Лекция №

Комбинационные устройства

Мультиплексоры

Мультиплексор (multiplexer) – это цифровое устройство, предназначенное для передачи данных от одного из m-источников, избираемого в соответствии с его n-разрядным адресом к общей выходной линии.

Т. е. Назначение МХ коммутировать желаемом порядке информацию, поступающую с нескольких входных шин на одну выходную. С помощью МХ осуществляется временное разделение информации, поступающим по разным каналам.

Число информационных входных каналов МХ и число адресных входов связаны соотношением:

Входные и выходные сигналы МХ могут быть представлены как в цифровой, так и в аналоговой форме, а адресация выбора входных каналов данных осуществляется в цифровой форме. Для коммутации аналоговых сигналов используются двунаправленные КМОП ключи.

Условное изображение восьмивходового мультиплексора. MS – (multiplexer-selector).

Данный MS имеет три адресных входа и восемь информационных входов и один выход .

На адресных входах могут быть сформированы двоичные коды от 000 до 111, которые соответствуют адресам от источников данных от 0 до 7.

– вход разрешения выхода, расширяет возможности мультиплексора.

Рассмотрим простейший мультиплексор вида 2:1 («две линии к одной»).

Условное графическое изображение

Логическая структура

Таблица истинности

Вход	Выход

Т. е. – – Условиее функционирования

Эти условия могут быть переписаны в виде логического уравнения:

Данный принцип положен в основу построения и более сложных мультиплексоров. Рассмотрим логическую структуру реального мультиплексора 4:1 (половина ИС К155КП2).

Таблица истинности

Входы			Выход F
0 0 0 0 1	0 0 1 1	0 1 0 1	X0 X1 X2 X3 X4

Логическое уравнение

Логическая структура

Из таблицы истинности и логического уравнения работы следует, что двоичный код на адресных входах эквивалентны индексу информационного входа.

Вход – разрешающий, при схема работает как при на одном из входах элементов И – логический 0 и на выходе .

Условное графическое изображение.

Обычно информационные входы обозначают (data – вход данных), SED(SE) –адресный вход.

Применение мультиплексоров

1. Основное – мультиплексор/селектор.

2. Преобразователь параллельного кода в выходной последовательный кода

Для выполнения этой функции параллельный m-разрядный код подают на m информационных входов , а затем проводят последовательный стробируемый опрос указанных входов.

3. Универсальный логический элемент (генерирование логических функций n+1 аргументов), где n – число адресных входов мультиплексора.

Применение как универсального логического элемента оправдано, когда число переменных достаточно велико: 4-5 и более. В этом случае один может заменить несколько корпусов ЛЭ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

Это свойство основано на общем свойстве логических функций принимать два значения 0 или 1.

.

Пример: функция ­– исключающее ИЛИ.

0 1 0 1	0 0 1 1	0 1 1 0

Подавая на адресные входы переменные и зная, какой выходной уровень должен отвечать каждому сочетанию, установив на информационных входах соответствующие уровни, изучим требуемое логическое устройство.

Если число аргументов равно n+1, то следует включать несколько иначе.

Пусть требуется составить схему регулирующую функцию трех переменных.

;

Составим таблицу истинности:

Таблицу составляют по группам по две строки в каждой: в каждой группе и – неизменны, а принимает два состояния 0 или 1. Тогда выходной сигнал может иметь одно из 4-х состояний . Подавая на адресные выходы , а на информационные входы сигналы согласно таблице истинности, получаем требуемое логическое устройство.

				Прин.
0 0	0 0	0 1	1 1
0 0	1 1	0 1	0 1
1 1	0 0	0 1	0 0
1 1	1 1	0 1	1 0

Способы наращивания мультиплексоров

У , выпускаемых в виде самостоятельных изделий, число входов не превышает 16. Большее число входов обеспечивается путем наращивания.

Наращивание можно осуществлять двумя способами:

Каскадный (пирамидальный метод).

Пирамидальный строят по ступенчатому принципу.

Каждая ступень, начиная с первой, имеет больше входов, чем последующая.

Младшие разряды кода адреса подаются на адресные входы первой ступени, а ступеням более высокого ранга соответствуют старшие разряды адресного кода.

Варианты мультиплексора

16:1 на основе 4:1.

Недостатки данного способа:

1. Повышенный расход микросхем.

2. Сравнительно невысокое быстродействие из-за суммирования задержек при последовательном прохождении сигналов по ступеням пирамиды.

реализует следующую логическую функцию:

Поэтому при коде

Последовательный способ

Состоит в последовательном соединении разрешающих входов и внешних логических элементов.

Адресные входы низших разрядов .

Параллельное наращивание

При параллельном построении используют мультиплексоры с трехстабильными выходами, которые могут быть переведены в высокоимпедансное состояние единичным сигналом на входе разрешения , а при реализации сигнала на выход передается информационного входа, избранного адресным кодом .

Входами разрешения управляет дешифратор . Поэтому в любой момент времени на выходах всех , кроме одного, будет реализовано z-состояние.

Выбор канала передачи осуществляется двумя цепями:

1. Цепью выбора . Сигналы в этой цепи формирует дешифратор и они поступают на входы разрешения .

2. Цепью, формирующей адресный код . Этот код воздействует одновременно на входы всех мультиплексоров схемы.

Работа схемы описывается следующими логическими уравнениями:

Где EMBED Equation.3

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

Подключение к выходной линии большого числа выходов в параллель, приводит к суммированию их выходных емкостей, а, следовательно, и к снижению быстродействия схемы.

Демультиплексоры

Демультиплексоры в функциональном отношении противоположно мультиплексорам. Здесь сигналы с одного информационного входа распределяются в желаемой последовательности по нескольким выходам. Выбор нужной выходной линии обеспечивается кодом на адресных входах.

Если число адресных входов – , то число выходов. Идею работы демультиплексора рассмотрим на простейшем примере:

Вход x – информационный

А – адресный, определяет на каком из выходов будет формироваться сигнал x.

При

Демультиплексоры с большим числом выходов работают по тому же принципу, только имеют более сложную схему. Примером служит вида 1 : 4.

Здесь – адресные входы; – информационный; – разрешающий.

Входы				Выходы
0 0 1 1	0 1 0 1	X X X X	0 0 0 0 1	X 0 0 0 0	0 X 0 0 0	0 0 X 0 0	0 0 0 X 0

Номера выходных выходов соответствуют двоичному коду на адресных входах.

Если у 1 : 4 на информационном входе поддерживается потенциал «1», а на входе – «0», то прибор будет работать как дешифратор 2 : 4.

Для увеличения числа выходов демультиплексоров применяется наращивание: