Мультиплексоры и демультиплексоры

Выбор системы логических элементов

При проектировании цифровых устройств сложную логическую цепь синтезируют из простых логических элементов, описываемых простыми логическими функциями. При этом необходимо осуществлять выбор типов ЛЭ, из которых будет выполнено цифровое устройство. Прежде всего требуется, чтобы набор ЛЭ был функционально полным. Функционально полный набор часто именуют базисом.

Для примера приведены семь функционально полных наборов ЛЭ:

1. И, ИЛИ, НЕ. 5. ИЛИ-НЕ.

2. И, НЕ. 6. И-ИЛИ-НЕ.

3. ИЛИ, НЕ. 7. ИЛИ-И-НЕ.

4. И-НЕ.

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:

1. информационные;

2. адресные.

Код, подаваемый на адресные входы, определяет, какой из информационных входов в данный момент подключен к выходному выводу. Поскольку n -разрядный двоичный код может принимать 2 ⁿ значений, то, если число адресных входов мультиплексора равно n, число его информационных входов должно равняться 2 ⁿ.

Таблица истинности, отображающая работу мультиплексора с двумя адресными входами, имеет следующий вид:

Таблица истинности мультиплексора

В данной таблице учтено, что мультиплексор обычно снабжается дополнительными инверсным выходом Q и входом разрешения работы Е. Если на вход разрешения работы Е подан активный логический сигнал (Е = 1), выходной сигнал мультиплексора постоянен и не зависит от его входных сигналов.

Функция алгебры логики, описывающая работу мультиплексора, имеет вид 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.

Схема мультиплексорного дерева

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.

Согласно данному определению, демультиплексор в общем случае имеет один информационный вход, n адресных входов и 2 ⁿ выходов.

Таблица истинности, описывающая работу демультиплексора, снабженного двумя адресными входами и входом разрешения работы Е, имеет вид

Данной таблице соответствует следующая система ФАЛ

На рисунке ниже а, приведена логическая схема демультиплексора, удовлетворяющая системе ФАЛ (см.рис. выше «Схема мультиплексорного дерева»), а на рисунке б показано его условное графическое изображение.

Логическая схема демультиплекксора (а) и его условное графическое изображение (б)

При необходимости увеличить число выходных выводов на основе рассмотренной схемы можно построить структуру демультиплексорного дерева. Его структура с точностью до зеркального отображения аналогична структуре мультиплексорного дерева. При этом демультиплексор первого уровня также управляется младшими разрядами адресного слова, а демультиплексоры второго уровня — его старшими разрядами.

Логическая схема демультиплексорного дерева

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

Дата добавления: 2015-05-06