55. Мультиплексоры и демультиплексоры: принцип действия, способы каскадирования, области использования

Мультиплексоры и демультиплексоры. Мультиплексором назы­вается комбинационное логическое устройство, предназначенное для управляемой передачи данных от нескольких источников ин­формации в один выходной канал.

Типовое применение мультиплексора — это передача информа­ции от нескольких разнесенных в пространстве источников (дат­чиков) информации на вход одного приемника. Предположим, что измеряется температура окружающей среды в нескольких поме­щениях и результаты этих измерений должны быть введены в од­но регистрирующее устройство, например ЭВМ. При этом, так как температура изменяется медленно, для получения достаточ­ной точности совсем не обязательно измерять ее постоянно. До­статочно иметь информацию через некоторые фиксированные про­межутки времени. Главное при этом, чтобы промежуток между двумя измерениями был существенно меньше постоянной време­ни, характеризующей изменение температуры в контролируемом помещении. Именно эту функцию, т. е. подключение различных источников информации к одному приемнику по заданной коман­де, и выполняет мультиплексор. Информацию, разнесенную в про­странстве, он преобразует к виду с разделением во времени.

Согласно определению, мультиплексор должен иметь один вы­ход и две группы входов: информационные и адресные. Код, по­даваемый на адресные входы, определяет, какой из информацион­ных входов в данный момент подключен к выходному выводу. Поскольку /г-разрядный двоичный код может принимать 2п значе­ний, то, если число адресных входов мультиплексора равно п, число его информационных входов должно равняться 2".

Таблица истинности, отображающая работу мультиплексора с двумя адресными входами, имеет следующий вид (табл. 16.3):

В данной таблице учтено, что мультиплексор обычно снабжа­ется дополнительными инверсным выходом Q я входом разреше-

ния работы Е. Если на вход разрешения работы Е подан актив­ный логический сигнал, (£-1), выходной сигнал мультиплексора постоянен и не зависит от его входных сигналов.

Функция алгебры логики, описывающая работу мультиплексо­ра, имеет вид

Логическая схема мультиплексора, соответствующая этой ФАЛ и условное графическое обозначение мультиплексора на примере ИС типа 555КП7 показаны на рис. 16.4 а, б. Число информационных входов реально выпускаемых промышленностью микросхем мультиплексоров не превышает 16.

Поэтому в случае необходимости иметь большее число входов из имеющихся микросхем строят структуру так на­зываемого мультиплексорного дерева. Проиллюстрируем построение мульти-плексорного дерева на примере устройства с 16 информационными входами построенного на основе четырехвходовых мультиплексоров. Его логическая схема приведена на рис. 16.5. Устройство содержит мультиплексоры первого и второго уровня. Мультиплексоры первого уровня управляются младшими раз­рядами адресного слова, мультиплексоры второго уровня — старшими разряда­ми адресного слова.

Рассмотрим работу схемы на конкретном примере. Допустим, задано ад­ресное слово ОНО. Входы Д, младшими разрядами адресного слова 10 под­ключаются к выходам мультиплексоров первого уровня.

На информационных входах мультиплексора второго уровня появятся соответственно сигналы х2, х6, хю и хц Из этих сигналов мультиплексор второго уровня по старшим раз­рядам адресного слова 01 выберет сигнал, присутствующий на его входе Dt.

В результате на выходе мультиплексорного дерева появится входной сигнал «е»-что и соответствует заданному адресу. По описанному алгоритму можно стро­ить устройства с любым необходимым числом входов. При этом следует пом­нить, что мультиплексоры одного уровня должны иметь одинаковое число ин­формационных входов. Число информационных входов мультиплексоров разных уровней может быть различным, что определяется суммарным числом информа­ционных входов и типом используемой элементной базы.

При передаче информации от нескольких источников по обще­му каналу с разделением по времени нужны не только мульти­плексоры, но и устройства обратного назначения, распределяющие информацию, полученную из одного канала между несколькими приемниками. Эту задачу решают демультиплексоры.

Демультиплексором называется комбинационное логическое устройство, предназначенное для управляемой передачи данных от одного источника информации в несколько выходных каналов.

С огласно данному определению, демультиплексор в общем случае имеет один информационный вход, п адресных входов и 2" выходов. Таблица истинности, описывающая работу демульти-плексора, снабженного двумя адресными входами и входом раз­решения работы Е, имеет вид (табл. 16.4)

Данной таблице соответствует следующая система ФАЛ: Q0 = DA1AQE=DiAl I Л01 Е, Q, = ОДЛо^ = ^1 Д I А, Ф £, (16.5)

Q2 = DA.AQ'E = D i л, i л0£,

Q3 = £>Л,Л0£ = 1П Л, ф Л0Я.

На рис. 16.6, а приведена логическая схема демультиплексора,. удовлетворяющая системе ФАЛ (16.5), а на рис. 16.6,6 показано его условное графическое изображение.

При необходимости увеличить число выходных выводов на основе рассмот­ренной схемы можно построить структуру демультиплексорного дерева. Его структура с точностью до зеркального отображения аналогична структуре муль-типлексорного дерева на рис 16.5.

100. Продолжение 2 При этом демультиплексор первого уровня также управляется младшими разрядами адресного слова, а демультиплексоры второго уровня — его старшими разрядами (рис. 16.7).

Следует отметить, что для построения демультиплексорного дерева входя­щие в его состав демультиплексоры должны быть обязательно снабжены вхо­дами разрешения работы (стробирования).

Преобразователи кодов. В цифровой технике применяются раз­личные виды кодирования информации. Так, при выполнении опе­раций в ЭВМ обычно применяют несколько разновидностей дво­ичного кода (прямой, обратный, дополнительный, двоично-деся­тичный и т. д.). При передаче информации по линиям связи удоб­нее использовать другие виды кодов, позволяющие, например, уменьшать вероятность появления ошибки или даже исправлять ее в дальнейшем. Примерами таких кодов являются коды, по­строенные по принципу 2 из 5 (в которых из пяти символов два всегда имеют единичное значение), коды с проверкой четности или нечетности, коды Хемминга.

В связи с этим всегда стоит задача преобразования информа­ции из одного кода в другой. Эту задачу на аппаратном уровне решают комбинационные устройства — преобразователи кодов.