Мультиплексоры

Мультиплексор – это функциональный узел, осуществ-ляющий подключение (коммутацию) одного из нескольких вхо-дов данных к выходу. Номер выбранного входа соответствует коду, поданному на адресные входы мультиплексора. Аналогично дешифраторам, мультиплексоры бывают полными и неполными. В мультиплексоре имеются информационные, адресные входы и, как правило, разрешающие (стробирующие). Разре-шающие входы используют для расширения функциональных возможностей мультиплексора. Они используются для наращи-вания разрядности мультиплексора, синхронизации его работы с работой других узлов. Сигналы на разрешающих входах могут разрешать, а могут и запрещать подключение определенного входа к выходу, т. е. могут блокировать действие всего устройства. Мультиплексоры обозначают как MUX (от англ. multiplexor) или MS (от англ. multiplexor selector). Схематически мультиплексор можно изобразить в виде коммутатора, обеспечивающего подключение одного из нескольких входов (их называют информационными) к одному выходу устройства. Рассмотрим функционирование четырехвходового мультиплексора (4→1), который условно изображен в виде коммутатора(рис.21.1,а), а состояние его входов D1, D2, D3, D4 и выхода Y приведено на рис. 21.1, б. Исходя из таблицы, можно записать следующее уравнение: Y = D0(40 41) + D1(A0 41) + D2(40 A1) + D3(A0A1). (21.1)

  

Рис.21.1. Упрощенное представление мультиплексора в виде коммутатора (а) и таблица состояний мультиплексора (б)

 

На рис. 21.2 показаны условное графическое обозначение и реализация такого устройства.

Рис. 21.2. Четырехвходовый мультиплексор: условное графическое обозначение (а) и его реализация на логических элементах (б)

Основой данной схемы являются схемы совпадения на элементах И, которые при логическом уровне «1» на одном из своих входов повторяют на выходе то, что есть на другом входе.

 

Мультиплексор предназначен для коммутации N каналов входных сигналов на одно устройство обработки в задаваемой очередности.


 


Рис. 21.3. Функциональная схема MS типа КП5

 

 

На рис. 21.3 изображена функциональная схема ИС типа K155КП5. В ее основе лежит логический элемент DD1, который работает так: на его выход передается с инверсией сигнал, равный сумме частных произведений входных сигналов ЛЭ "И". На каждую схему "И" подается входной сигнал с одного из каналов информации (входы D0 – D7) и одна из комбинаций сигналов, подаваемых на адресные входы 1, 2, 4. Двоичный номер канала X1, X2, X4, подаваемый на входы 1, 2, 4 определяет, сигнал какого из каналов информации D(X2, X1, X0) будет передан на выход. Например, на входе четвертого ЛЭ "И" действует сигнал, равный D4X4X2X1. Если на адресные входы подать код 1002 , то единичное значение примет только один набор переменных X1, X2, X4 для четвертого канала – X4X2X1. Поэтому только сигнал D4 умножается на 1 и пропускается на выход ИС с инверсией.

Мультиплексор можно использовать в качестве универсального логического элемента для реализации любой функции с числом переменных, равным числу адресных входов мультиплексора.

При этом на входы D0 – D7 (для КП5) подаются либо логический 0, либо логическая единица с инверсией по отношению к выходной переменной в таблице истинности (номер набора совпадает с номером входа). Входные сигналы подаются на адресные входы.

Такой способ реализации ЛЭ может дать экономию при использовании микросхем. Условные графические обозначения некоторых мультиплексоров приведены на рис. 21.4 а - в.

Если необходимо расширить число входов, то используют каскадное включение мультиплексоров. Принцип наращивания числа каналов основывается на использовании входов стробирования.

Схема мультиплексора с четырьмя входами (4→1), построенного на основе мультиплексоров (2→1), приведена на рис. 21.5.

В 64-канальном мультиплексоре (рис. 21.6) код X5, X4, X3 определяет номер выхода дешифратора, на котором будет действовать уровень логической 1 и, следовательно, номер MS, находящегося в рабочем состоянии (у других MS на выходе постоянно уровень логической 1). На выходе выбранного MS (с инверсией) и на выходе ЛЭ 8И-НЕ (без инверсии) будет действовать сигнал i-го канала, определяемого кодом X2, X1, X0. 

Мультиплексоры являются универсальными логическими устройствами, на основе которых создают различные комбинационные и последовательностные схемы. Мультиплексоры могут использоваться в делителях частоты, триггерных устройствах,


 


Рис. 21.4. ИМС мультиплексоров: а – К155КП1, б – К155КП2, в – К155КП5

 

 

 

 

Рис. 21.5. Каскадное включение мультиплексоров

 

 

 

сдвигающих устройствах и др. Мультиплексоры часто используют для преобразования параллельного двоичного кода в последовательный. Для такого преобразования достаточно подать на информационные входы мультиплексора параллельный двоичный код, а сигналы на адресные входы подавать в такой последовательности, чтобы к выходу поочередно подключались входы, начиная с первого и кончая последним. 

Рис. 21.5. 64-канальный мультиплексор