Мультиплексоры и демультиплексоры
В цифровых устройствах часто возникает задача передачи цифровой информации от т различных устройств к п приемникам через канал общего пользования. Для этого на входе канала устанавливается устройство, называемое мультиплексором, которое согласно коду адреса Ат подключаем к каналу один из источников информации, а на выходе канала устройства демультиплексор обеспечивает передачу информации к приемнику, имеющему цифровой адрес Ап. Мультиплексор и демультиплексор включают в себя дешифратор адреса. Сигналы дешифратора управляют логическими вентилями, разрешая передачу информации только через один из них.
Мультиплексор– комбинационное функциональный узел, который коммутирует в желаемом порядке информацию, поступающую с нескольких входных шин на одну выходную. С помощью мультиплексора осуществляется временное разделение информации, поступающей по разным каналам. Мультиплексор можно уподобить бесконтактному многопозиционному переключателю.
Мультиплексоры обладают двумя группами входов и одним выходом. Одни входы информационные, а другие служат для управления. К ним относятся адресные и разрешающие (стробирующие) входы. Если мультиплексор имеет n адресных входов, то число информационных входов будет 2n. Набор сигналов на адресных входах определяет конкретный информационный вход, который будет соединен с выходным выводом.
Разрешающий вход управляет одновременно всеми информационными входами независимо от состояния адресных входов. Запрещающий сигнал на этом входе блокирует действие всего устройства. Разрешающий вход также используется для наращивания разрядности мультиплексоров.
Логика функционирования мультиплексора для т = 4 описывается табл. 5.6, где х0 ,..., х3 - выходы независимых источников информации.
Таблица 5.6
| Вход | Адрес А1 А0 | Выход Y |
 X3X2X1X0
| 0 0 0 1 1 0 1 1 | X0 X1 X2 X3 |
Простейший мультиплексор, реализующий заданное табл. 5.6 преобразование, можно построить на логических элементах И, ИЛИ и линейном дешифраторе (рис. 5.7,а). В такой структуре выход мультиплексора X устанавливается с задержкой адресных сигналов в трех логических ступенях Быстродействие мультиплексора можно увеличить, если совместить дешифратор адреса и информационные вентили (рис. 5.7,6). Вход С (рис. 5.7,в) обеспечивает передачу информации в канал только в разрешенные строб-импульсом моменты времени.
Рис. 5.7
Увеличение количества переключаемых источников и приемников цифровой информации достигается многоступенчатым включением мультиплексоров и демультиплексоров. Если выходы мультиплексоров первой ступени подключить ко входам мультиплексора второй ступени, образуется так называемое мультиплексорное дерево.
Рассмотрим некоторые схемотехнические применения мультиплексоров. Можно использовать мультиплексор в качестве преобразователя параллельного m-разрядного двоичного кода в последовательный. Для этого достаточно на входы мультиплексора подать параллельный код и затем последовательно изменять код адреса в требуемой последовательности. При этом во избежание появления ложного сигнала на выходе мультиплексора строб-импульс на время переключения адреса должен отключать выход от входов.
Мультиплексоры можно использовать так же для построения логических функции нескольких переменных в виде дизъюнктивной нормальной формы. Пусть в качестве примера необходимо реализовать логическую функцию
.
Данная логическая функция определена только пятью независимыми переменными. Если все пять переменных подать на адресные входы соответствующего мультиплексора, имеющего 25= 32 информационных входа, то для получения на выходе у любой функции пяти переменных достаточно подать «логические 1» на информационные входы, адрес которых совпадает с минтермами синтезируемой функции. На остальные входы аналогично входу D1 (рис.5.8) необходимо подать «логические 0» исключив тем самым соответствующие комбинации из выходной функции. Такой метод приемлем, если функция т переменных содержит близкое к 2m количество минтермов. В противном случае схема получается избыточной. Мультиплексор можно использовать более эффективно если аргументы функции подавать не только на адресные, но и на информационные входы. Для этого аргументы синтезируемой функции f(x1, ... , хт) разделяются на информационные входы Dj и адресные входы Aj так, чтобы адресными входами управляли переменные, наиболее часто входящие в минтермы функции.
 |
Рис. 5.8
Алгоритм синтеза логического устройства на основе мультиплексора включает в себя следующие операции: исходная функция приводится путем тождественных преобразований к СДНФ; для полученной СДНФ строится карта Карно; на карте Карно выделяются области, элементы которой имеют одинаковые адреса; для каждой адресной области определяется минимальная форма относительно переменных, подаваемых на информационные входы; согласно полученным минимальным формам реализуется схема управления каждым информационным входом мультиплексора.
Проиллюстрируем алгоритм на рассматриваемом примере.
Дополним каждый минтерм недостающими аргументами:
.
Дополняя аналогично каждый минтерм, получим из выражения СДНФ:
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+.
Для функции построим карту Карно, распределив для наглядности адресные переменные по строкам и столбцам (рис. 5.9,а).
На карте Карно выделены области D0, D1 , D2, D3,определяющие функции управления соответствующим информационным входом мультиплексора.