1.6. Демультиплексор

Устройство передающее сигнал с информационного входа ^“х” на один из выходов, причем номер этого выхода равен десятичному эквиваленту двоичного кода на адресных входах, называется демультиплексором (ДМ). В качестве ДМ используется дешифратор, у которого на вход ОЕ подается информационный сигнал х. Например, если на адресные входы подать код a1a0=10(BIN)=2(DEC), то сигнал х появится на выходе у2, а на остальных выходах yi=0.

В самом деле, если х=0 (ОЕ=0), то на всех выходах ДМ также нули, в том числе у2=0. А если х=1 (ОЕ=1), то вследствие того, что ala0=2 будет активизирован выход у2=1. Следовательно при ala0=10(BIN)=2(DEC) сигнал на выходе у2=х, что соответствует определению демультиплексора. На рис.2.4 даны условное обозначение ДМ "1 в 4" и его механический аналог.

Рис.2.4

1.7. Увеличение разрядности дешифраторов и демультиплексоров

На рис.2.5 показано соединение двух ДШ "3 в 8" для получения одного ДШ "4 в 16", или двух демультиплексоров "1 в 8" для получения одного "1 в 16".

Рис.2.5

При пассивном значении ОЕ=1 на всех выходах yi будет "1" независимо от значений сигналов ai. Если ОЕ=0 (активный уровень), то какой из дешифраторов работает, зависит только от сигнала а3. Так если а3=0, то на обоих разрешающих входах ДШ (А) ОЕ и & будут активные уровни, а на разрешающем входе ОЕ дешифратора (В) сигнал , равный единице, переведет все выходы в состояние 1, т.е. работоспособным будет ДШ (А). Когда а3=1, наоборот работоспособным становится дешифратор (В), потому что по входу ОЕ дешифратора (А) этот сигнал запрещает его выходы. Таким образом, комбинации сигналов а3 и а2..а0 образуют последовательность двоичного кода 0000 ... 0111 (0 ... 7) для дешифратора (А) и последовательность 1000 ... 1111 (8 ... 15) для ДШ (В). Поэтому нумерация выходов yi, получившегося ДШ "4 в 16" – сквозная от 0 до 15. На рис.2.5 справа приведено условное обозначение, получившегося дешифратора-демультиплексора (в справочниках они так часто и называются и помещаются в один раздел).

1.8. Мультиплексор

Мультиплексоры – цифровые многопозиционные переключатели или, по другому, коммутаторы. У мультиплексора может быть, например, 16 входов и один выход. Это означает, что, если к этим 16 входам присоединены 16 источников цифровых сигналов – генераторов последовательных цифровых слов, то байты от любого из генераторов можно передавать в единственный выходной провод. Для этого нужный нам вход требуется выбрать, подав на четыре входа селекции (т.е. выбора номера канала; напомним, что 2⁴= 16) двоичный код адреса. Так, для передачи на выход данных от канала номер 9 следует установить код адреса 1001. Мультиплексоры способны выбирать, селектировать определенный канал. Поэтому их иногда называют селекторами. Используется и двойное название: селекторы-мультиплексоры.

Таким образом:

Мультиплексор (или селектор-мультиплексор) передает сигнал с одного из информационных входов x_i на единственный выход у, причем номер этого входа равен десятичному эквиваленту двоичного кода на адресных входах.

Если имеется вход разрешения выхода ОЕ( ), то "0 (1)" на этом входе должен перевести выход в пассивное состояние (см. последнюю строчку таблицы): если выход мультиплексора тристабильный, то на этом выходе установится высокоимпедансное z-состояние. Рассмотрим мультиплексор "4 в 1", имеющий четыре информационных и, соответственно, два адресных входа.

Десятичное число	Входы								Вых		Логическая функция
	a1	а0	ОЕ		х0	x1	х2	х3	у
0	0	0	1	0	х0	X	X	X	х0
1	0	1			X	x1	X	X	x1
2	1	0			X	X	х2	X	х2
3	1	1			X	X	X	х3	х3
X	X	X	0	1	X	X	X	X	0	1	у=0 или z ( =1 или z)

Величина х может принимать любые значения. Количество входных переменных равно 7, и полная таблица истинности должна иметь 128 строк. В приведенной таблице в 4-х основных строках упаковано 64 исходных (с учетом значений х0 ... х3), а в последней строке – остальные 64 строчки. Анализ верхней строки приводит к выводу, что у=х0, если a1=0 И а0=0 И ОЕ=1 независимо от переменных x1…х3, поэтому для данного входного набора можно записать: . Аналогично записывается у для остальных трех наборов переменных. Общее решение тогда будет иметь вид:

(2.2)

Применяя аксиомы двойного отрицания и двойственности к правой части уравнения, получим:

(2.3)

Выражению (2.3) соответствует схема, приведенная на рис.2.6 слева, а ее условное обозначение и механический аналог – в центре. В зарубежной литературе можно встретить обозначение, показанное справа. Если на адресные входы подать комбинацию a1a0 = 11(BIN) = 3(DEC), то к выходу у будет подключен вход D3, при условии, что ОЕ=1. Мультиплексор может иметь инверсный выход, а также третье состояние этого выхода, которое отмечается на схеме ромбом с поперечной чертой.

На следующем рисунке 2.7 показан способ соединения пяти мультиплексоров "41" в один мультиплексор "161".

Рис.2.6

Рис.2.7

Пример: на входах А3А2А1А0 действует комбинация 1011(BIN) = В(НЕХ) = 11(DEC). Тогда на входы D3D2D1D0 мультиплексора №4 будут "стучаться" сигналы с третьих входов (a1a0=11=3) остальных мультиплексоров – х3, х7, хВ и xF. Но на общий выход "у" пройдет только сигнал с выхода мультиплексора №2, т.к. а3а2=2. В результате у=хВ, что соответствует определению мультиплексора.

Мультиплексоры находят широкое применение в технике связи, а также в вычислительной технике, например многие выводы у микропроцессоров "мультиплексированы", т.е. к одному выходу подключается несколько внутренних источников различных сигналов. Это могут быть внутренние сигналы линий шины данных (D7..D0) и шины адреса (А7..А0), передаваемые поочередно на общие выводы AD7..AD0 совмещенной шины адрес/данные (ШАД), что позволяет сократить общее число выводов микропроцессора (на рисунке в 2 раза). Используются 8 мультиплексоров "21"

Примеры мультиплексоров, выпускаемых промышленно

Рис.2.8

1. Селектор-мультиплексор 555КП5 (на рис.2.8 показаны его УГО и внутренняя структура). Он позволяет коммутировать данные от восьми входов на общую выходную линию Y. Адресных входов, соответственно, три: S0, S1, S2. Логическая функция КП5 как управляемого восьмипозиционного ключа следующая:

Данная формула следует из таблицы соответствия адресных входов подключаемым входам данных (рекомендуется закончить эту формулу самостоятельно).

2. Микросхема 555КП7 – мультиплексор, отличающийся от КП5 наличием входа разрешения С и дополнительным неинвертирующим выходом. Логическая функция Y соответствует приведенной выше функции КП5 и выполняется при низком уровне сигнала на входе С (вид функции и УГО рекомендуется выполнить самостоятельно).