4. Мультиплексоры и демультиплексоры

Назначение мультиплексоров (от английского multiplex — многократный) — коммутировать в заданном порядке сигналы, поступающие с нескольких входных шин на одну выходную. У мультиплексора может быть, например, 16 входов и 1 выход. Это означает, что если к этим входам присоединены 16 источников цифровых сигналов — генераторов последовательных цифровых слов, то байты от любого из них можно передавать на единственный выход. Для выбора любого из 16 каналов необходимо иметь 4 входа селекции (2^4=16), на которые подается двоичный адрес канала. Так, для передачи данных от канала номер 9 на входах селекции необходимо установить код 1001. В силу этого мультиплексоры часто называют селекторами или селекторами-мультиплексорами.

Мультиплексоры применяются, например, в МП 18088 для выдачи на одни и те же выводы МП адреса и данных, что позволяет существенно сократить общее количество выводов микросхемы; в микропроцессорных системах управления мультиплексоры устанавливают на удаленных объектах для возможности передачи информации по одной линии от нескольких установленных на них датчиков.

На рис.19 приведена схема двухканального мультиплексора, состоящего из элементов ИЛИ, НЕ и двух элементов И. А на рис.20 функциональная схема ИМС 74151 (отечественный аналог К155КП7) восьмиканального селектора-мульплексора, выводы которого имеют следующие значения: D0-D7 – входы, GND – общий, VCC – напряжение питания 5 В, G` - вход разрешения (активный уровень – низкий), Y и W- прямой и инверсные выходы, A, B, C – адресные входы 2^0, 2^1, 2^2.

Рис.19 Рис.20

Двухканальный мультиплексор на рис.21 дополнительно содержит вход разрешения G` (строб) с активным сигналом низкого уровня (аппаратно реализован использование трехвходовых элементов И, чаще всего обозначается символом Е – Enable) и входом OE (Output Enable) разрешения входа с активным сигналом низкого уровня (реализован применением на выходе буферного элемента с тремя состояниями)

.

Рис.21

Из результатов моделирования двухканального мультиплексора с помощью логического преобразователя убеждаемся, что его выходной сигнал описывается булевым выражением OUT=BC'+AC, т.е. сигнал из канала В проходит на выход при адресном входе С=0, а из канала А — при С=1, что и соответствует логике работы мультиплексора.

При каскадировании можно использовать комбинацию из нескольких мультиплексоров. Например, четырехканальный мультиплексор на рис.22 составлен из трех по схеме рис.19. При этом два «входных» мультиплексора управляются младшим адресом Ао, а третий «выходной» старшим адресом А1: при комбинации 10 на выход Y проходит сигнал X1, при 00 – сигнал X2, при 11 – X3, при 01 – X4.

Рис.22

В случае мультиплексоров, снабженных входом OE, каскадирование упрощается. Например, для организации четырехканального мультиплексора достаточно использовать два по схеме рис.21. В этом случае входы мультиплексоров объединяются непосредственно а входы OE (с элементом НЕ на одном из них) используются для управления старшим А1 адресом.

Демультиплексоры в функциональном отношении противоположны мультиплексорам. С их помощью сигналы с одного информационного входа распределяются в требуемой последовательности по нескольким выходам. Выбор нужной выходной шины, как и в мультиплексоре, обеспечивается установкой соответствующего кода на адресных входах. При n адресных входах демультиплексор может иметь до 2^n выходов.

Принцип работы демультиплексора поясним с помощью схемы на рис.23, на котором обозначено: Х — информационный вход, А — вход адреса, YO, Y1 — выходы. Схема содержит два элемента И и один элемент НЕ. Из рис.23 нетрудно видеть, что при А=0 сигнал информационного входа передается на выход YO, а при А=1 — на выход Y1. Следует отметить, что промышленностью демультиплексоры как таковые не выпускаются, поскольку режим демультиплексора может быть реализован как частный случай в других устройствах — дешифраторах, о которых речь пойдет далее.

Рис.23

Рассмотренные устройства используются для коммутации цифровых сигналов. Для коммутации аналоговых сигналов промышленностью выпускаются многоканальные КМОП-коммутаторы с цифровым управлением. Это, например, ИМС серий 543, 590, 591, 1104 и другие.