осуществляется «сжатие» информации для передачи по меньшему числу линий связи, а затем путём дешифрации её восстановление в первоначальном коде.

При преобразовании одного вида кода в другой используют обратную структуру дешифратор-шифратор, с помощью которой исходный код после дешифрации (в виде одного активного логического сигнала среди пассивных) подаётся на вход шифратора, организованного таким образом, чтобы каждый входной код вызывал появление на выходе заданного выходного кода.

Задание для самоконтроля

1.Назовите число входов шифратора, шифрующего трёх и четырёх разрядные коды на выходе.

2.Каково функциональное назначение входа E1, выходов E0 и G шифратора?

3.На какой вход шифратора К555ИВ1 подан активный сигнал, если на его выходе устанавливаются следующие коды: 001, 100, 101, 111?

4.Какой код устанавливается на выходе шифратора К555ИВ1 при E1 = 0 и E1 =1, если активный сигнал подаётся на его следующие входы: 0; 2; 5; 7; 1 и 4; 2 и 7; 3; 5 и 6?

5.Сколько входов и почему имеет шифратор К555ИВ3?

6.На какой вход шифратора, приведённого на рис. 2.3, подан активный сигнал, если на его выходе устанавливаются следующие коды: 0101, 1011, 0111, 1110, 0110?

7.Какой код устанавливается на выходе шифратора 16→4 (рис. 2.3), если активный сигнал подаётся на следующие его входы: 3; 5; 7; 2 и 6; 9; 13; 14; 10 и 12; 5 и 11; 2; 7 и 9?

8.На какой вход шифратора 64→6 (рис. 2.4) подан активный сигнал, если на его выходе устанавливаются следующие коды:

001101; 001011; 101110; 110110; 111011; 111100?

29

9.Какой код устанавливается на выходе шифратора 64→6 (рис. 2.4), если активный сигнал подаётся на следующие его входы: 6; 18; 27; 34; 42; 58; 61; 3 и 15; 7 и 62; 5; 12 и 60?

10.Приведите примеры применения шифраторов.

3.МУЛЬТИПЛЕКСОРЫ И ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРЫ

3.1. Основные определения. Общие сведения

Мультиплексирование – это процесс последовательной передачи нескольких различных сигналов по одному каналу передачи информации в режиме разделения времени.

Демультиплексирование – это процесс последовательной передачи сигналов по одному из нескольких каналов передачи информации в режиме разделения времени.

Иными словами демультиплексирование – это процесс восстановления исходных сигналов из смешанного сигнала.

Процессы мультиплексирования и демультиплексирования можно проиллюстрировать схемой рис. 3.1. На этой схеме первый электромеханический шаговый искатель (ШИ1), используемый для мультиплексирования, подключает к каналу передачи информации (КПИ) в каждый момент времени один из информационных входов.

Демультиплексирование осуществляется таким же шаговым искателем (ШИ2), который переключается синхронно с ШИ1.

В интегральной схемотехнике функциональным устройством, реализующим процесс мультиплексирования, является мультиплексор. Процесс демультиплексирования реализуется в семействе ТТЛ с помощью дешифраторов, а в семействе КМОП – двунаправленными мультиплексорами, которые часто называют мультиплексорами – демультиплексорами.

Мультиплексоры и демультиплексоры занимают особое место в арсенале современных средств цифровых систем.

30

Мультиплексирование Демультиплексирование

Рис. 3.1. Процессы мультиплексирования и демультиплексирования

Назначение этих устройств в общем виде можно сформулировать следующим образом. Мультиплексоры используются для подключения выхода одного, выбираемого из нескольких, источника информации по входу общего приемника. При общем источнике информации и нескольких приемниках подключение входа одного выбираемого приемника к входу источника осуществляется демультиплексором.

3.2.Мультиплексоры

3.2.1.Условное графическое обозначение и принцип действия

Мультиплексор - это управляемый кодом электронный коммутатор, который соединяет один из своих m информационных входов с выходом (рис. 3.2). Десятичный номер соединяемого входа есть эквивалент двойного хода на n адресных входах. Информационные и адресные входы мультиплексора находятся в

следующем соотношении: m = 2n .

31

Кроме информационных и адресных входов, некоторые мультиплекаторы имеют еще разрешающий (стробирующий) вход Е с активным лог. “0”, то есть при E = 0 функционирование мультиплексора разрешено.

Рис. 3.2. Условное графическое обозначение мультиплексора

Условное графическое обозначение мультиплексора, имеющего восемь информационных D0 ...D7 , три адресных A0 ...A 2

входов, разрешающий вход Е, прямой Y и инверсный Y выход, приведено рис. 3.2. В основном поле мультиплексора указано обозначение выполняемой функции – MUX. Следует заметить, что адресные входы A0 ...A 2 обеспечивают выбор (селекцию) данных, то есть мультиплексоры способны выбирать (селектировать) определенный канал. Поэтому их иногда называют селекторами. Используется и двойное название мультиплексор-селектор, для обозначения которого ГОСТом предусмотрен символ MS.

Мультиплексор, представленный на рис. 3.2, реализует логическую функцию:

y =E(D0 A2 A1A0 +D1A2 A1A00 +D2 A2 A1A0 +D3 A2 A1A00 +D4 A2 A1A0 + +D5 A2 A1A00 +D6 A2 A1A0 +D7 A2 A1A0 )

32

и функционирует согласно табл. 3.1.

Если на стробирующем входе лог. “0” (E = 0 ), то управляющие входы A 0 ...A 2 выбирают в соответствии с двоичным кодом, поданным на эти входы, канал и соединяют его с выходами

Y иY .

Логический сигнал, соответствующий выбранному каналу,

проходит на выход Y в прямом виде (Di ), а на выход Y - в

инверсном ( Di ). Если E =1, то независимо от сигналов на адресных входах на прямом входе устанавливается сигнал лог. “0”, а на инверсном лог. “1”.

Мультиплексоры выполнены в виде отдельных ИМС, различаются числом информационных и адресных входов, отсутствием или наличием входа разрешение, а также видом выхода (стандартный и с тремя состояниями) и видом передачи информации - с инверсией и без инверсии. Некоторые мультиплексоры имеют два выхода как инверсный, так и прямой.

33

ИМС мультиплексоров ТТЛ и КМОП имеют существенные структурные и функциональные отличия, поэтому рассмотрим их раздельно.

3.2.2. Мультиплексоры ТТЛ

Семейство ИМС мультиплексоров ТЛЛ серий К155 и К555 представлено в табл. 3.2.

Мультиплексор К555КП7 (К155КП7), К555КП15 имеют организацию мультиплексирования восьми каналов в один (8→1). Принцип действия таких мультиплексоров, УГО и таблицы были рассмотрены выше (рис. 3.2 и табл. 3.1).

* ИМС не имеет входа стробированияЕ.

ИМС К555КП15 имеет три устойчивых состояния на выходе, то есть при Е=1 ее выходы Y и Y переходят в третье Z - состояние с высоким импедансом.

Мультиплексор К155КП5 в отличие от К155КП7 имеет только инверсный выход и не имеет входа стробирования.

34

ИМС К155КП1 имеет четыре адресных входа, 16 информационных входов и вход стробирования. Выход у этой схемы только инверсный. Все свойства и способы включения у нее аналогичны схеме К155КП7.

ИМС К555КП2 (155КП2), приведенная на рис. 3.3, включает два мультиплексора 4→1 с объединенными адресными входами A0 ,

A1 , разделенными входами стробирования E0 и E1 и прямыми (без инверсии) выходами Y0 и Y1. Такой мультиплексор реализует следующую логическую функцию:

y=E(D0 A1A0 +D1A1A0 +D2 A1A0 +D3 A1A0 )

ифункционирует согласно табл. 3.3.

а б Рис. 3.3. Условное графическое изображение ИМС К555КП2 (а) и

функциональная схема половины элемента (б)

35

на один из его информационных входов, десятичный номер которого есть эквивалент двоичного кода на адресных входах. На выходе другого мультиплексора (E1 =1) устанавливается лог. ”0”.

На рис.3.3,б приведена функциональная схема половины ИМС К555КП2 с цепями управления, которая представляет собой двухступенчатое устройство.

Таблица 3.3

Первая ступень выполнена на инверторах, вторая на логических элементах (ЛЭ) И-ИЛИ с использованием ключевых свойств функции И. В ИМС мультиплексоров ТТЛ, имеющих инверсный выход вместо ЛЭ И-ИЛИ, используется ЛЭ И-ИЛИ-НЕ.

Мультиплексоры К555КП12 и КП17 имеют организацию, аналогичную КП2, но выходы в отличие от КП2 имеют третье Z - состояние.

ИМСК555КП16, К555КП11 и К555КП14 (рис.3.4) - четыре мультиплексора, организованных для мультиплексирования двух каналов в один 4×(2→1), с общим дешифратором адреса А0.

36

мультиплексора есть эквивалент двоичного кода на адресных входах A1 и A0 .

а б Рис. 3.5. Условное графическое изображение ИМС К564КП1 (а)

и функциональная схема (б)

Если на вход Е подали сигнал лог. “1”, то выходы обоих мультиплексоров отключаются от входов и переходят в третье высокоимпеданское состояние.

Таким образом, на первый взгляд мультиплексоры ТТЛ и КМОП функционируют одинаково. Отличие легко уловить, рассмотрев их функциональные схемы (рис 3.3,б и рис 3.5,б). Функциональная схема ИМСК564КП1 состоит из восьми двунаправленных ключей WS, разделённых на две синхронно работающие группы по четыре ключа в каждой, и схемы управления

38

этими ключами, представляющей собой дешифратор 2→4 со стробированием (Е).

Таблица 3.4

Передаваемый через эти двунаправленные ключи сигнал может быть как цифровым, так и аналоговым, он может передаваться как с выбранного входа на выход (режим мультиплексора), так и с выхода распределяться по входам (режим демультиплексора). При этом невыбранные выходы такого демультиплексора (входы мультиплексора) Di,j находятся в высокоимпедансном Z – состоянии. ИМС К564КП1 имеет два источника питания Ucc1, общий GND, Ucc2. Разность напряжений Ucc2

– Ucc1 должна быть не более 15 В. Сигнал уровнем лог. “1” соответствует напряжению питания Ucc1, сигнал лог. “0” – напряжению общей точки.

Напряжение Ucc2 должно быть отрицательным по отношению к напряжению GND или равно ему. Диапазон напряжений сигналов, проходящих через ИМС, находится в пределах от Ucc1 до Ucc2. В табл. 3.5 представлены некоторые соотношения напряжений питания, управляющих сигналов, коммутируемых сигналов, а также диапазон изменения сопротивления открытого ключа мультиплексора.

Таким образом, отличительной особенностью КМОП – мультиплексоров от ТТЛ – мультиплексоров является возможность передавать как цифровые, так и аналоговые сигналы в двух

39

направлениях от входа к выходу и от выхода к входу, что позволяет использовать их как мультиплексоры, так и демультиплексоры цифровых и аналоговых сигналов.

3. 2. 4. Наращивание мультиплексоров

ИМС мультиплексоров имеют ограниченное число информационных входов (каналов передачи информации). Если необходимое число каналов превышает возможности одной ИМС, мультиплексоры наращивают в систему. В этом отношении мультиплексоры принципиально не отличаются от дешифраторов. Каскадирование ИМС мультиплексоров, как и дешифраторов, возможно по пирамидальной схеме и путём последовательного соединения их разрешаемых входов через внешние логические элементы или непосредственно друг с другом. Адресные входы наращиваемых мультиплексоров делятся, как и в случае наращивания дешифраторов, на старшие (СРА) и младшие (МРА) разряды адреса. СРА выбирают кристаллы (ИМС) адресуемого мультиплексора. Младшие разряды, поступая на адресные входы всех мультиплексоров, выбирают только один, соответствующий

40

канал передачи информации выбранного СРА кристалла, так как функционирование остальных кристаллов запрещено (табл. 3.6.).

Таблица 3.6

Выходы каскадируемых мультиплексоров объединяются следующим образом: неинвертирующие выходы - через логические элементы ИЛИ; инвертирующие выходы - через ЛЭ И – НЕ, которые реализуют функцию ИЛИ в отрицательной логике; выходы с третьим высокоимпедансным состоянием или открытым коллектором

41

объединяются согласно правилам монтажной логики. Рассмотрим несколько примеров каскадирования ТТЛ – мультиплексоров. На рис. 3.6 представлена пирамидальная схема мультиплексора 64→1, в которой двоичный код МРА подается параллельно на адресные входы всех мультиплексоров DD2…DD9. Однако с выходом Y соединяется лишь один соответствующий вход мультиплексора, выбранного кодом СРА через дешифратор DD1.

Рис. 3.6. Мультиплексор 64→1 с стробирующим входом DD1 – K5554D4; DD2…DD9 – K555KП7; DD10 – K555ЛА2

Реализация рассмотренной схемы возможна при наличии у мультиплексоров стробирующих входов Е. Наращивание мультиплексоров без входов стробирования возможно по

42

пирамидальной схеме, представленной на рис. 3.7. Двоичный код, поданный на МРА ( A0 ,A1,A 2 ) мультиплексоров DD1…DD8,

соединяет соответствующие входы с их выходами ( Y0 ...Y1 ). Однако с выходом Y будет соединён лишь один из них, десятичный номер которого есть эквивалент двоичного кода, поданного на СРА ( A 3 ,A 4 ,A 5 ) мультиплексора DD9.

Рис. 3.7. Мультиплексор 64→1 (без входов стробирования) DD1…DD9 – 155KП5

Схема мультиплексора 16→1 (рис. 3.8) иллюстрирует другой способ наращивания мультиплексоров путём последовательного

43

соединения входов стробирования через инвертор. Двоичный код, подаваемый на адресные входы A0 ...A 3 , определяет, какой из входов 0…15 будет соединён через логический элемент И-НЕ с выходом Y.

Рис. 3.8. Мультиплексор 16→1 на ИМС DD1,DD2 – K555KП7; DD3 –

K555ЛА3

Наращивание КМОП – мультиплексоров можно проводить аналогично рассмотренным выше схемам (рис. 3.6…3.8). Однако при этом следует учитывать некоторые особенности их схемотехники. Так, дешифратор К564ИД1 имеет выходной сигнал с активным уровнем, равным лог. “1”, а ИМС КМОП – мультиплексоров функционируют при стробирующем сигнале, равном уровню лог. “0” (Е=0). Следовательно, при каскадировании КМОП – мультиплексоров по схеме рис 3.6 выходы дешифратора следует соединять с соответствующими входами стробирования мультиплексоров через инверторы, и их выходы - по правилам монтажной логики (рис 3.9).

44

Адресные входы также разделены на МРА ( A0 ,A1,A2 ) и СРА ( A3 ,A4 ,A5 ) и выбирают соответственно каналы передачи информации и кристалл, в котором этот канал открывается. Стробирующий вход при Е=0 разрешает работу дешифратора DD1 в пределах табл. 3.6. При Е=1, при любых комбинациях СРА, на информационных выходах 0…7 дешифратора устанавливаются уровни лог. “0”, а на выходах инверторов - уровни лог. “1”, поэтому работа всех ИМС DD4…DD11 запрещена, все каналы, передающие информацию, закрыты.

Рис. 3.9. Мультиплексор 64:1 со стробирующим входом

DD1 – K564ИD1, DD2,DD3 - K564ЛН2; DD4…DD11 - K564КП2

45

Если в этой схеме (рис. 3.9) заменить ИМС 564КП2 на К564КП1, то получим двойной 32канальный мультиплексор (рис. 3.10).

Если необходимо построить один мультиплексор на двойных мультиплексорах на большее число входов, то можно использовать схему, приведённую на рис 3.11.

На рис. 3.12 приведен пример построения мультиплексора 8→1 на ИМС К564КП1. В этой схеме по сравнению с рисунком 3.11 вторая ступень мультиплексирования выполнена на двунаправленном ключе К564КТ3.

Рис. 3.10. Мультиплексор 2 × (32→1) DD1 – K564ИD1, DD2,DD3 -

K564ЛН2; DD4…DD11 - K564КП1

При наращивании КМОП – мультиплексоров возможно, аналогично рис. 3.8, последовательное соединение их входов

46

стробирования. На рис. 3.13 приведена схема двойного шестнадцатиканального мультиплексора, построенного по этому принципу.

Рис. 3.11. Мультиплексор 16→1 DD1, DD2, DD3 - K564КП1

47

цифровую, так и аналоговую информацию в двух направлениях: от входа к выходу и от выхода к входу, то есть их можно использовать как мультиплексоры – демультиплексоры.

3.2.5. Применение мультиплексоров

Мультиплексоры занимают особое место в арсенале современных средств цифровой техники. Мультиплексоры используются для трассировки передаваемых данных, временного уплотнения, разводки многословных данных, преобразования параллельного кода в последовательный и т. п.

Мультиплексоры могут оказаться весьма удобными конструктивными элементами при разработке комбинационных и даже последовательных схем. При этом сокращается число элементов и межэлементных соединений, а также объем пайки, уменьшается площадь печатных плат, стоимость элементов и монтажа.

В системах автоматики и телематики мультиплексоры обеспечивают подключение выходов отдельных устройств, например датчиков, к одному каналу передачи информации.

Схемы трассировки передаваемых данных, разводки многословных данных, временного уплотнения и преобразований параллельного кода в последовательный организуются согласно схеме каскадирования мультиплексоров, представленной на рис. 3.7, которая может обеспечить мультиплексную передачу данных с разделением 64 каналов по времени. Следует отметить, что двукратная инверсия данных исключает их инверсию на выходе.

Схема выбора одного из нескольких датчиков и подключение его к каналу передачи информации приведена на рис. 3.14.

49

3.2.6. Реализация произвольных логических функций алгебры логики на мультиплексорах

Если ФАЛ достаточно проста и подчиняется определенным правилам, то экономичнее её реализовать с помощью ИМС стандартных ЛЭ: И-НЕ, И, ИЛИ, ИЛИ-НЕ, исключающих ИЛИ и НЕ. Однако сложную случайную функцию более экономично реализовать с помощью мультиплексоров, которые являются универсальными ЛЭ. Полученная при этом схема компактна, гибка и её разработка проще.

На мультиплексорах, не имеющих вход стробирования Е, можно реализовать любую логическую функцию К+1 входной переменной, а на мультиплексорах, имеющих вход стробирования, - логическую функцию К+2 переменных, заменяя при этом несколько корпусов логических элементов малой степени интеграции. Здесь К

– число адресных входов мультиплексора. Известно несколько методов синтеза таких схем на основе карты Карно, таблицы истинности или логического уравнения.

Реализация ФАЛ, представленной картой Карно, на мультиплексорах

Наиболее просто логические функции реализуются на мультиплексорах, когда число логических переменных равно количеству их адресных входов.

В качестве примера рассмотрим логическую функцию y(x2 ,x1,x0 ) , соответствующую карте Карно (рис. 3.16,а). Анализ этой карты Карно показывает, что функцияy(x2 ,x1,x0 ) равна лог. «1» при следующих наборах переменных x2 ,x1,x0 : 001, 010, 011, 100, а лог. «0» при 000, 101, 110, 111. Следовательно, для реализации этой функции на мультиплексоре 8:1, например К555КП7 (рис. 3.16,б), достаточно на адресные входы A0 ,A1,A2 подать соответственно сигналы x0 ,x1,x2 , информационные входы Д1, Д2, Д3, Д4 соединить

52

с лог. «1», а входы Д0, Д5, Д6, Д7 – с лог. «0». Эту же функцию можно реализовать и на мультиплексоре 4:1, например половине ИМС К555 КП2, которая была рассмотрена выше и представлена на рис.3.3.

а б в Рис. 3.16. Реализация логической функции, заданной картой Карно

(а) на мультиплексоре 8→1 (б) и 4→1 (в)

В этом случае воспользуемся непосредственным анализом карты Карно (см. рис. 3.16,а). В качестве адресных выберем переменные x1,x0 .

Анализируя последовательно столбцы карты Карно,

(рис. 3.16,а) на половине ИМС К555КП2 следует на адресные входы А0 и А1 подать соответственно логические переменные x0 и x1 , на вход D0.0 −x2 , а на входы D1.0 ,D2.0 ,D3.0 − x2 (рис. 3.16,в).

53

Реализация ФАЛ, представленной таблицей истинности, на мультиплексорах

Для изложения этого метода воспользуемся предыдущим примером и реализуем логическую функцию, представленную картой Карно (см. рис. 3.16,а) на половине ИМС К555 КП2, выбрав в качестве адресных переменных

В этом случае число логических переменных ( x2 ,x1,x0 ) на единицу больше числа адресных входов мультиплексора ( A0 ,A1 ), поэтому синтез схемы выполняется иначе. Преобразуем карту Карно (см. рис. 3.16,а) в таблицу истинности (рис.3.17,а), добавив к ней для удобства один столбец слева (К), определяющий номера информационных входов, и один столбец справа (Дi), в котором записываются логические величины, поступающие на i вход.

Разобьем эту таблицу на группы по две строки. В каждой группе логические переменные x2 и x1 неизменны, x0 имеет два состояния ("0" и "1"), а выходной сигнал y может иметь одно из четырех состояний 1,0, x0 , x0 .

а

54

входы. По логическому выражению составим таблицу истинности (рис. 3.18,а), сгруппировав по два набора переменных так, что в каждой группе x2 x1x0 неизменны, x3 имеет два состояния, а выходной сигнал - одно из четырех значений y =1,y = 0,y = x3 ,y = x3 . Схемная реализация этой функции показана на рис. 3.18, б.

Приведенные примеры позволяют сформулировать следующий алгоритм реализации комбинационных функций на мультиплексорах:

-представить исходную ФАЛ в виде таблицы истинности, карты Карно или СНДФ;

-разделить входные логические переменные на адресные, информационные и стробирующие;

-определить значения информационных выходных переменных для всех наборов адресных логических переменных;

-изобразить логическую схему на мультиплексорах, реализующую требуемые функции.

Реализация ФАЛ, представленной логическим уравнением

Этот метод, как и предыдущие, удобнее рассматривать с помощью примеров, воспользовавшись сформулированным выше алгоритмом реализации комбинационных функций на мультиплексорах.

56

также следует подать x2 , так как Y0 = x2 при наборах x1x 0 (10) или x1x0 (11), а на вход D0 - x2 . Схема включения мультиплексора 4→1 для реализации рассмотренной функции приведена на рис. 3,16,в. Выполненный выше анализ фактически является сравнением исходного уравнения с уравнением мультиплексора 4→1, которое имеет вид: y = E(D0 x1x0 +D1x1x0 +D2 x1x0 +D3 x1x0 ) .

Поэтому на практике такой анализ необязателен. Достаточно сравнить уравнение мультиплексора с исходным уравнением, чтобы понять, что для его реализации следует принять

E=0, D0 = x2, D1 = x2, D2 = x2, D3 = x2 .

Врассмотренном примере за адресные входные переменные

можно принять также x2 x3 или x3 x1 , а за информационные соответственно x1 или x2. Попробуйте реализовать исходное уравнение при этих условиях самостоятельно и определите, какое из полученных решений оптимально. Такая работа даст вам возможность приобрести опыт в реализации комбинационных функций на мультиплексорах.

Аналогичным образом можно реализовать произвольную логическую функцию на мультиплексорах с числом адресных входов на единицу меньше количества входных переменных. Так, например, четырехместную логическую функцию

y = x3 x2 x1x0 + x3 x2 x1x0 + x3 x2 x1x0 + x3 x2 x1x0 + x3 x2 x1x0 + x3 x2 x1x0

реализуем на мультиплексторе 8→1. Для этого убедимся, что функция представлена в СНДФ. Затем разделим входные логические переменные x3 x2 x1x0 на адресные ( x3 x2 x1 ) и информационные ( x0 ). Сравним исходное уравнение с уравнением мультиплексора 8→1:

58

y = E(D0 x3 x2 x1 +D1x3 x2 x1 +D2 x3 x2 x1 +D3 x3 x2 x1 +D4 x3 x2 x1 +D5 x3 x2 x1 +

+D6 x3 x2 x1 +D7 x3 x2 x1)

иполучим, что

E =0, D0 = x0, D1 = x0 , D2 = x0, D3 =0, D4 =1, D5 = x0, D6 =0, D7 =0.

D4 = 1, так как сумма минтермов

x3 x2 x1x0 + x3 x2 x1x0 = x3 x2 x1(x0 + x0 ) = x3 x2 x11=1.

Схема включения мультиплексора 8→1 для реализации рассмотренной функции приведена на рис. 3.19,а.

Рассмотренное в этом примере исходное выражение может быть реализовано с использованием двух стробируемых мультиплексоров на 4→1 каждый.

Для этого сгруппируем минтермы, содержащие x3 и x3 :

y = x3 x2 x1x0 +x3 x2 x1x0 +x3 x2 x1x0 +x3 x2 x1x0 +x3 x2 x1x0 +x3 x2 x1x0 = = x3 (x2 x1x0 +x2 x1x0 +x2 x1x0 ) +x3 (x2 x1x0 +x2 x1x0 +x2 x1x0 ).

Каждое из выражений в скобках может быть реализовано мультиплексором 4→1 .

а б Рис. 3.19. Реализация логической функции четырех переменных на

ИМС К555 КП7 (а) и К555Кп2 (б)

59

код Хемминга или любые другие преобразователи, представив их таблицей истинности или логическими уравнениями.

3.3.Демультиплексоры

3.3.1.Общие сведения и принцип действия

Демультиплексоры – это управляемый кодом электронный распределитель, который принимает входной сигнал и направляет его на тот выход, десятичный номер которого есть эквивалент двоичного хода на адресных входах. Остальные выходы в этом случае находятся либо в неактивном состоянии, либо в высокоимпедансном (третьем) состоянии.

Всемействе КМОП в качестве демультиплексоров, как было рассмотрено выше, применяются мультиплексоры, которые одинаково хорошо работают как мультиплексоры, так и демультиплексоры для передачи аналоговых и цифровых сигналов, поскольку сигналы проходят через двунаправленные ключи WS (рис. 3.5,б). Еще раз напомним, что невозбужденные выходы демультиплексора находятся в третьем состоянии, поэтому, для того чтобы на этих выходах действовали нужные логические уровни, следует включать нагрузочный резистор или его эквивалент.

ВТТЛ в качестве демультиплексоров используются дешифраторы. Например, дешифратор K555ИD4 (см. рис. 1.2) может быть использован не только как дешифратор, но и как двойной демультиплексор с одного канала на четыре (1 → 4) и как демультиплексор с одного канала на восемь (1 → 8).

При организации демультиплексора 1→4 на ИМС K555ИD4

один вход схемы &E1 (&E0 ) может работать как вход данных, а

другой (E1) – как стробирующий, или наоборот, то есть

61

демультиплексор может принимать как прямой, так и инверсный код данных.

Демультиплексор 4→1 (см. рис. 1.2) имеет активный низкий вход разрешения Е1 и вход данных Е1, которым управляют адресные входы A 0 ,A1 . Функционирование такой системы описывает табл. 3.7.

Таблица 3.7

При организации демультиплексора 1→8 на ИМС K555ИД4 (см. рис. 1.5) следует стробирующий вход Е использовать как вход данных D, которым управляют адресные входы A0 ,A1,A2 . Функционирование такой схемы описывает табл. 3.8.

62

Таблица 3.8

Таким образом, дешифраторы ТТЛ могут выполнять функции демультиплексирования.

Каскадирование демультиплексоров осуществляется согласно рассмотренным выше схемам каскадирования дешифраторов и мультиплексоров.

3.3.2. Применение демультиплексоров

Демультиплексоры находят широкое применение в современных цифровых системах, например мультиплексных системах обмена информацией автомобилей, самолетов, тепловозов и других сложных объектов. Мультиплексоры в этих системах принимают от нескольких источников необходимую информацию и передают ее по одному каналу обмена информацией (КОИ) в режиме разделения времени в последовательном коде приемнику информации. В приемнике информации демультиплексор восстанавливает из смешанного сигнала исходную информацию, преобразуя последовательный код в параллельный. Следует заметить, что применение КМОПмультиплексоров позволяет передавать информацию по одному

63