные вентили AND ограничены. Таким образом, на выход передается только бит данных D, а Y1 = Data.

Если бит данных D низкий, выход Y1 низкий. Если бит данных D высокий, выход Y1 высокий. Значение выхода Y1 зависит от значения бита данных D, остальные выходы находятся в низком состоянии.

Если управляющий вход изменится на AB = 10, то все ворота будут ограничены, кроме третьего логического элемента И сверху. Затем бит данных D передается только на выход Y2; и Y2 = Данные. . Лучшим примером демультиплексора 1X4 является IC 74155.

Демультиплексор 1-8

Демультиплексор также называется распределителем данных, поскольку для него требуется один вход, 3 выбранных линии и 8 выходов. Демультиплексор принимает одну единственную строку входных данных и затем переключает ее на любую из линий вывода.Принципиальная схема демультиплексора от 1 до 8 показана ниже; он использует 8 вентилей И для выполнения операции.

1-8 Цепь демультиплексора

Входной бит считается данными D и передается на выходные линии. Это зависит от значения управляющего входа АВ. Когда AB = 01, верхний второй вентиль F1 включен, в то время как остальные вентили И отключены, и бит данных передается на выход, давая F1 = данные. Если D низкий, F1 низкий, а если D высокий, F1 высокий. Таким образом, значение F1 зависит от значения D, а остальные выходы находятся в низком состоянии.

Преимущества и недостатки демультиплексора

К преимуществам демультиплексора r относится следующее.

• Демультиплексор или демультиплексор используется для разделения взаимных сигналов обратно на отдельные потоки.
• Функция Demux прямо противоположна MUX.
• Для передачи аудио- или видеосигналов требуется комбинация мультиплексирования и демультиплексирования.
• Demux используется в качестве декодера в системах безопасности банковских секторов.
• Эффективность системы связи можно повысить за счет комбинации Mux & Demux.

К недостаткам демультиплексора можно отнести следующее.

• Может произойти потеря пропускной способности
• Из-за синхронизации сигналов могут иметь место задержки

Применение демультиплексора

Демультиплексоры используются для подключения одного источника к нескольким адресатам. Эти приложения включают следующее:

Система связи

Mux и Demux используются в системах связи для выполнения процесса передачи данных.Демультиплексор принимает выходные сигналы от мультиплексора и на стороне приемника преобразует их обратно в исходную форму.

Устройство арифметической логики

Выход ALU подается как вход на демультиплексор, а выход демультиплексора подключен к нескольким регистрам. Выходные данные ALU могут храниться в нескольких регистрах.

Последовательно-параллельный преобразователь

Этот преобразователь используется для восстановления параллельных данных.В этом методе последовательные данные подаются на вход демультиплексора с регулярным интервалом, а счетчик подключается к демультиплексору на входе управления для обнаружения сигнала данных на выходе демультиплексора. Когда все сигналы данных сохранены, выход демультиплексора может считываться параллельно.

Разница между мультиплексором и демультиплексором

Основное различие между мультиплексором и демультиплексором обсуждается ниже.

не используются дополнительные ворота.

Мультиплексор	Демультиплексор
Мультиплексор (Mux) — это комбинационная схема, которая использует несколько входов данных для генерации одного выхода.	Демультиплексор (Demux) также является комбинационной схемой, которая использует один вход, который может быть направлен на несколько выходов.
Мультиплексор включает несколько входов и один выход	Демультиплексор с одним входом и несколькими выходами
Мультиплексор — это селектор данных	Демультиплексор — распределитель данных
Это цифровой переключатель	Это цифровая схема
Работает по принципу многие к одному	Работает по принципу «один ко многим»
В мультиплексоре используется параллельное преобразование в последовательное.	Последовательное преобразование в параллельное используется в демультиплексоре
Мультиплексор, используемый в TDM (мультиплексирование с временным разделением на конце передатчика	Демультиплексор, используемый в TDM (мультиплексирование с временным разделением на конце приемника
Мультиплексор называется MUX	Демультиплексор называется Demux
При проектировании	В этом случае необходимы дополнительные вентили при проектировании демультиплексора
В мультиплексоре управляющие сигналы используются для выбора конкретного входа, который должен быть отправлен на выходе.	Демультиплексор использует управляющий сигнал, чтобы мы могли включить несколько выходов.
Мультиплексор используется для повышения эффективности системы связи с использованием передаваемых данных, таких как передача звука и видео.	Демультиплексор получает сигналы o / p от мультиплексора и меняет их на уникальную форму на конце приемника.
Мультиплексоры различных типов: 8-1 MUX, 16-1 MUX и 32-1 MUX.	Демультиплексоры различных типов: 1-8 демультиплексор, 1-16 демультиплексор, 1-32 демультиплексор.
В мультиплексоре набор строк выбора используется для управления конкретным входом	В демультиплексоре выбором выходной линии можно управлять с помощью битовых значений n строк выбора.

Ключевое различие между мультиплексором и демультиплексором

Ключевые различия между мультиплексором и демультиплексором обсуждаются ниже.

• Комбинационные логические схемы, такие как мультиплексор и демультиплексор, используются в системах связи, однако их функции точно противоположны друг другу, поскольку одна работает с несколькими входами, а другая работает только с входом.
• Мультиплексор или мультиплексор — это устройство N-to-1, тогда как демультиплексор — это устройство 1-to-N.
• Мультиплексор используется для преобразования нескольких аналоговых или цифровых сигналов в один сигнал o / p через разные линии управления. Эти управляющие линии могут быть определены с помощью такой формулы, как 2n = r, где «r» — это количество сигналов i / p, а «n» — количество требуемых управляющих линий.
• Метод преобразования данных, используемый в MUX, параллельный последовательному, и его нетрудно понять, поскольку он использует разные входы.Однако DEMUX работает совершенно противоположно MUX, как преобразование из последовательного в параллельный. Таким образом, количество выходов в этом случае может быть достигнуто.
• Демультиплексор используется для преобразования одного i / p-сигнала в несколько. Количество управляющих сигналов можно определить, используя ту же формулу MUX.
• И мультиплексор, и демультиплексор используются для передачи данных по сети с меньшей полосой пропускания. Но мультиплексор используется на стороне передатчика, тогда как Demux используется на стороне приемника.

Это основная информация о мультиплексорах и демультиплексорах.Надеюсь, вы получили некоторые фундаментальные представления об этой теме, наблюдая за логическими схемами и их приложениями. Вы можете написать свое мнение по этой теме в разделе комментариев ниже.

Фото

Мультиплексор — Демультиплексор | Полный анализ, 3 важных приложения

Вопросы для обсуждения

• Определение и обзор мультиплексора
• Работа и анализ
• Реализация логической функции с использованием MUX
• DEMUX
• Приложение of MUX-DEMUX

Определение и обзор

Цифровой мультиплексор — это устройство, которое принимает более одного входа и выводит одни выбранные данные.Подобно сумматору и вычитателю, мультиплексор также является комбинационным устройством.

Он также идентифицируется как селектор данных, поскольку он выбирает один из нескольких входов и отправляет его на выход с помощью управляющего сигнала или линий выбора. Если типичный мультиплексор имеет 2n входных линий, тогда будет n строк выбора. Битовая комбинация строк выбора определяет, какой вывод будет произведен.

2: 1 MUX

MUX 2: 1 означает, что мультиплексор имеет два входа и один выход.Он также имеет одну строку выбора как S. Если S = ​​0, верхний вентиль AND включен, и I0 появляется в точке o / p, а если S = ​​1, нижний вентиль AND включен, а I1 появляется в точке o /. п. MUX действует как переключатель, который выбирает один из двух доступных входов.

4: 1 MUX

MUX 4: 1 означает, что мультиплексор имеет четыре входных и одну выходную линии. Он имеет две строки выбора как S0 и S1. Есть несколько логических элементов И для получения вывода. Линии выбора соединяются с соответствующими воротами И.Результат логического элемента И соединяется с одним логическим элементом ИЛИ.

Если строки выбора дают двоичный код как 10, то есть S1 = 1 и S0 = 0, то логический элемент И, связанный со входом I2, имеет два своих входа, равных значению 1, а последний из них связан с I2. . Остальные три логических элемента И имеют по крайней мере один вход, равный нулю, это соответственно изменяет их выход, равный нулю. Здесь и сейчас результат логического элемента ИЛИ аналогичен значению I2 и позволяет обозначенному входу выглядеть так, как если бы он смотрел на результат.

Нажмите здесь, чтобы узнать о двоичном сумматоре!

Эксплуатация и анализ

Мультиплексор очень похож на декодер. Логические элементы И и НЕ привносят сходство между декодером и мультиплексором. Между тем, MUX действительно декодирует выбранные строки и обеспечивает вывод. Мультиплексор также может быть построен из декодера. Если 2n входных линий — каждая к логическому элементу И добавляется декодером от n до 2n, схема будет работать как мультиплексор.

Размер мультиплексора зависит от входных линий данных 2n и единственной выходной линии. Количество строк выбора будет n для мультиплексора входных строк 2n. Подобно декодеру, мультиплексор может также иметь разрешающую входную линию. Выходы будут отключены, если разрешающий вход находится в неактивном состоянии. Когда контакт включения находится в активном состоянии, MUX будет работать как обычно.

Существуют эффективные методы, отвечающие за логику выбора нескольких битов. Если схемы мультиплексора объединены со стандартными входами выбора, можно реализовать выбор множества битов.Чтобы реализовать это, на изображении ниже показан четырехкратный мультиплексор 2: 1.

Четырехместный мультиплексор

Здесь схема имеет четыре мультиплексора, и они являются мультиплексорами 2: 1. Выход Y0 можно выбрать из входа A0 или B0. Точно так же выход Y1 может быть выбран из входа A1 или B1, и он продолжается для остальной части схемы. Строки выбора S выбирают одну из линий для каждого из мультиплексоров. Вход разрешения должен находиться в активном состоянии для работы мультиплексоров.

Хотя схема имеет мультиплексор 2: 1 для работы, она выглядела как схема, выбирающая любой из двух 4-битных наборов линий данных.Теперь, когда разрешение равно 0, а строка выбора также равна 0, четыре входа могут отображаться как выход. Кроме того, если s = 1, то в результате появятся входные данные B. Результатом будет 0, когда контакт включения установлен на 0, независимо от значения выбранных строк.

Реализация логической функции с использованием MUX

Логические функции также могут быть реализованы с использованием мультиплексоров. Минимальные члены функции могут быть сгенерированы в мультиплексоре со схемой, соединенной с линиями выбора.Для ввода данных можно выбрать отдельные минимальные условия. Так возможны реализации функции n переменных для мультиплексора строк входных данных из 2n и n строк выбора. Строки входных данных будут использоваться для каждого минимального срока.

Также доступен более эффективный способ реализации логического выражения. Функцию n переменных можно реализовать с помощью мультиплексора с n-1 строками. Первая переменная n-1 используется как входные данные для выбора. Оставшаяся переменная операции используется для ввода данных.Если каждый ввод данных обозначает оставшуюся переменную, мультиплексор будет a, a ’, 1 или 0.

Мы можем взять пример булевой алгебры.

F (a, b, c) = ∑ (1, 2, 3, 4)

Функция трех переменных может быть реализована с помощью мультиплексора 4: 1, как показано ниже.

Реализация логических функций

Две переменные, a и b, применяются к строкам выбора в определенном порядке. A подключен к входу S1, а b связан с входом S0. Таблица истинности функции определяет значения для входных линий мультиплексора.Когда ab = 00, выход F равен c, поскольку F = 0, когда c = 0, и F = 1, когда c = 1. Для ввода данных 0 требуется вход для переменной c.

Мультиплексор работает определенным образом. Когда значение ab равно нулю, тогда на выходе появляется 0 входных данных. Таким образом, выход становится равным c. Линии данных 1, 2, 3 также требуют ввода и могут быть определены аналогичным образом. Входные данные являются производными от функции F, а входные данные равны ab = 01, 10, 11. Мы можем узнать входные данные для строк данных с помощью этого объяснения.

В этом примере показаны типичные шаги для реализации логических функций, состоящих из n переменных, с помощью мультиплексора с n — 1 строкой выбора и 2n-1 строкой данных. Таблица истинности логической функции описана изначально. Первичные n-1 переменные данного процесса подаются на вход выбора мультиплексора. Выходные данные рассчитываются как функция последней переменной для каждой отдельной комбинации строк выбора. У процесса есть определенный набор ценностей. Значение функции может быть 0 или 1, или переменными, или дополнением переменных.

Теперь давайте рассмотрим пример более значительной булевой функции.

F (A, B, C, D) = ∑ (1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15)

Мультиплексор может реализовать эту логическую функцию с тремя строками выбора и восемью строками ввода (в основном мультиплексор 8: 1). MUX показан на изображении.

8 x 1 MUX

Теперь первая переменная, которая является A, должна быть подключена к линии выбора S2, чтобы убедиться, что соответствующие линии выбора для B и C становятся S1 и S0. Таблица истинности функции изображена, как упоминалось ранее.Значения входных линий для MUX вычисляются из этой таблицы истинности. Номер строки данных определяется двоичными комбинациями переменной ABC.

Если ABC = 101, тогда F появляется как D. Из этого можно вычислить, что строка ввода данных 5 принимает ввод как D. Логический 0 и логическая 1 — это два фиксированных значения. Логический 0 означает низкий логический уровень или эквивалент заземления, а логический 1 означает высокий логический уровень или входной сигнал питания.

Три государственных шлюза

Создание мультиплексора возможно с использованием трех состояний шлюза.Три состояния ворот — это цифровые схемы, которые могут работать в трех состояниях. Два из этих трех состояний обычно равны 0 и 1, а третье состояние известно как состояние с высоким импедансом. В состоянии высокого импеданса логическая процедура работает как разомкнутая схема. Три шлюза состояния могут выполнять все типы логических операций, такие как НЕ или ИЛИ. Чаще всего вентиль с тремя состояниями используется как буферный вентиль.

Как было сказано ранее, мультиплексоры могут быть построены с использованием буферов с тремя состояниями.На изображении ниже описана реализация мультиплексора 2: 1 с двумя буферами с тремя состояниями и вентилем НЕ. Два выхода подключены для получения единого результата. Когда строка выбора оценивается как ноль, верхняя панель активируется, а нижняя отключается. На выходе появляется A, а когда выбранный вход равен 1, происходит обратное, и в результате появляется B.

DEMUX

DEMUX или демультиплексор — это цифровое устройство, которое выполняет функции, противоположные мультиплексору.Он принимает один вход и обеспечивает несколько выходов с помощью выбранных строк. Если в DEMUX есть n строк выбора, то количество производств будет 2n. Схема 4: 1 DEMUX приведена ниже.

Нажмите здесь, чтобы узнать о двоичных вычитателях!

Приложения MUX и DEMUX

MUX и DEMUX имеют важное значение в сегодняшнюю цифровую эпоху. Некоторые из их приложений: —

• Система связи: MUX и DEMUX имеют самые обширные применения в области систем связи.MUX позволяет передавать различные типы данных, такие как аудио и видео, изображения, голосовые записи и т. Д., Которые могут быть мультиплексированы в один канал передачи. Это увеличивает эффективность системы.
• Телефонная система: телефонные сети нуждаются в MUX и DEMUX. Такие технологии, как мультиплексирование с частотным разделением (FDM), мультиплексирование с временным разделением (TDM), множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA) и т. Д., Возможны только благодаря MUX и DEMUX.
• MUX и DEMUX также используются в логических элементах для комбинационных схем и многих других цифровых устройств.

Для получения дополнительных статей по электронике щелкните здесь

О Sudipta Roy

Я энтузиаст электроники и в настоящее время занимаюсь электроникой и коммуникациями.
Я очень заинтересован в изучении современных технологий, таких как искусственный интеллект и машинное обучение.
Мои работы посвящены предоставлению точных и обновленных данных всем учащимся.
Мне доставляет огромное удовольствие помогать кому-то в получении знаний.

Давайте подключимся через LinkedIn — https://www.linkedin.com/in/sr-sudipta/

Как работает FPGA?

Добавлено в избранное Любимый 7

Мультиплексоры

Теперь, когда у нас есть основные строительные блоки, от транзисторов до логических вентилей, мы можем сделать с ними что-нибудь более полезное. С помощью только логических вентилей вы можете описать любую цифровую схему. Однако существует множество повторяющихся функций более высокого уровня, которые получают свои собственные символы, такие как те, которые используются для двоичной математики (сумматоры, множители и т. Д.).

Мы собираемся рассмотреть один из основных строительных блоков FPGA — мультиплексор.

Мультиплексор выбирает один вход из набора на основе значения его выбранного входа. Вот его символ:

/ в строке sel используется, чтобы показать, что она имеет ширину 6 бит.

Количество входов может меняться, но мультиплексор всегда имеет только один выход.

Способ кодирования выбранного входа также будет отличаться. Обычно вы видите это как двоичное число, но в более простой схеме используется одноразовое кодирование.Горячее кодирование — это просто двоичное значение, в котором всегда есть ровно одна 1. Положение единицы — это важная вещь.

Декодер принимает двоичное значение и преобразует его в одноразовый сигнал. Кодер превращает одноразовое значение в двоичное число. Их можно использовать для того, чтобы активный мультиплексор принимал двоичные значения.

Посмотрите, как мы могли бы реализовать мультиплексор с горячим кодированием, используя только некоторые логические элементы И и ИЛИ.

Если мы установим значение sel равным 000010, что означает, что только sel [1] равно 1, то мы увидим, что для каждого логического элемента И, за исключением того, который имеет вход b , один из входов будет равен 0 .Это означает, что каждый из них всегда будет выводить 0 независимо от того, какие входы a, c, d, e, и f . Единственный важный ввод — b . Когда b равно 1, это AND’d с 1 и выход логического элемента AND равен 1. Когда b равен 0, это AND’d с 1 и выход логического элемента AND равен 0.

Другими словами, на выходе логического элемента И будет просто b .

Результат логических элементов AND с sel [1], установленным на 1

Логический элемент ИЛИ на этой схеме показан с более чем двумя входами.Это может быть создано путем создания дерева из двух входных логических элементов ИЛИ, где два входа объединяются ИЛИ, а выходы затем объединяются ИЛИ снова и снова, пока не получится один выход. Логический элемент ИЛИ с несколькими входами ведет себя так же, как и следовало ожидать, с выходом 1, если любой из входов равен 1.

Однако в этой схеме каждый вход логического элемента ИЛИ гарантированно равен 0, за исключением входа логического элемента И, выход которого равен b . Это означает, что логический элемент ИЛИ просто выведет 1, если b равно 1, и 0, когда b равно 0.

Другими словами, на выходе логического элемента ИЛИ будет просто b .

Результатом ворот OR будет b

Вы можете повторить эту логику для любого входа, и, пока вход является горячим, вход, который соответствует заданной 1, будет проходить через выход.

Вы можете представить себе большую матрицу мультиплексоров с программируемым входом sel . Это позволит вам направлять сигналы туда, куда вам нужно в вашем дизайне.Это то, как ПЛИС получают свои сигналы там, где они должны быть, и это называется общей матрицей маршрутизации.

Очевидно, что детали маршрутизации тысяч и тысяч сигналов становятся беспорядочными, но в основном это просто использование связки мультиплексоров с отдельными входами, подключенными к программируемой памяти.

---

← Предыдущая страница
Цифровые схемы и логические вентили .