2.4.1.2 Мультиплексоры и демультиплексоры

Мультиплексор- это логическое устройство, осуществляющее подключение (коммутацию) одного из нескольких входных сигналов к выходу. Номер выбранного входа соответствует двоичному коду, поданному на адресные шины мультиплексора (рис. 2.11) На рисунке обозначено: А- адресные шины, D- шины входных данных, Е- разрешающий вход.

Рис. 2.11

Рис.2.12

На выходе мультиплексора организуется функция, определяемая следующим логическим уравнением:

(2.8)

Из уравнения (2.8) следует, что выходная функция мультиплексора представляет собой сумму конъюнкций, каждая из которых равняется произведению одного из минтермов m_iБулевой функции отnпеременных А_n-1…А₀на на входную переменнуюD_iшины данных. Пример рис.2.12, где изображен вариант схемы мультиплексора с двухразрядной адресной шиной (или просто мультиплексор четыре в один), показывает, что составной частью мультиплексора обязательно является дешифратор, с помощью которого создаются все необходимые минтермы, поступающие на входы схем И-ИЛИ. вместе с информационными сигналамиD_I. Перевод мультиплексора в рабочее состояние обеспечивается с помощью еще одного логического элемента И.

По тем же причинам, что и дешифраторы, дискретные мультиплексоры могут обрабатывать ограниченное число входных сигналов. В общем случае расширение коммутирующих возможностей мультиплексоров достигается их каскадным включением. Сначала рассчитывается число адресных шин mиз условия 2^mN, гдеN- общее число коммутируемых сигналов. Затем определяется число каскадов К из неравенства (K-1)nNKn, ,гдеn- число коммутируемых сигналов одного мультиплексора ( в случае однотипных мультиплексоров). По числу разрядных шин составляетсяm- разрядное двоичное слово, которое разбивается на группы в соответствии с разрядностью типа выбранного мультиплексора. Для выделенных групп создаются их собственные минтермы, используемые в качестве разрешающих сигналов Е для каждого каскада. И, наконец, выходы каждого из каскадов собираются на входах схемы ИЛИ.

Мультиплексоры, помимо своего прямого назначения используются и для решения других функциональных задач цифровой техники, в том числе как одного из средств реализации логических функций после приведения их к виду СДНФ. Рассмотрим, например, задачу синтеза функции исключительного ИЛИ (или суммы по модулю два). Логическое уравнение этой функции имеет вид , то есть представляет сумму двух минтермов. Если рассматривать переменные А и В как адресные сигналы мультиплексора и взять за основу мультиплексор 4-1, то выходная функция мультиплексора запишется в виде:

(2.9)

Сопоставляя (2.9) с требуемым описанием функции , получим требуемые значенич сигналов шины данных: D₀=D₃= 0, D₁=D₂=1.

Рассмотрим теперь задачу демультиплексирования, то есть задачу обратного распределения собранных на выходе мультиплексора входных данных по своим индивидуальным приемникам. Эту функцию успешно выполняет дешифратор, если к его разрешающему входу подключить мультиплексированную шину данных, а в качестве входных сигналов использовать сигналы адресной шины мультиплексора, как это показано на рисунке 2.13. Пусть, например,,а остальные минтермы равны нулю. Легко увидеть, что значение сигналаD₀примет выход дешифратора с индексом 0. При единичных значениях других минтермов информационные сигналыDвыделятся на выходах 1, 2, 3.

Рис.2.13

Мультиплексоры входят в многие отечественные и зарубежные серии интегральных микросхем. Некоторые из них: микросхема К155КП1- 16-канальный мультиплексор; К564КП1-сдвоенный четырехканальный мультиплексор; К564КП2- восьмиканальный мультиплексор.