Мультиплексоры и демультиплексоры

Лекция 16. Мультиплексоры и демультиплексоры

Мультиплексоры. Мультиплексором называют функциональный узел, кото­рый обеспечивает передачу цифровой информации, поступающей по нескольким входным линиям связи, на одну выходную линию. Выбор входной линии, инфор­мация с которой поступает на выход, осуществляется при помощи сигналов, поступающих на адресные входы.

Обобщенная схема мультиплексора приведена на рис. 16.1. Мультиплексор MUX (Multiplexer) в общем случае можно представить в виде коммутатора, управ­ляемого входной логической схемой. Входные логические сигналы X, поступают на входы коммутатора и через коммутатор передаются на выход Y. Управление коммутатором осуществляется входной логической схемой. На вход логической схемы подаются адресные сигналы A,, (Adress). Мультиплексоры могут иметь дополнительный управляющий вход Е (Enable), который может выполнять стро-бирование выхода Y. Кроме этого некоторые мультиплексоры могут иметь выход с тремя состояниями: два состояния 0 и 1 и третье состояние — отключенный выход (выходное сопротивление равно бесконечности). Перевод мультиплексора в третье состояние производится сигналом ОЕ (Output Enable).

Большинство мультиплексоров способно передавать сигналы информации X,

только в одном направлении — от входа на выход. Однако имеются мультиплексоры, которые могут пе­редавать информационные сигналы в обоих направлениях. Такие мульти­плексоры называются двунаправлен­ными. Двунаправленные мультиплек­соры способны передавать не только цифровые, но и аналоговые сигналы. В литературе такие мультиплексоры часто называют селекторами-мульти­плексорами   (Data   Selector-Multi­plexer).

Рис. 16 1. Обобщенная схема мультиплексора

Мультиплексоры со стробирующим входом Е выполняют функции передачи сигнялов х,—>-у только при поступлении сигнала строба Е. Мультиплексоры, име­ющие три состояния выхода, можно каскадировать.

Для обозначения коммутационных возможностей мультиплексора можно пользоваться условно записью (лг—^1), где п — число входов. Так, например, мультиплексор с функцией (1 —^> 1) является одиночным ключом, а мультиплексор (4-*1) имеет четыре входа и один выход.

Рекомендуемые материалы

В зависимости от соотношения числа информационных входов п и числа адресных входов т мультиплексоры делятся на полные и неполные. Если вы­полняется условие п =2" , то мультиплексор будет полным. Если это условие не выполняется, т. е. п<2"¹ , то мультиплексор будет неполным. Наибольшее распро­странение получили мультиплексоры (2—1) с п=2 и т=, (4--1) с и =4 и т=2, (8—*!) с и=8 и т=3 и (16—*1) с и=16 и т=4. Для неполных мультиплексоров число входных линий может быть любым, но, разумеется, не больше 2".

В качестве примера рассмотрим функционирование мультиплексора (4—» 1), состояние входов и выходов которого приведено в табл. 16.1. Используя таблицу состояний этого мультиплексора, получим выражение для его выходной функции

В общем виде выходная функция мультиплексора (и—*!) может быть пред­ставлена как

где К, называется мипитерм (К,=0 или 1) и равно логическому произведению сиг­налов на адресных линиях, соответствующих сигналу X,.

Для расширения числа входных линий можно использовать каскадирование мультиплексоров. На рис. 16.2 показано пирамидальное каскадирование мульти­плексоров.

На этом рисунке приведен двухкаскадный мультиплексор типа (16—-I) с уп­равлением по четырем адресным линиям А^...А^. Первая группа мультиплексоров MUXO...MUX3 управляется младшими разрядами адресных сигналов А о и А.

выходной мультиплексор MUX4 управляется стар­шими рязрядами адресных сигналов А-^ и Ау. Такое каскадирование мультиплексоров почти вдвое уве­личивает задержку выходных сигналов.

Реализация четырехвходового мультиплексора может выполняться по уравнению (16.1) или в об­щем случае — по уравнению (16.2). Так, например, для двувходового мультиплексора можно записать уравнение

Y=Xo-Ao+X^-Ao,

которое реализуется на двувходовых элементах И и ИЛИ, как показано на рис. 16.3 а.

Таблица 16.1

Состояние мультиплексора (4--1)

Аналогично реализуется че-тырехвходовой   мультиплексор, однако для него потребуются че­тыре трехвходовых элемента И и один четьгрехвходовой элемент ИЛИ Схема такого мультиплек­сора, построенного по уравнению (16 1), приведена на рис 16.3 б Для получения прямых и инверс­ных адресных сигналов использу­ются два дополнительных инвер­тора Поскольку для построения мультиплексоров с большим чис­лом входов требуются элементы И и ИЛИ с числом входов больше четырех, то их проще выполнять путем каскадирования

Интегральные   микросхемы мультиплексоров можно разде­лить на группы по следующим признакам

• по числу входов 2-, 4-, 8- и 16-входовые,

• по числу мультиплексоров в одном корпусе (числу разря­дов),

• по наличию стробирующего входа Е,

Рис 16 2 Пирамидальное каскадирование мультиплексоров (4 -* 1) для реализации выходной функции (16—*1)

• по наличию выхода с тремя состояниями (наличию входа ОЕ),

• по способности передавать сигналы в двух направлениях.

Промышленность выпускает большое количество различных микросхем муль­типлексоров, некоторые из которых приведены в табл. 16.2.

Применение мультиплексоров с тремя состояниями выходов позволяет легко увеличить число коммутируемых каналов. На рис. 16.4 показана схема мульти­плексора (16-* 1), выполненная на мультиплексорах (8—-1) и дешифраторе 1х2 Выходы Y мультиплексоров DD и DD2 соединены вместе для организации функции «монтажное ИЛИ». При значении адресного сигнала A^=Q включается микросхема DD, а при значении A^=l — микросхема DD2. При включении мик­росхемы DD на общий выход поступает один из информационных сигналов Ху x^, подключенных к входам DDI. При включении микросхемы DD2 на общий выход поступают сигналы Ху. .х^. В качестве элементов DDI и DD2 в этой схеме можно использовать интегральные микросхемы КР531КП15 (или более медленные ИМС К555КП15)

Другой способ каскадирования ИМС мультиплексоров основан на исполь­зовании пирамидальной схемы, приведенной на рис. 16.2. Если взять восемь

Рис. 163. Выполнение мультиплексора (2—1) (а) и (4-*1) (б) на элементах И и ИЛИ

мультиплексоров (8-*!), не имеющих третьего состояния выхода (например, К555КП7), на их адресные входы Ац.-.А^, подать одни и те же адресные сигналы, производящие выбор одного из восьми каналов в каждом мультиплексоре, то общее число входов будет равно 64 (рис. 16.5).

Последний мультиплексор DD9 управляется адресными сигналами А^, Ац, А., и определяет, какой из восьми мультиплексоров DDI...DDS будет подключен к выходу Y. Вход стробирования Е можно использовать только у последнего муль­типлексора DD9. Таким образом, на рис. 16.5 показана схема стробируемого мультиплексора с форматом (64-*1).

Помимо основного назначения коммутации входных сигналов мультиплексо­ры находят применение в сдвигающих устройствах, делителях частоты, триггер-ных устройствах и др.

Демультиплексоры. Демультиплексором (DMX) называют функциональный узел, который обеспечивает передачу цифровой информации, поступающей по одной линии, на несколько выходных линий. Выбор выходной линии осуществляет­ся при помощи сигналов, поступающих на адресные входы. Таким образом, демультиплексор выполняет преобразование, обратное действию мультиплексора.

Обобщенная схема демультиплексора, приведенная на рис. 16.6, сходна со схе­мой мультиплексора. Входной сигнал х поступает на вход коммутатора и через него передается на выходы Yy...Yn. Адресные сигналы Ay...Ai, имеют то же Таблица 16 2 Интегральные микросхемы мультиплексоров

назначение, что и у мультиплексора. Сигнал стробирования Е разрешает передачу входного сигнала через коммутатор

Для обозначения коммутационных возможностей демультиплексоров можно пользоваться записью, аналогичной мультиплексорам (1 -*п), где п — число выхо­дов демультиплексора Так, например, демультиплексор (1-*2) имеет два выхода, а демультиплексор (1-^4) — четыре выхода Демультиплексоры, как и мульти­плексоры, могут быть полными и неполными. Деление мультиплексоров на эти две категории производится так же, как и у мультиплексоров, с той лишь разни­цей, что под п понимается число выходов, а не входов, как в мультиплексоре

В качестве примера рассмотрим функционирование демультиплексора (1-^4), состояния входа и выходов которого приведены в табл. 16.3 Используя данные этой таблицы, получим выражение для выходных сигналов демультиплексора

 

Рис 164 Каскадирование мультиплексоров с тремя состояниями выхода

Рис 165 Схема пирамидального мультиплексора (64—> 1) на мультиплексорах (8—*!)

Структура демультипдексора на элементах И, реализующая уравнения (16—-3), приведена на-puc.l6.76. Схема демультиплек-сора (1—-2), также выполненная на элементах И, приведена на рис. 16.7 я. Инверторы в этих схе­мах обеспечивают формирование необходимых сигналов управления. В каждой схеме И два входа задей­ствованы для адресных сигналов Ад и А, а на третий вход подается входной сигнал X.

Рис. 16.6. Обобщенная схема демультиплексора

Как следует из уравнений

(16.3), реализация демультиплексора возможна также на элементах ИЛИ. Схема демультиплексора с четырьмя выходами на элементах ИЛИ, построенная по урав­нениям (16.3), приведена на рис. 16.8.

Интегральные микросхемы демультиплексоров, так же, как и схемы мульти­плексоров, можно разделить на группы по следующим признакам:

• по числу выходов;

• по числу демультиплексоров в одном корпусе;

• по наличию стробирующего импульса Е,

• по способности передавать сигналы в двух направлениях. Поскольку функции демультиплексоров сходны с функциями дешифраторов, их условное обозначение сделано одинаковым, а именно ИД. Поэтому такие мик­росхемы часто называют дешифраторами-демультиплексорами. Так, например, дешифратор К155ИДЗ можно использовать в качестве демультиплексора с форма­том (1-*16). При этом входы разрешения дешифрации используются в качестве основного входа демультиплексора X, а адресные входы и выходы используются по прямому назначению. В табл. 16.4 приведены некоторые схемы демультиплексоров и дешифраторов, которые можно использовать качестве демультиплексоров.

Мультиплексоры-демультиплексоры. Среди схем коммутации можно особо выделить схемы, которые способны пропускать сигналы в обоих направлениях.

К таким элементам относится коммута­ционные микросхемы, выполненные по технологии  КМОП.  Коммутаторы КМОП способны пропускать как ана­логовые, так и цифровые сигналы, в них можно менять местами вход и вы­ход. Такие элементы выпускаются в следующих сериях интегральных мик­росхем: К176, К561, К564, КР1561, 1564, 590 и 591.

Для обозначения коммутацион­ных возможностей мультиплексоров-

Таблица 163 Состояния демультиплексора (1—^4)

Рис. 16.7. Построение демультиплексоров (l-^) и (1-^4) (б) на элементах И

Рис. 16.8. Построение демультиплексора (1-*4) на элементах ИЛИ

Таблица 16 4 Интегральные схемы демультиплексоров

Таблица 16 5 Интегральные схемы мультиплексоров-демультиплексоров

демультиплексоров можно пользоваться записью (1-^п), в котором двунаправлен­ная стрелка указывает на двунаправленную передачу сигналов. В табл. 16.5 при­ведены сведения о некоторых ИМС мультиплексоров-демультиплексоров.