Мультиплексоры, демультиплексоры

Мультиплексор – это комбинационная многовходовая схема с одним выходом. Мультиплексоры осуществляют подключение одного из входных каналов к выходному под управлением управляющего (адресующего) слова. Входы мультиплексора подразделяются на информационные,, …, и управляющие (адресные),, …,. Обычно, где k и n – число адресных и информационных входов соответственно. Двоичный код, поступающий на адресные входы, определяет (выбирает) один из информационных входов, значение переменной с которого передается на выход F, т. е. мультиплексор реализует функцию:

Работу мультиплексора можно упрощенно представить с помощью
многопозиционного ключа. Для одноразрядного мультиплексора такое представление мультиплексора показано на рис. 20. Адресующий код А задает переключателю определенное положение, соединяя с выходом F один из информационных входов. При нулевом адресующем коде переключатель занимает верхнее положение, с увеличением кода на единицу переходит в соседнее положение и т. д.

Рис. 20

Вариант схемной реализации мультиплексора 4-1 («четыре в один», т. е. коммутирующего данные от одного из четырех входов на единственный выход) приведен на рис. 21. Мультиплексор построен как совокупность двухвходовых конъюнкторов (их число равно числу информационных входов), управляемых выходными сигналами дешифратора, дешифрирующего двоичный адресный код. Выходы конъюнкторов объединены схемой ИЛИ.

Рис. 21

В интегральном исполнении применяется более простая схема, в которой конъюнкторы дешифратора одновременно выполняют и функцию конъюкторов данных. Работа мультиплексора при этом описывается соотношением

которое иногда называется мультиплексной формулой. Из выражения следует, что при любом значении адресующего кода все слагаемые, кроме одного, равны нулю. Ненулевое слагаемое равно, где i – значение текущего адресного кода.

В соответствии с этим соотношением строятся реальные схемы мультиплексоров. На рис. 22 приведена такая схема для мультиплексора «четыре в один». Как правило, схема дополняется входом разрешения работы Е (показан пунктирной линией). При отсутствии разрешения работы (Е=0) выход F становится нулевым независимо от комбинации сигналов на информационных и адресных входах мультиплексора.

Рис. 22

В стандартных сериях размерность мультиплексоров не более 16×1.

Рис. 23

В тех случаях, когда функциональные возможности ИС мультиплексоров не удовлетворяют разработчиков по числу информационных входов, прибегают к их каскадированию с целью наращивания числа входов до требуемого значения. Наиболее универсальный способ наращивания размерности мультиплексора состоит в построении пирамидальной структуры, состоящей из нескольких мультиплексоров. При этом первый ярус схемы представляет собой столбец, содержащий столько мультиплексоров, сколько необходимо для получения нужного числа информационных входов. Все мультиплексоры этого столбца коммутируются одним и тем же адресным кодом, составленным из соответствующего числа младших разрядов общего адресного кода. Старшие разряды адресного кода используются во втором ярусе, мультиплексор которого обеспечивает поочередную работу мультиплексоров первого яруса на общий выход.

Пирамидальная схема, выполняющая функции мультиплексора «32-1» и построенная на мультиплексорах меньшей размерности «8-1» и «4-1», показана на рис. 23.

Мультиплексор можно использовать в качестве универсального логического элемента для реализации логических функций.

Демультиплексор – схема, выполняющая функцию, обратную функции мультиплексора – передает данные из одного входного канала в один из нескольких каналов-приемников, т. е. это комбинационная схема, имеющая один информационный вход x, n информационных выходов,, …, и k управляющих (адресных) входов,, …,. Обычно, также как и мультиплексоров,. Двоичный код A, поступающий на адресные входы, определяет один из n выходов, на который передается значение переменной с информационного входа, т. е. демультиплексор реализует следующие функции:

Уравнения, описывающие работу демультиплексора, имеющего информационных выходов,,, и адресных входов,, имеют вид:

;;;.

Схема демультиплексора, построенная по данным уравнениям, представлена на рис. 24.

Функция демультиплексора легко реализуется с помощью дешифратора, если его вход разрешения EN использовать в качестве информационного входа демультиплексора, а входы декодируемого кода 1, 2, 4 … – в качестве адресных входов демультиплексора,,, …. Действительно, при активном значении сигнала на входе EN избирается выход, соответствующий коду, поданному на адресные входы. Поэтому ИС дешифраторов, имеющих разрешающий вход, как это отмечалось ранее, называют не просто дешифраторами, а дешифраторами-демультиплексорами.

Рис. 24

Термином мультиплексирование называют процесс передачи данных от нескольких источников по общему каналу, а устройство, осуществляющее на передающей стороне операцию сведения данных в один канал, принято называть мультиплексором. Подобное устройство способно осуществлять временное разделение сигналов, поступающих от нескольких источников, и передавать их в канал (линию) связи друг за другом в соответствии со сменой кодов на своих адресных входах.

На приемной стороне обычно требуется выполнить обратную операцию – демультиплексирование, т. е. распределение порций данных, поступивших по каналу связи в последовательные моменты времени, по своим приемникам. Эту операцию выполняет демультиплексор. Совместное использование мультиплексора и демультиплексора для передачи данных от n источников к n приемникам по общей линии показано на рис. 25 (в общем случае число источников данных не равно числу приемников).

Рис. 25

Если в схеме на рис. 25 n различных источников и приемников заменить n -разрядными источником и приемником, например, регистрами и (изображены пунктирными линиями), то схема может быть использована для преобразования n -разрядного параллельного кода на передающей стороне в последовательный код (с помощью мультиплексора) и последовательного кода в параллельный на приемной стороне (с помощью демультиплексора). При подобном применении мультиплексора и демультиплексора в качестве их адресных кодов используются выходные сигналы двоичного счетчика, последовательно формирующего на своих выходах двоичные коды чисел от 0 до.