5.2. Мультиплексори й демультиплексори.

В цифрових пристроях часто виникає завдання передачі цифрової інформації від т різних пристроїв до п приймачів через канал загального користування. Для цього на вході каналу встановлюється пристрій, називаний мультиплексором, що відповідно до коду адреси А_т підключає до каналу одне із джерел інформації, а на виході каналу пристрій демультиплексор забезпечує передачу інформації до приймача, що має цифрова адреса . Мультиплексор і демультиплексор містять у собі дешифратор адресию Сигнали дешифратора управляють логічними вентилями, дозволяючи передачу інформації тільки через один з них. Логіка функціонування мультиплексора для т = 4 описується табл. 5.9, де х₀, ..., х₃ - виходи незалежних джерел інформації. Логіка функціонування демультиплексора для випадку п=4 ілюструється табл. 5.10, де - входи приймачів інформації.

Найпростіший мультиплексор, що реалізує задане табл. 5.9 перетворення, можна побудувати на логічних елементах І, АБО й лінійному дешифраторі (рис. 5.15, а). У такій структурі вихід мультиплексора Х установлюється із затримкою адресних сигналів у трьох логічних щаблях. Швидкодію мультиплексора можна збільшити, якщо сполучити дешифратор адреси й інформаційні вентилі (рис. 5.15, б). Вхід С (рис. 5.15, в) забезпечує передачу інформації в канал тільки в дозволені строб-імпульсом моменти часу.

Аналогічно можна побудувати мультиплексори (рис. 5.16, а, б, в) відповідно до табл. 5.10.

Збільшення кількості джерел, що перемикають, і приймачів цифрової інформації досягається багатоступінчастим включенням мультиплексорів і демультиплексорів. Якщо виходи мультиплексоіов першого щабля підключити до входів мультиплексора другого щабля, утвориться так зване мультиплексорное дерево (рис. 5.17, а). Аналогічно будується демультиплексорное дерево (рис. 5.17, б).

Розглянемо деякі схемотехнічні застосування мультиплексорів. Можна використовувати мультиплексор як перетворювач паралельного -розрядного двійкового коду в послідовний. Для цього досить на входи мультиплексора подати паралельний код і потім послідовно' змінювати код адреси в необхідній послідовності. При цьому щоб уникнути появи помилкового сигналу на виході мультиплексора строб-імпульс на час перемикання адреси повинен відключати вихід від входів.

Аналогічно демультиплексор, виходи якого підключаються до входів запам'ятовувального регістра, можна використати для перетворення послідовного коду в паралельний.

Мультиплексори можна використовувати також для побудови логічних функцій декількох змінних у вигляді диз’юктивної нормальної форми. Нехай як приклад необхідно реалізувати логічну функцію

(5.7)

Дана логічна функція визначена тільки п'ятьма незалежними змінними. Якщо всі п'ять змінних подати на адресні входи відповідного мультиплексора, що має 2⁵=32 інформаційних входу, то для одержання на виході у будь-якої функції п'яти змінних досить подати «логічні I» на інформаційні входи, адреса яких збігається із мінтермами синтезованої функції. На інші входи аналогічно входу (рис. 5.18) необхідно подати

«логічні 0», виключивши тим самим відповідні комбінації з вихідної функції. Такий метод прийнятний, якщо функція т змінних містить близьке до 2^т кількість мінтермів. У противному випадку схема виходить надлишковою. Мультиплексор можна використати більш ефективно, якщо аргументи функції подавати не тільки на адресні, але й на інформаційні входи. Для цього, аргументи синтезованої функції розділяються на інформаційні входи і адресні входи так, щоб адресними входами управляли змінні, що найбільш часто входять у мінтерми функції. Алгоритм синтезу логічного пристрою на основі мультиплексора заключає у собі наступні операції: вихідна функція приводиться шляхом тотожних перетворень до СДНФ; для отриманої СДНФ будується карта Карно; на карті Карно виділяються області, елементи якої мають однакові адреси; для кожної адресної області визначається мінімальна форма відносно змінних, поданих на інформаційні входи; згідно отриманим мінімальним формам реалізується схема керування кожним інформаційним входом мультиплексора.

Проілюструємо алгоритм на розглянутому прикладі (5.7).

Доповнимо кожен мінтерм відсутніми аргументами:

Доповнюючи аналогічно кожен мінтерм, одержимо з виразу (5.7) СДНФ:

(5.8)

Для функції (5.8) побудуємо карту Карно, розподіливши для наочності адресні змінні по рядках і стовпцях (рис. 5.19, д).

На карті Карно виділені області D_o, D₁, D₂, D₃, що визначають функції керування відповідним інформаційним входом мультиплексора.

Мінімізуємо функції керування

(5.9)

Реалізуємо функції (5.9) на логічних елементах І, АБО, НЕ (рис. 5.19, б).

Якщо в розпорядженні користувача є 3-адресний мультиплексор, то для його восьми інформаційних входів карта Карно (рис. 5.20, а) розбивається на 8 областей D_o, ..., D₇, для яких одержуємо наступні функції керування:

Реалізація функції (5.7) на 3-адресному мультиплексорі (рис. 5.20, б) вимагає додатково лише один логічний елемент І.

У табл. 5.11 наведені основні параметри найбільш широко застосовуваних мультиплексорів, демультиплексорів й аналогових комутаторів, а на рис. 5.21 - функціональне призначення виводів мікросхем.