Мультиплексором называют комбинационное устройство, обеспечивающее передачу в желаемом порядке цифровой информации, поступающей по нескольким входам на один выход. Мультиплексоры обозначают через MUX, а также через MS.
Мультиплексоры и демультиплексоры
Мультиплексоры являются универсальными логическими устройствами, на основе которых создают различные комбинационные и последовательностные схемы. Мультиплексоры могут использовать в делителях частоты, триггерных устройствах, сдвигающих устройствах, для преобразования параллельного двоичного кода в последовательный и др.
Мультиплексоры (коммутаторы) являются селекторами каналов и служат для поочередного считывания информации с одного из n входов на общий выход в соответствии с адресным кодом.
Мультиплексор MUX (n – 1) имеет n = 2 m информационных входов (m – число адресных входов) и один выход.
Однонаправленные мультиплексоры выполнены на логических элементах и передают цифровую информацию с информационных входов на выход, двунаправленные – в обоих направлениях с помощью электронных ключей и называются селекторами-мультиплексорами (MS).
Эти логические элементы могут использоваться как демультиплексоры, а также для передачи сигналов произвольной формы.
Функционально мультиплексор можно изобразить в виде коммутатора, обеспечивающего подключение одного из нескольких входов (их называют информационными) к одному выходу устройства.
Кроме информационных входов в мультиплексоре имеются адресные входы и разрешающие (стробирующие). Сигналы на адресных входах определяют, какой конкретно информационный канал подключен к выходу.
Если между числом информационных входов n и числом адресных входов m действует соотношение n = 2m, то такой мультиплексор называют полным. Если n
Рис. Двухвходовый мультиплексор
Исходя из таблицы, можно записать следующее уравнение:
.
На рис. показаны реализация такого устройства и его условное графическое обозначение.
Основой данной схемы является являются две схемы совпадения на элементах И, которые при логическом уровне «1» на одном из своих входов повторяют на выходе то, что есть на другом входе.
Рис. Реализация двухвходового мультиплексора на логических элементах И
Обозначения входов мультиплексоров: информационные X1, Xn (D); адресные A1,Am и разрешающий считывание информации вход EI (W или V).
Принцип работы мультиплексора MUX (2–1) поясняется таблицей истинности (таблица 1).
| Таблица истинностимультиплексора MUX (2 – 1) | ||||
| № | Входы | Выход | ||
| Служебный | Информационные | Адресный | Информационный | |
| EI | X1 | X0 | A | F0 |
| – | – | – | ||
| – | X0 | X0 | ||
| X1 | – | X1 |
Примечание: вместо прочерка может использоваться любое значение переменной.
Схема мультиплексора MUX (2 – 1), рис. 3.1, разработана согласно таблице 3.1.
Часто мультиплексоры имеют дополнительный инверсный выход, что отражено в схеме.
 |
Рис. Принципиальная схема: а – MUX (2 – 1), б – его условное обозначение
Пример. Характеристики и обозначение микросхемы К155КП7.
Это селектор — мультиплексор MS(8-1), соединяющий прямой и инверсный выходы с одним из восьми входов в соответствии с кодом адреса на трех адресных входах.
Имеется также служебный вход EI для разрешения работы мультиплексора в определенный интервал времени при условии EI =1 (стробирование).
Микросхема выполнена в пластмассовом корпусе 238.16-2 с двухрядным вертикальным расположением выводов.
Электрические параметры микросхемы К155КП7 приведены в табл.3.2, условное графическое обозначение на рис.3.2, назначение выводов в таблице истинности 3.3.
Параметры К155КП7 Таблица 3.2
| Uпит., ном., В | |
| U 0 вых., не более, В | 0.4 |
| U 1 вых., не менее, В | 2.4 |
| I 0 вх., не более, мА | -1.6 |
| I 1 вх., не более, мА | 0.04 |
| t 1. 0 зд.р., не более, нс | |
| t 0. 1 зд.р., не более, нс | |
| Рпот., не более, мВт |
Рис. Обозначение микросхемы К155КП7
Таблица истинности селектора-мультиплексора К155КП7
| № | Входы | Выходы | |||||||||||
| Служебные | Информационные | Адресные | |||||||||||
| EI | X7 | X6 | X5 | X4 | X3 | X2 | X1 | X0 | A2 | A1 | A0 | F | /F |
| – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | |||
| – | – | – | – | – | – | – | X0 | X0 | /X0 | ||||
| – | – | – | – | – | – | X1 | – | X1 | /X1 | ||||
| – | – | – | – | – | X2 | – | – | X2 | /X2 | ||||
| – | – | – | – | X3 | – | – | – | X3 | /X3 | ||||
| – | – | – | X4 | – | – | – | – | X4 | /X4 | ||||
| – | – | X5 | – | – | – | – | – | X5 | /X5 | ||||
| – | X6 | – | – | – | – | – | – | X6 | /X6 | ||||
| X7 | – | – | – | – | – | – | – | X7 | /X7 |
Примечание: значком «/» обозначается инверсия. Вместо прочерка может использоваться любое значение переменной.
В состав мультиплексора обычно включают двоичный дешифратор, как, в качестве примера, показано на рис. 3.3 для простейшей схемы MUX (2-1).
Это позволяет управлять переключением информационных входов при помощи двоичных кодов, подаваемых на управляющие входы.
Количество информационных входов в таких схемах выбирают кратным степени числа два.
Таблица истинности Таблица 3.4
| Входы | Выход | |||
| EI | A0 | X1 | X0 | F |
| – | – | – | ||
| – | X0 | X0 | ||
| X1 | – | X1 |
а – на дешифраторе и логических элементах, управляемый двоичным кодом, б – его таблица истинности
Реализация логического выражения с помощью комбинационной логики может осуществляться на мультиплексорах.
Пример. Логическое выражение задано таблицей истинности (табл. 3.5), где A1, A0 аргументы функции F; X0, X1, X2, X3 – значения функции F для соответствующих значений аргументов A1, A0.
Аналогично можно получить постоянное запоминающее устройство.
При подаче на информационные входы фиксированных данных, их считывание с выхода F осуществляется с помощью адресных входов.
Таблица истинности устройства Таблица 3.5
| № | Входы | Выходы | |||||
| Служебные | Информационные | Адресные | |||||
| EI | X3 | X2 | X1 | X0 | A1 | A0 | F |
| – | – | – | – | – | – | ||
| – | – | – | |||||
| – | – | – | |||||
| – | – | – | |||||
| – | – | – |
Согласно таблице истинности подключены входы мультиплексора MUX(4-1), изображенного на рис. 3.4 , а, на рис. 3.4, б – аналогичная схема на механическом переключателе (вход EI не используется).
Рис. 3.4 Подключение мультиплексора: а – микросхема, б – механический аналог на переключателе для реализации логической функции
Схему можно упростить, если принять во внимание, что на наборах 2, 3 (табл. 3.5): A1 = 0, а значение функции F = 0. В тоже время, на наборах 4, 5: A1 = 1, а значение функции F = A0 и повторяет значения младшего разряда кодаX0.
Следовательно, таблицу 3.5 можно упростить (табл. 3.6), для наборов 2, 3 выбрать константу 0, для 4, 5 – значение X0, адресный вход установить A1.
Таблица истинности устройства
| № | Входы | Выходы | ||
| Служебные | Информационные | Адресные | ||
| EI | X1 | X0 | A0 | F |
| – | – | – | ||
| X0 | ||||
| X0 |
На основании табл. 3.6 разработано устройство на MUX(2-1)
Рис. 3.5 Подключение мультиплексора: а – микросхема, б – механический аналог на переключателе для реализации логической функции
Схему также можно упростить, т.к. наборы 2, 3 (табл. 3.5) можно объединить, подав на А0: A1 = 0, при этом F = X0 = 0 (константа 0); на наборах 4, 5: A1 = 1, а значение функции F повторяет значения A0, которое подается на X1 (табл. 3.7, рис. 3.6).
Таблица истинности устройства
| № | Входы | Выходы | ||
| Служебные | Информационные | Адресные | ||
| EI | X1 | X0 | A1 | F |
| – | – | – | ||
| 2 | ||||
| – | A0 |
На основании табл. разработано устройство на MUX(2-1):
Рис. 3.6 Подключение мультиплексора:
б – механический аналог на переключателе для реализации логической функции
Вернуться на главную страницу. или ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ
78.85.5.224 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.
Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно
Мультиплексором — называют комбинационное устройство, обеспечивающее передачу в желаемом порядке цифровой информации, поступающей по нескольким входам на один выход. Мультиплексоры обозначают через MUX (от англ. multiplexor), а также через MS (от англ. multiplex or selector).
Схематически мультиплексор можно изобразить в виде коммутатора, обеспечивающего подключение одного из нескольких входов (их называют информационными) к одному выходу устройства. Кроме информационных входов в мультиплексоре имеются адресные входы и, как правило, разрешающие (стробирующие). Сигналы на адресных входах определяют, какой конкретно информационный канал подключен к выходу. Если между числом информационных входов n и числом адресных входов m действует соотношение n = 2 m , то такой мультиплексор называют полным. Если n m , то мультиплексор называют неполным.
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, т. е. могут блокировать действие всего устройства.
Функционирование двухвходового мультиплексора
Рассмотрим функционирование двухвходового мультиплексора (2 →1), который условно изображен в виде коммутатора, а состояние его входов Х1Х2 и выхода Y приведено в таблице (рис. 3.41).
Исходя из таблицы, можно записать следующее уравнение:
На рис. 3.42 показаны реализация такого устройства и его условное графическое обозначение.
Основой данной схемы являются две схемы совпадения на элементах И, которые при логическом уровне «1» на одном из своих входов повторяют на выходе то, что есть на другом входе.
Если необходимо расширить число входов, то используют каскадное включение мультиплексоров. В качестве примера рассмотрим мультиплексор с четырьмя входами (4 → 1), построенный на основе мультиплексоров (2 → 1).
Схема и таблица состояний такого мультиплексора приведены на рис.3.43.
Мультиплексоры являются универсальными логическими устройствами, на основе которых создают различные комбинационные и последовательностные схемы. Мультиплексоры могут использоваться в делителях частоты, триггерных устройствах, 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.
Мультиплексор как устройство сдвига
Рассмотрим пример использования мультиплексоров для реализации так называемого комбинационного устройства сдвига, обеспечивающего сдвиг двоичного, числа по разрядам. Принцип функционирования данного устройства понятен из схемы устройства и таблицы состояний его входов и выходов (рис. 3.44).
В обозначении мультиплексоров используют две русские буквы КП, например, промышленностью выпускаются такие мультиплексоры, как К155КП1, К531КШ8, К561КПЗ, К555КП17 и др.
Демультиплексором называют устройство, в котором сигналы с одного информационного входа, поступают в желаемой последовательности по нескольким выходам в зависимости от кода на адресных шинах. Таким образом, демультиплексор в функциональном отношении противоположен мультиплексору. Демультиплексоры обозначают через DMX или DMS.
Если соотношение между числом выходов n и числом адресных входов m определяется равенством n= 2 m , то такой демультиплексор называется полным, при n m демультиплексор является неполным.
Функционирование демультиплексора с двумя выходами
Рассмотрим функционирование демультиплексора с двумя выходами, который условно изображен в виде коммутатора, а состояние его входов и выходов приведено в таблице (рис. 3.45).
Из этой таблицы следует: Y1=X·А Y2 = X·А т. е. реализовать такое устройство можно так, как показано на рис. 3.46.
Для наращивания числа выходов демультиплексора используют каскадное включение демультиплексоров. В качестве примера (рис. 3.47) рассмотрим построение демультиплексоров с 16 выходами (1 → 16) на основе демультиплексоров с 4 выходами (1 → 4).
При наличии на адресных шинах А0 и А1 нулей информационный вход X подключен к верхнему выходу DМХ0 и в зависимости от состояния адресных шин А2 и А3 он может быть подключен к одному из выходов DMX1. Так, при А2 = А3 = 0 вход X подключен к Y0. При А0 = 1 и А1 = 0 вход X подключен к DMX2, в зависимости от состояния А2 и А3 вход соединяется с одним из выходов Y4 − Y7 и т.д.
Функции демультиплексоров
Функции демультиплексоров сходны с функциями дешифраторов. Дешифратор можно рассматривать как демультиплексор, у которого информационный вход поддерживает напряжение выходов в активном состоянии, а адресные входы выполняют роль входов дешифратора. Поэтому в обозначении как дешифраторов, так и демультиплексоров используются одинаковые буквы — ИД. Выпускают дешифраторы (демультиплексоры) К155ИДЗ, К531ИД7 и др.
При использовании КМОП-технологии можно построить двунаправленные ключи, которые обладают возможностью пропускать ток в обоих направлениях и передавать не только цифровые, но и аналоговые сигналы. Благодаря этому можно строить мультиплексоры-демультиплек-соры, которые могут использоваться либо как мультиплексоры, либо как демультиплексоры. Мультиплексоры-демультиплексоры обозначаются через MX. Среди выпускаемых мультиплексоров-демультиплексоров можно выделить такие, как К564КП1, К590КП1. Мультиплексоры-демультиплексоры входят в состав серий К176, К561, К591, К1564.
В данной статье мы рассмотрим мультиплексор, подробно опишем принцип его работы, в каких целях используется, как изображается на схеме, а так же как подключается. Рассмотрим 2-х и 4-х канальный мультиплексор.
Описание и принцип работы
Мультиплексирование — это общий термин, используемый для описания операции отправки одного или нескольких аналоговых или цифровых сигналов по общей линии передачи в разное время или на разных скоростях, и как таковое устройство, которое мы используем для этого, называется мультиплексором. Приобрести мультиплексор вы можете на Алиэкспресс:
Мультиплексор, сокращенно «MUX» или «MPX», представляет собой комбинационную логическую схему, предназначенную для переключения одной из нескольких входных линий на одну общую выходную линию с помощью управляющего сигнала. Мультиплексоры работают как быстродействующие многопозиционные поворотные переключатели, соединяющие или контролирующие несколько входных линий, называемых «каналами», по одному за раз.
Мультиплексоры могут представлять собой либо цифровые схемы, выполненные из высокоскоростных логических элементов, используемых для переключения цифровых или двоичных данных, либо они могут быть аналоговыми типами, использующими транзисторы, полевые МОП-транзисторы или реле для переключения одного из входов напряжения или тока на один выход.
Основным типом мультиплексора является однонаправленный поворотный переключатель, как показано на рисунке.
Поворотный переключатель, также называемый пластинчатым переключателем, поскольку каждый слой переключателя известен как пластина, представляет собой механическое устройство, вход которого выбирается вращением вала. Другими словами, поворотный переключатель — это ручной переключатель, который можно использовать для выбора отдельных линий данных или сигналов, просто повернув его входы «ВКЛ» или «ВЫКЛ». Итак, как мы можем выбрать каждый ввод данных автоматически с помощью цифрового устройства.
В цифровой электронике мультиплексоры также известны как селекторы данных, поскольку они могут «выбирать» каждую входную линию и состоят из отдельных аналоговых переключателей, заключенных в единый пакет ИС, в отличие от селекторов «механического» типа, таких как обычные переключатели и реле.
Они используются в качестве одного из методов уменьшения количества логических элементов, требуемых в конструкции схемы, или когда требуется, чтобы одна линия данных или шина данных передавали два или более различных цифровых сигналов. Например, один 8-канальный мультиплексор.
Как правило, выбор каждой входной линии в мультиплексоре контролируется дополнительным набором входов, называемых линиями управления, и в соответствии с двоичным состоянием этих управляющих входов, либо «ВЫСОКИМ», либо «НИЗКИМ», соответствующий вход данных подключается напрямую к выходу. Обычно мультиплексор имеет четное количество 2 n строк ввода данных и количество «управляющих» входов, которые соответствуют количеству входов данных.
Обратите внимание, что мультиплексоры отличаются по работе от кодеров. Кодеры могут переключать n-битный шаблон ввода на несколько выходных строк, которые представляют двоичный кодированный (BCD) выходной эквивалент активного входа.
Мы можем построить простой мультиплексор 2 в 1 из базовых логических «НЕ И» элементов, как показано на рисунке.
2-х канальный мультиплексор
Вход А этого простого мультиплексора схемы 2-1, построенной из стандартных логических элементов действует, чтобы контролировать какой вход (I 0 или I 1 ) передается на выход Q.
Из приведенной выше таблицы истинности мы можем видеть, что, когда вход выбора данных A в логике 0, вход I 1 передает свои данные через схему мультиплексора логического элемента «НЕ И» на выход, в то время как вход I 0 блокируется. Когда выбор данных A в логике 1, происходит обратное, и теперь вход I 0 передает данные на выход Q, в то время как вход I 1 блокируется.
Таким образом, применяя либо логическую «0», либо логическую «1» в точке A, мы можем выбрать соответствующий вход, I 0 или I 1, при этом схема будет немного похожа на однополюсный переключатель двойного хода (SPDT).
Поскольку у нас есть только одна линия управления, (A), то мы можем переключать только 2 1 входа, и в этом простом примере 2-входной мультиплексор соединяет один из двух 1-битных источников с общим выходом, создавая 2-в-1 мультиплексор. Мы можем подтвердить это в следующем булевом выражении.
и для нашей схемы 2-входного мультиплексора можно упростить к:
Мы можем увеличить количество входных данных, которые будут выбраны в дальнейшем, просто следуя той же процедуре, и более крупные схемы мультиплексоров могут быть реализованы с использованием меньших 2-в-1 мультиплексоров в качестве их основных строительных блоков. Таким образом, для мультиплексора с 4 входами нам потребуется две строки выбора данных, поскольку 4 входа представляют 2 2 линии управления данными, дающие схему с четырьмя входами, I 0 , I 1 , I 2 , I 3 и двумя линиями выбора данных A и B, как показано.
4-х канальный мультиплексор
Булевое логическое выражение для этого мультиплексора 4-в-1 с входами от A до D и линиями выбора данных a, b задается как:
В этом примере в любой момент времени только один из четырех аналоговых переключателей замкнут, соединяя только один из входных линий от A до D к одному выходу Q. То, какой переключатель замкнут, зависит от входного кода адресации в строках « a » и « b ».
Таким образом, для этого примера, чтобы выбрать вход B для выхода в точке Q, адрес двоичного входа должен быть « a » = логическая «1» и « b » = логический «0». Таким образом, мы можем показать выбор данных через мультиплексор как функцию битов выбора данных, как показано.
Выбор входной линии мультиплексора
Добавление большего количества линий адреса управления (n) позволит мультиплексору управлять большим количеством входов, поскольку он может переключать 2 n входов, но каждая конфигурация линии управления будет подключать только ОДИН вход к выходу.
Тогда реализация вышеуказанного логического выражения с использованием отдельных логических элементов потребует использования семи отдельных элементов, состоящих из элементов «И» , «ИЛИ» и «НЕ», как показано.
4-канальный мультиплексор с использованием логических элементов
Символ, используемый в логических схемах для идентификации мультиплексора, выглядит следующим образом:
Символ мультиплексора на схеме
Мультиплексоры не ограничиваются простым переключением нескольких различных входных линий или каналов на один общий выход. Существуют также типы, которые могут переключать свои входы на несколько выходов и иметь конфигурации 4-к-2, 8-к-3 или даже 16-к-4 и т.д. И пример простого двухканального 4-входного мультиплексора (4- к-2) приводится ниже:
Здесь, в этом примере, 4 входных канала переключаются на 2 отдельные выходные линии, но возможны и более крупные конфигурации. Эту простую конфигурацию 4-в-2 можно использовать, например, для переключения аудиосигналов для стерео предварительных усилителей или микшеров.
Регулируемый усилитель
Наряду с отправкой параллельных данных в последовательном формате по одной линии передачи или соединению, другое возможное использование многоканальных мультиплексоров — в устройствах цифрового аудио в качестве микшеров или где, например, усиление аналогового усилителя может регулироваться цифровым образом.
Усилитель с цифровой регулировкой
Здесь усиление напряжения инвертирующего операционного усилителя зависит от соотношения между входным резистором R IN и его резистором обратной связи Rƒ, как определено в руководствах по операционному усилителю.
Один 4-канальный SPST-переключатель, сконфигурированный как мультиплексор 4-к-1 канала, соединен последовательно с резисторами, чтобы выбрать любой резистор обратной связи для изменения значения Rƒ . Комбинация этих резисторов будет определять общее усиление напряжения усилителя ( Av ). Затем усиление напряжения усилителя можно отрегулировать цифровым способом, просто выбрав соответствующую комбинацию резисторов.
Цифровые мультиплексоры иногда также называют «селекторами данных», поскольку они выбирают данные для отправки на выходную линию и обычно используются в коммуникационных или высокоскоростных коммутационных сетях, таких как приложения LAN (локальная вычислительная сеть) и интернет.
Некоторые интегральные микросхемы имеют один инвертирующий элемент, подключенный к выходу, чтобы обеспечить положительный логический выход (логическая «1») на одном элементе и дополнительный отрицательный логический выход (логическая «0») на другом элементе.
Можно сделать простые схемы мультиплексора из стандартных элементов «И» и «ИЛИ», как мы видели выше, но обычно мультиплексоры / селекторы данных доступны в виде стандартных пакетов ic, таких как общий мультиплексор с 8 входами в 1 TTL 74LS151 или TTL 74LS153 Dual Мультиплексор 4 входа на 1 линию. Схемы мультиплексора с гораздо большим числом входов могут быть получены путем каскадного соединения двух или более устройств меньшего размера.
Краткий обзор мультиплексора
Мультиплексоры являются коммутационными цепями, которые просто переключают или направляют сигналы через себя, и, будучи комбинационной схемой, они не имеют памяти, поскольку нет пути обратной связи по сигналам. Мультиплексор является очень полезной электронной схемой, которая используется во многих различных устройствах, таких как маршрутизация сигналов, передача данных и приложения управления шиной данных.
При использовании с демультиплексором параллельные данные могут передаваться в последовательной форме по одному каналу передачи данных, например по оптоволоконному кабелю или телефонной линии, и снова преобразовываться в параллельные данные. Преимущество состоит в том, что требуется только одна последовательная строка данных вместо нескольких параллельных линий данных. Поэтому мультиплексоры иногда называют «селекторами данных», так как они выбирают данные в линию.
Мультиплексоры также могут использоваться для коммутации аналоговых, цифровых или видеосигналов, причем ток переключения в аналоговых цепях питания ограничен величиной от 10 мА до 20 мА на канал, чтобы уменьшить тепловыделение.
В следующей статье о комбинационных логических устройствах мы рассмотрим противоположность мультиплексора, называемого демультиплексором, который занимает одну входную линию и соединяет ее с несколькими выходными линиями.
Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ
