ПТЦА - Лекции / Лекция 3

Построенная по приведенному выражению схема мультиплексора показана на рисунке 4.

Рисунок 4 – Схема мультиплексора Функционирование демультиплексора определяется таблицей 2.

Каждый набор переменных А2 , A1 обеспечивает подключение входного информационного сигнала G к одному из выходов f 0 ... f 3 . В соответствии с таблицей функционирования демультиплексора запишем логические выражения для выходов f 0 ... f 3 :

f 0=G A2 A1, f 1=G A2 A1 , f 2=G A2 A1 , f 3=G A2 A1.

Схема, построенная на основе приведенных выражений, показана на рисунке 5.

Рисунок 5 – Схема демультиплексора Мультиплексоры широко применяются во многих устройствах связи и

управления на входах регистров, принимающих информацию от нескольких источников; на выходах блоков памяти при считывании выбранной информации

по одной разрядной шине; в блоках передачи информации последовательным кодом в микропроцессорах и т. п. При этом обеспечивается экономия числа контактов и линий связи. Мультиплексор можно использовать в качестве преобразователя параллельного m-разрядного двоичного кода в последовательный код. Для этого достаточно на входы мультиплексора подать параллельный код и затем в требуемой последовательности изменять код адреса. Аналогично демультиплексор можно использовать для преобразования последовательного кода в параллельный. Кроме того, оба устройства могут применяться как универсальные логические элементы для реализации необходимых логических функций. Помимо одиночных мультиплексоров используются еще и групповые. Групповые мультиплексоры отличаются от одиночных тем, что конъюнкторы, коммутирующие информационные входы всех групп управляются одним и тем же дешифратором. За счет этого

достигается экономия оборудования, необходимого для построения мультиплексора, по сравнению со случаем, когда каждая группа входов коммутируется отдельным одиночным мультиплексором Мультиплексоры присутствуют в составе различных отечественных

интегральных схем. Например, одиночные мультиплексоры реализованы в микросхемах 155КП7, 500НД164 (на 8 каналов), 155КШ (на 16 каналов); одиночные асинхронные — в микросхеме 155КП5 (на 8 каналов); групповые синхронные мультиплексоры с двумя группами каналов, каждая из которых содержит по 4 канала, — в микросхемах 155КП2 и т. д.

При необходимости обеспечить прием информации от одного или нескольких источников применение мультиплексоров оказывается целесообразным в том случае, когда требуется минимизировать разрядность кода, задающего номера этих источников.

Если число источников информации не превышает числа информационных входов мультиплексора, то для обеспечения правильного приема информации необходимо каждому источнику поставить в соответствие код адреса. По этому коду источник информации будет подключаться к выходу мультиплексора. Затем выход каждого источника информации соединяют с тем входом мультиплексора, который подключается к выходу мультиплексора при подаче на него соответствующего кода адреса.

Термином «мультиплексирование» называют процесс передачи данных от нескольких источников по общему каналу, и любое устройство, осуществляющее на передающей стороне операцию сведения данных в один канал, принято называть мультиплексором. Это название исторически закрепилось за схемой по рисунку 4, способной осуществлять временное мультиплексирование сигналов, передавая их в линию друг за другом в темпе смены кодов на своих адресных входах. Но эта же схема может выполнять и еще одну распространенную операцию – выбор, селекцию (от select – выбирать) данных из определенного, указанного адресным кодом источника. Любое устройство, выполняющее операцию селекции, называют селектором. Так схема, показанная на рисунке 4, выполняла эти функции, её стали называть

селектором. Кроме того, поскольку схема выполняет коммутацию сигналов, ее еще называют коммутатором. Терминологическая многозначность повлекла многозначность и в условных обозначениях на функциональных схемах, поскольку ЕСКД требует обозначать мультиплексор символом MUX, селектор – SL, а мультиплексор-селектор – MS. Учитывая, что в случае рассматриваемой схемы все три термина и все три обозначения эквивалентны, для выбора термина примем наиболее распространенный: мультиплексор и обозначение

MUX.

На рисунке 6, а показан один, i-ый разряд схемы параллельного сдвигателя.

Рисунок 6 – Возможные применения мультиплексоров:

а – один разряд комбинационного сдвигателя; б – реализация произвольной функции, заданной таблицей истинности, в данном случае – таблица 3.

В полной схеме сдвигателя к входу каждого разряда регистра RG2 подключено по такому же мультиплексору, входы данных которого в свою очередь подключены к выходам нескольких разрядов регистра RG1. На адресные входы мультиплексоров всех разрядов подается один и тот же код. В результате в зависимости от значения адресного кода в i-й разряд RG2 будет переписываться содержимое различных разрядов RG1. При адресном коде a2 a1=01 , как видно из рисунка, данные будут передаваться в одноименный разряд регистра RG2 без сдвига. При коде a2 a1 =00 в i-й разряд регистра RG2 будет передаваться содержимое соседнего младшего, (i - 1)-го разряда регистра RG1, т.е. передача произойдет со сдвигом на один разряд в сторону старших разрядов (влево). При кодах a2 a1 равных 10 и 11, передаваемое число будет сдвинуто в сторону младших разрядов (вправо) на один или два разряда соответственно. Используя мультиплексоры с достаточным числом входов и подключая входы к соответствующим разрядам регистра-источника, можно строить сдвигатели, способные очень быстро, всего за время задержки мультиплексора и регистраприемника, сдвигать число в любую сторону на любое заданное число разрядов (разумеется, в пределах возможностей мультиплексора).

Мультиплексор, имеющий m адресных и 2m информационных входов,

позволяет реализовать любую логическую функцию, зависящую от m аргументов. Поэтому он может быть использован в качестве универсального логического элемента. Реализация требуемой логической функции на мультиплексоре осуществляется по ее таблице истинности. Аргументы функции (т. е. ее входные наборы) задаются на адресных входах мультиплексора. Его информационные входы соединяются с источниками постоянных сигналов «1» или «0» таким образом, чтобы на входе, который подключается к выходу мультиплексора на каком-либо входном наборе, имелось значение сигнала, соответствующее таблице истинности.

Мультиплексор, изображенный на рисунке 6,б, реализует функцию, заданную таблицей 3.

Функция, заданная таблицей 1, не минимизируется, поэтому для своей реализации требует четырех элементов 3И-НЕ и трёх инверторов, что в сумме даст почти два корпуса и 3 задержки. Поэтому способ реализации функций трех или четырех аргументов с помощью микросхемы мультиплексора весьма популярен у разработчиков. Следует помнить, что этот способ может дать экономию лишь при использовании микросхем. При разработке схем для кристаллов матричных и других БИС объем оборудования определяется числом базовых логических элементов, поэтому такой способ будет крайне расточительным.