к какому узлу вт чаще всего подключаются адресные входы мультиплексоров
Основы электроакустики
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.
line-height:130%» align=»center»>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.
130%»>
Рис. 21.3. Функциональная схема MS типа КП5
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.
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.
130%»>Мультиплексоры являются универсальными логическими устройствами, на основе которых создают различные комбинационные и последовательностные схемы. Мультиплексоры могут использоваться в делителях частоты, триггерных устройствах,
130%»>
line-height:130%» align=»center»>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.
Мультиплексоры и демультиплексоры
Мультиплексор (электроника)
Мультиплексорами называются устройства, которые позволяют подключать несколько входов к одному выходу. Демультиплексорами называются устройства, которые позволяют подключать один вход к нескольким выходам.
Содержание
Устройство
Рис. 1. Мультиплексор на 2 входа
Схематически мультиплексор можно изобразить в виде коммутатора, обеспечивающего подключение одного из нескольких входов (их называют информационными) к одному выходу устройства. Коммутатор обслуживает управляющая схема, в которой имеются адресные входы и, как правило, разрешающие (стробирующие).
Рис. 2. Функциональная схема мультиплексора на 2 входа
Рис. 3. Функциональная схема мультиплексора на 4 входа
Разрешающие входы используют для расширения функциональных возможностей мультиплексора. Они используются для наращивания разрядности мультиплексора, синхронизации его работы с работой других узлов. Сигналы на разрешающих входах могут разрешать, а могут и запрещать подключение определенного входа к выходу, то есть могут блокировать действие всего устройства.
Можно ли сократить количество проводов? Одновременно по каждому проводнику от любого датчика передаём состояние. Возьмем один провод и будем последовательно подключать все датчики и определять их состояние.
На рисунке 2 представлен мультиплексор на 4 входа.
Описание мультиплексора с помощью булевой функции
Данная БФ описывает работу мультиплексора на 4 входа
Функциональная схема мультиплексора
Рис. 6. Временные диаграммы
Сигнал, приходящий на Х будет на обоих выходах Y0 и Y1 сразу и исчезнет только через
Демультиплексор осуществляет обратное преобразование мультиплексору.
Позиционный код
| a3 | a2 | a1 | a0 | HEX |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 2 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 3 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 4 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 5 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 6 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 7 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 8 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 9 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | a |
| 1 | 0 | 1 | 1 | b |
| 1 | 1 | 0 | 0 | c |
| 1 | 1 | 0 | 1 | d |
| 1 | 1 | 1 | 0 | e |
| 1 | 1 | 1 | 1 | d |
Предполагается, что любой разряд имеет соответствующий вес:
| 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 3 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 6 |
«1» ставится в соответствующий разряд, число «8» в данной разрядной сетке представить не получится.
Инверсионный позиционный код
В данном коде значение задаётся позицией «0», а не «1»
Мультиплексор принцип работы
Принцип работы мультиплексора: схема, из чего состоит, применение
Мультиплексор представляет собой комбинированное цифровое устройство, обеспечивающее поочередную передачу на один выход нескольких входных сигналов.
Он позволяет передавать (коммутировать) сигнал с желаемого входа на выход.
Принцип действия мультиплексора
В общем виде принцип действия мультиплексора можно объяснить на примере коммутатора, обеспечивающего соединение входов с выходом устройства.
Работа коммутатора обеспечивается на основе управляющей схемы, в которой существуют адресные и разрешающие входы.
Сигналы с адресных входов указывают, какой именно информационный канал соединен с выходом.
Разрешающие входы применяют для увеличения возможностей – увеличения разрядности, синхронизации с протеканием работы прочих механизмов и пр.
Для создания управляющей схемы мультиплексора обычно используют дешифратор адреса.
Принцип работы мультиплексора
Типы мультиплексоров
• Цифровой мультиплексор. Такое устройство выполняет копирование сигналов на выходе. Входом и выходом при копировании сигнала не используется связь, работающая с помощью электрических импульсов.
• Аналоговый мультиплексор. У аналогового мультиплексора способ подключения, который используется для входа и выхода, отличается от подключения цифрового сетевого оборудования. Аналоговое сетевое оборудование использует для того, чтобы подключить вход и выход, соединение при помощи электрических импульсов.
Где применяются мультиплексоры
Мультиплексоры применяются в телекоммуникационных системах, системах видеонаблюдения и в других областях.
Практически все сферы являются очень перспективными для использования мультиплексоров.
Энергетическая сфера очень широко использует мультиплексоры. В этой сфере такие устройства способствуют передаче информационных данных от различных датчиков, которые расположены друг от друга на большом расстоянии.
Достаточно популярным становится применение мультиплексоров для проведения видеоконференцсвязи. Это подразумевает двустороннюю передачу, с последующей обработкой, преобразованием и дальнейшим представлением интерактивных информационных данных.
Функциональные узлы комбинаторной логики. Мультиплексоры
Как и для дешифратора, разрешающий вход Е мультиплексора может иметь активный нулевой уровень.
| Разрешающий сигнал | Входной код адреса | Информация на выходе | Режим работы | |
|---|---|---|---|---|
| E | А1 | А0 | Y | |
| 0 | 0 | 0 | 0 | Коммутации информационных линий нет |
| 0 | 0 | 1 | ||
| 0 | 1 | 0 | ||
| 0 | 1 | 1 | ||
| 1 | 0 | 0 | D0 | Передача с D0 на Y |
| 1 | 0 | 1 | D1 | Передача с D1 на Y |
| 1 | 1 | 0 | D2 | Передача с D2 на Y |
| 1 | 1 | 1 | D3 | Передача с D3 на Y |
Каскадное соединение мультиплексоров
Рассмотрим пример. Необходимо синтезировать схему мультиплексора, обеспечивающего выбор «1 из 16» на базе мультиплексоров «1 из 4».
Схему каскада той же разрядности можно реализовать на базе мультиплексоров с большей разрядностью, например, «1 из 8» (рис. 6.4). Для наглядности на рис. 6.4 указан тот же пример подачи информации на входы каскада: А3А2А1А0=11102= 1410.
Закономерность построения каскада мультиплексоров аналогична каскадированию дешифраторов. Но построение начинается со входной (а не выходной, как у дешифраторов) очереди каскада. На адресные линии всех мультиплексоров этой очереди подключается соответствующее разрядности базового мультиплексора количество линий адреса. Принципиальное отличие каскада мультиплексоров состоит в том, что все входящие в него мультиплексоры работают одновременно (разрешающий сигнал Е подается на все мультиплексоры сразу).
При синтезе каскада мультиплексоров рекомендуется придерживаться следующей последовательности действий:
Мультиплексоры и демультиплексоры
Мультиплексоры и демультиплексоры
Цель работы: практическое освоение принципов построения мультиплексоров и демультиплексоров и экспериментальное их исследование на лабораторном стенде.
Мультиплексор – это комбинационная многовходовая схема с одним выходом. Входы мультиплексора подразделяются на информационные Д0, Д1, …, Дn-1 и управляющие (адресные) А0, А1, …, Аk-1. Обычно 2k = n, 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 y, т. е. мультиплексор реализует функцию:
, если 
(1)
Таблица функционирования, описывающая работу мультиплексора, имеющего, например, n = 4 информационных (Д0, Д1, Д2, Д3) и k = 2 адресных (А0, А1) входов, представлена в табл. 1.
Вариант схемной реализации мультиплексора “4-1” (“четыре в один”, т. е. коммутирующего данные от одного из четырех входов на единственный выход) и его условное графическое изображение представлены на рис. 1.
Здесь мультиплексор построен как совокупность двухвходовых конъюкторов данных (их число равно числу информационных входов), управляемых выходными сигналами дешифратора, дешифрирующего двоичный адресный код. Выходы конъюкторов объединены схемой ИЛИ.
Рис. 1. Схема мультиплексора с дешифратором (а)
и и его условное графическоеизображение
В интегральном исполнении применяется более простая схема, в которой конъюкторы дешифратора одновременно выполняют и функцию конъюкторов данных. Работа мультиплексора при этом описывается соотношением
(2)
Из (2) следует, что при любом значении адресного кода все слагаемые, кроме одного равны нулю. Ненулевое слагаемое равно Дi, где i – значение текущего адресного кода.
В соответствии с этим соотношением строятся реальные схемы мультиплексоров, одна из которых для мультиплексора “четыре в один” приведена на рис. 2. Как правило, схема дополняется входом разрешения работы – Е (показан пунктирной линией). При отсутствии разрешения работы (Е=0) выход у становится нулевым и не зависит от комбинации сигналов на информационных и адресных входах мультиплексора.
Мультиплексоры 4-1, 8-1, 16-1 выпускаются в составе многих серий цифровых интегральных схем и имеют буквенный код КП. Например, К555КП1 – мультиплексор 2-1 (в данном корпусе размещаются четыре мультиплексора), К555КП12 – мультиплексор 4-1 (в одном корпусе размещаются два мультиплексора) и т. д.
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 функцию мультиплексора “16-1” и построенная на мультиплексорах “4-1”, показана на рис. 3.
Демультиплексор – схема, выполняющая функцию, обратную функции мультиплексора, т. е. это комбинационная схема, имеющая один информационный вход (Д), n информационных выходов (у0, у1, …, уn-1) и k управляющих (адресных) входов (А0, А1, …, Аk-1). Обычно, также как и мультиплексоров, 2k = n. Двоичный код, поступающий на адресные входы, определяет один из n выходов, на который передается значение переменной с информационного входа (Д), т. е. демультиплексор реализует следующие функции:
Таблица функционирования демультиплексора, имеющего n = 4 информационных выходов (у0, у1, у2, у3) и k = 2 адресных входов (А0, А1), представлена в табл. 2.
Уравнения, описывающие работу демультиплексора:
(4)
Схема демультиплексора, построенная по данным уравнениям и его графическое изображение представлены на рис. 4.
Рис. 4. Схема демультиплексора «1-4» (а)
и его условное изображение (б)
1.3 Применение мультиплексоров и демультиплексоров
1.3.1. 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 иллюстрирует рис. 5. (В общем случае число источников данных не равно числу приемников).
1.3.2. Если в схеме (рис. 5) n различных источников и приемников заменить n-разрядными источником и приемником, например, регистрами RGист. и RGпр. (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 n-1.
1.3.3. Мультиплексор можно использовать в качестве универсального логического элемента для реализации любой логической функции от числа аргументов, равного числу адресных входов мультиплексора. Покажем это на примере логической функции, заданной своей таблицей истинности (табл. 3).
Выбираем мультиплексор, имеющий три адресных (по числу аргументов функции) и восемь информационных входов. Для реализации заданной функции информационные входы мультиплексора соединим с уровнями логических “1” и “0” в такой последовательности, которая полностью копирует последовательность единиц и нулей функции в таблице истинности (рис. 6). При этом не требуется ни записи СДНФ, ни ее минимизации. Кстати, функция, заданная табл. 3 (четность числа единиц в трехразрядном слове), не упрощается, поэтому для своей реализации, например, в базисе ЛЭ “И-НЕ” требует четырех ЛЭ “3И-НЕ” и трех инверторов, т. е. в сумме потребуется три ИС. В то же время для реализации схемы по рис. 6 требуется всего одна ИС мультиплексора “8-1”. По этой причине, способ реализации функций трех или большего числа аргументов с помощью ИС мультиплексоров весьма популярен у разработчиков.
2. Задание на лабораторную работу
2.1. Используя ЛЭ, установленные на лабораторном стенде, спроектировать схему мультиплексора и исследовать его работу (снять таблицу истинности). Размерность мультиплексора и тип (базис) ЛЭ задаются табл. 4.