Мультиплексор – устройство, обеспечивающее соединение одного из информационных входов с единственным выходом. Входы мультиплексора делятся на две группы: информационные и адресующие. Номер информационного входа, который соединяется с выходом, задается в двоичном коде на адресных входах. Если мультиплексор имеет n адресных входов, то в нем может быть 2 n информационных входов.
Демультиплексор – устройство, обеспечивающее соединение одного из информационных выходов с единственным информационным входом. Номер информационного выхода, который соединяется со входом, задается в двоичном коде на адресных входах. Если демультиплексор имеет n адресных входов, то в нем может быть 2 n информационных выходов.
Функциональная схема демультиплексора, имеющего четыре выхода, приведена на рисунке 1.35,а, а его условное обозначение на принципиальных схемах – на рисунке 1.35,б.
Функциональная схема мультиплексора, имеющего четыре входа, приведена на рисунке 1.35,в, а его условное обозначение на принципиальных схемах – на рисунке 1.35,г. Мультиплексоры могут снабжаться дополнительным входом – входом разрешения передачи информации с входов на выход.
Для пояснения принципа работы мультиплексора посмотрим на таблицу истинности:
| A1 | A0 | Q |
| D0 | ||
| D1 | ||
| D2 | ||
| D3 |
Работа мультиплексора описывается соотношением, которое иногда называется мультиплексной формулой. При любом значении адресующего кода все слагаемые, кроме одного, равны нулю. Ненулевое слагаемое равно D i , где i - значение текущего адресного кода. Логическая функция, описывающая работу мультиплексора:
Мультиплексоры могут применяться 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 заканчивая последним.
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 в отечественных микросхемах используются одинаковые буквы - ИД.
Увеличение разрядности мультиплексоров при большом числе входных линий выполняют с помощью каскадно-пирамидального соединения мультиплексоров с меньшим числом входов (строят мультиплексорное дерево). Например, двухкаскадный мультиплексор 16:1 можно построить с использованием пяти мультиплексоров 4:1. Первый каскад из четырех мультиплексоров коммутирует 16 входов на 4 выхода, из которых во втором каскаде выбирается единственный. При этом усложняется схема управления.
Эти устройства являются комбинационными .
Шифраторы и дешифраторы
Эти устройства являются комбинационными .
Устройства, преобразующие одну разновидность кода в другую, называются преобразователями кодов . Например, существуют устройства, преобразующие прямой двоичный код в обратный и дополнительный коды. К преобразователям также относятся шифраторы и дешифраторы, осуществляющие кодирование и декодирование сигналов.
Двоичные дешифраторы преобразуют двоичный код в код «1 из N». В кодовой комбинации этого кода только одна позиция занята единицей, а все остальные – нулевые.
Двоичный дешифратор, имеющий n входов, должен иметь 2 n выходов, соответствующих числу разных комбинаций в n-разрядном двоичном коде. Если часть входных наборов не используется, то дешифратор называют неполным, и у него число выходов меньше 2 n .
В условном обозначении дешифраторов проставляются буквы DC (от английского Decoder). Входы дешифратора принято обозначать их двоичными весами. Кроме информационных входов дешифратор обычно имеет один или более входов разрешения работы обозначаемых как EN (Enable). При наличии разрешения по этому входу дешифратор работает описанным выше образом, при его отсутствии все выходы дешифратора пассивны. Если входов разрешения несколько, то сигнал разрешения работы образуется как конъюнкция сигналов отдельных входов.
Дешифратор (декодер) – преобразует код, поступающий на его входы, в сигнал только на одном из его выходов. Дешифратор n-разряд-ного двоичного числа имеет 2 n выходов. Функциональная схема дешифратора на 16 выходов приведена на рисунке 1.34,а. По такой функциональной схеме построена микросхема К155ИД3. Условное обозначение этой микросхемы на принципиальных схемах приведено на рисунке 1.34,б. Для преобразования сигнала необходимо на входы V1 и V2 микросхемы подать сигналы логических нулей.
Пусть на входе дешифратора присутствует двоичное число 1111. В этом случае на всех пяти входах элемента DD1.15 будут сигналы логических единиц, а на выходе этого элемента будет логический нуль. На выходах всех остальных 15 элементов будут сигналы логических единиц. Если хотя бы на одном из входов V логическая единица, то единицы будут на всех 16 выходах.
Система логических функций, показывающая работу дешифратора:
где Z n – выходы дешифратора
Х і – входы дешифратора
Шифратор (кодер) – устройство, представляющее собой преобразователь позиционного кода в двоичный (десятичного в двоичный).
Шифратор (кодер) преобразует сигнал на одном из входов в n-разрядное двоичное число. Функциональная схема шифратора, преобразующего десятичные цифры в 4-разрядное двоичное число, приведена на рисунке 1.33,а, а его условное обозначение – на рисунке 1.33,б. При появлении сигнала логической единицы на одном из десяти входов на четырех выходах шифратора будет присутствовать соответствующее двоичное число. Пусть сигнал логической единицы подан на вход 7. Тогда на выходах логических элементов DD1.1, DD1.2, DD1.3 будут сигналы логических единиц, а на выходе элемента DD1.4 – сигнал логического нуля. Таким образом, на выходах 8, 4, 2, 1 шифратора мы получим двоичное число 0111.
Лабораторная работа.
Мультиплексоры и демультиплексоры
Цель работы: практическое освоение принципов построения мультиплексоров и демультиплексоров и экспериментальное их исследование на лабораторном стенде.
1.1 Мультиплексоры
Мультиплексор – это комбинационная многовходовая схема с одним выходом. Входы мультиплексора подразделяются на информационные Д 0, Д 1, …, Д n-1 и управляющие (адресные) А 0, А 1, …, А k-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:
Таблица функционирования, описывающая работу мультиплексора, имеющего, например, n = 4 информационных (Д 0, Д 1, Д 2, Д 3) и k = 2 адресных (А 0, А 1) 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.
https://pandia.ru/text/77/497/images/image005_121.gif" width="272 height=23" height="23"> (2)
Из (2) следует, что при любом значении адресного кода все слагаемые, кроме одного равны нулю. Ненулевое слагаемое равно Д i , 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.
1.2. Демультиплексоры
Демультиплексор – схема, выполняющая функцию, обратную функции мультиплексора, т. е. это комбинационная схема, имеющая один информационный вход (Д ), n информационных выходов (у 0, у 1, …, у n-1) и k управляющих (адресных) входов (А 0, А 1, …, А k-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:
0 " style="border-collapse:collapse;border:none">
А 0, А 1
у 0 у 1 у 2 у 3
А 0, А 1
у 0 у 1 у 2 у 3
Уравнения, описывающие работу демультиплексора:
https://pandia.ru/text/77/497/images/image015_70.gif" width="100" height="24 src="> (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)
Функция демультиплексора легко реализуется с помощью дешифратора, если его вход “Разрешение” (Е) использовать в качестве информационного входа демультиплексора, а входы 1, 2, 4 … - в качестве адресных входов демультиплексора А 0, А 1, А 2, … Действительно, при активном значении сигнала на входе Е избирается выход, соответствующий коду, поданному на адресные входы. Поэтому ИС дешифраторов, имеющих разрешающий вход, иногда называют не просто дешифраторами, а дешифраторами-демультиплексорами (например, К155ИД4, К531ИД7 и др.).
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).
https://pandia.ru/text/77/497/images/image018_62.gif" alt="Подпись:" align="left" width="253" height="123 src=">
0 " style="border-collapse:collapse;border:none">
№ бригады
(вариант)
Размерность
Мультиплексора
Тип (базис) ЛЭ
ОФПН(И, ИЛИ, НЕ)
ОФПН(И, ИЛИ, НЕ)
2.2. Исследовать работу (снять таблицу истинности) ИС мультиплексора К531КП2.
2.3. На основе ИС мультиплексора К531КП2 спроектировать и испытать схему, реализующую логическую функцию, соответствующую вашему варианту (табл. 5).
Таблица 5
№ бригады (вариант) | Логическая функция |
Равнозначность двух переменных |
|
Неравнозначность двух переменных |
|
|
|
|
|
|
3. Контрольные вопросы
1. Дайте определение мультиплексора и демультиплексора.
2. Перечислите применения мультиплексоров и демультиплексоров.
3. В чем суть каскадирования мультиплексоров? Объясните как на основе ИС мультиплексоров “8-1” спроектировать мультиплексор на 16, 32, и т. д. входов.
4. На основе ИС мультиплексора “8-1” спроектируйте схему, реализующую логическую функцию:
4.1. четности трехразрядного слова (четности числа единиц в трехразрядном слове);
4.2. нечетности трехразрядного слова;
4.3. у=х 1х 2+х 1х 3+х 2х 3.
5. Объясните как с помощью демультиплексора можно осуществить преобразование последовательного кода в параллельный.
6. Объясните как с помощью мультиплексора можно осуществить преобразование параллельного кода в последовательный.
7. Данные от одного из четырех источников должны последовательно передаваться по одной линии одному из трех приемников. Спроектируйте схемы и объясните работу ЦУ передающей и приемной сторон, обеспечивающих такую возможность.
Мультиплексоры и демультиплексоры
Мультиплексоры и демультиплексоры относятся к классу комбинационных устройств, которые предназначены для коммутации потоков данных в линиях связи по заданным адресам. Большая часть данных в цифровых системах передается непосредственно по проводам и проводникам печатных плат. Часто возникает необходимость в передаче информационных двоичных сигналов (или аналоговых в аналого-цифровых системах) от источника сигналов к потребителям. В некоторых случаях нужно передавать данные на большие расстояния по телефонным линиям, коаксиальным и оптическим кабелям. Если бы все данные передавались одновременно по параллельным линиям связи, общая длина таких кабелей была бы слишком велика и они были бы слишком дороги. Вместо этого данные передаются по одному проводу в последовательной форме и группируются в параллельные данные на приемном конце этой единственной линии связи. Устройства, используемые для подключения одного из источников данных с заданным номером (адресом) к линии связи, называются мультиплексорами. Устройства, используемые для подключения линии связи к одному из приемников информации с указанным адресом, называются демультиплексорами. Параллельные данные одного из цифровых устройств с помощью мультиплексора могут быть преобразованы в последовательные информационные сигналы, которые передаются по одному проводу. На выходах демультиплексора эти последовательные входные сигналы могут быть снова сгруппированы в параллельные данные.
1. Мультиплексоры
Теоретические сведения
В цифровых устройствах часто возникает необходимость передать цифровую информацию от m различных устройств к n приёмникам через канал общего пользования. Для этого на входе канала, устанавливают устройство М (рис.1.1), называемое мультиплексором, которое согласно коду адреса Аm подключает к каналу один из m («1 из m») источников информации, а на выходе канала устройство DM (демультиплексор) обеспечивает передачу информации к приемнику, имеющему цифровой адрес Аn.
То есть мультиплексор – это комбинационное устройство, предназначенное для подключения одного из n входных сигналов к общему выходу в соответствии с кодом адреса. Применительно к компьютерной схемотехнике: мультиплексор – это функциональный узел цифровой системы, предназначенный для коммутации (переключения) информации от одного из m адресуемых входов на общий выход. Номер конкретной входной линии, подключаемой к выходу, в каждый такт машинного времени определяется адресным кодом А 0 ,…А k -1 . Связь между числом информационных m и адресных k входов определяется соотношением m2 k . Таким образом, мультиплексор реализует управляемую передачу данных от нескольких входных линий в одну выходную.
Принцип работы мультиплексора (и демультиплексора) наглядно демонстрирует рис. 1.1.
Функция мультиплексоров в поле типа ЛЭ записывается буквами MUX (multiplexor). Условное графическое обозначение (УГО) мультиплексора показано на рис.1.2.
Мультиплексоры применяются для коммутации отдельных линий или групп линий (шин), преобразования параллельного кода в последовательный, реализации логических функций нескольких переменных, построения схем сравнения, генераторов кодов. Применительно к мультиплексорам пользуются так же термином «селекторы» данных.
Мультиплексоры включают в себя дешифратор адреса. Сигналы дешифратора управляют логическими вентилями, разрешая передачу информации только через один из них. Логика функционирования мультиплексора для m=4 описывается табл.1.1, где x 0 ,...,x 3 – выходы независимых источников информации, а переменные А 0 , А 1 являются адресными, т.е. представляют в двоичном коде номер информационного входа, подключаемого в данный момент к выходу Y. Тогда функционирование мультиплексора описывается таблицей истинности табл. 1.1:
|
х 3 х 2 х 1 х 0 |
В терминах булевой алгебры функция мультиплексора имеет вид:
Простейший мультиплексор, реализующий заданное табл.1.1 преобразование, может быть построен на логических элементах И, ИЛИ в сочетании с дешифратором адреса. В такой структуре сигнал на выходе мультиплексора Y устанавливается с задержкой адресных сигналов в логических ступенях дешифратора (рис.1.3,а).
Быстродействие мультиплексора можно увеличить, если совместить дешифратор адреса и информационные вентили (рис.1.3,б).
Стробирующий вход С (на рис.1.3,б) используется для исключения несанкционированного подключения к выходу случайных входов на время смены адресов. Короткий запирающий импульс (строб-импульс) обеспечивает отключение выхода от входов на время переадресации.
Рассмотрим некоторые схемотехнические применения мультиплексоров. Вполне очевидным является использование мультиплексора в качестве преобразователя параллельного m-разрядного двоичного кода в последовательный. Для этого достаточно на входы мультиплексора подать параллельный код и затем последовательно изменять код адреса в требуемой последовательности. При этом во избежание появления ложного сигнала на выходе мультиплексора строб-импульс на время переключения адреса должен отключать выход от входов.
Мультиплексоры могут быть использованы для построения логических функций нескольких переменных в виде дизъюнктивной нормальной формы. Пусть логическая функция определена пятью независимыми переменными. Если их подать на адресные входы, соответствующего мультиплексора на 2 5 = 32 информационных входа (мультиплексорное дерево), то для получения на выходе Q любой функции пяти переменных достаточно подать логические единицы на информационные входы, адрес которых совпадает с минтермами синтезируемой функции. На остальные входы необходимо подать логические нули, исключив тем самым соответствующие комбинации из выходной функции. Такой метод приемлем, если функция m переменных содержит близкое к 2 m количество минтермов, в противном случае схема получается избыточной.
Мультиплексор может быть использован более эффективно, если аргументы функций подавать не только на адресные, но и на информационные входы. Для этого аргументы синтезируемой функции f(х 1 …,х m) разделяются на информационные входы D i и адресные входы (А j) так, чтобы последними управляли переменные, наиболее часто входящие в минтермы функции.
В интегральном исполнении мультиплексоры выпускают на четыре, восемь или шестнадцать входов. Каскадирование мультиплексоров позволяет реализовать коммутацию произвольного числа входных линий на базе серийных микросхем мультиплексора меньшей разрядности. Пример построения схемы мультиплексоров на 16 входов на основе типовых 4-входовых мультиплексоров показан на рисунке 1. Такая схема называется мультиплексорным деревом.
Алгоритм синтеза устройства, реализующего логическую функцию на основе мультиплексора, включает в себя следующие операции:
представить функцию в виде СДНФ;
для данной СДНФ заполнить карту Карно (Вейча);
на карте Карно (Вейча) выделить области по количеству информационных входов мультиплексора. Количество строк m и столбцов n в таких областях должно удовлетворять условию: m,n=2 k , где k=0,1,2,…Переменные, сохраняющие свое значение в пределах выделенных областей, являются адресными, а остальные – информационными;
подать адресные переменные любым способом на адресные входы выбранного (или заданного) мультиплексора, определив таким образом однозначное соответствие адресных областей определенному информационному входу;
для каждой области найти МДНФ/МКНФ относительно информационных переменных, для управления информационными входами;
с помощью тождественных преобразований МДНФ/МКНФ привести к виду, удобному для совместной реализации;
реализовать схемы по каждому информационному входу мультиплексора в выбранном элементном базисе.
Приведем пример построения мультиплексора, реализующего некоторую функцию:
Для данной функции построим карту Карно:
2. Пусть задан мультиплексор с 4 информационными входами (2 входа – адресные). На карте Карно выделим адресные области. Для выбранного варианта разбиения на адресные области адресными стали переменные X 1 , X 3 . Их можно двумя способами подать на адресные входы: A 1 =X 1, A 0 =X 3 либо A 1 =X 3 , A 0 =X 1 (способ подачи не имеет значения). Тогда адресным областям соответствуют информационные входы D 0 , D 1 , D 2, D 3 (показаны на карте Карно). Адресные области определяют функции управления соответствующим информационным входом мультиплексора.
Минимизируем функции управления:
D 1 =X 0 , D 2 =X 0 ,
Реализуем полученные функции (рис. 1.5):
Исследование мультиплексора
Цель работы – исследование логики функционирования, статических и динамических параметров комбинационных устройств на примере четырехвходового мультиплексора, построенного на элементах Шеффера.
Принципиальная схема четырехвходового мультиплексора приведена на рис. 1.6.
Рабочее задание
Собрать исследуемую схему мультиплексора (рис. 1.7). На схеме генераторы прямоугольных импульсов G1, G2, G3, G4 имитируют источники входных данных, а 2-разрядный двоичный счетчик на триггерах Тг1, Тг2 обеспечивает периодическую смену адресов мультиплексора.
Методические указания
В схеме (рис. 1.7) использовать модели идеальных компонентов или серии ЛЭ, заданные преподавателем.
Подать сигналы от генераторов с частотами f 0, f 1 , f 2 , f 3 , f 4 – по заданию преподавателя, источник напряжения V1 = U ип.
При нормальном функционировании мультиплексора на его выходе должны сформироваться серии импульсов с частотами f 1 , f 2 , f 3 , f 4 (вход осциллоскопа В). Для исследования переходных процессов в мультиплексоре отключите генератор G0 от входа триггера Тг1 и подключите его ко входам R триггеров.. Определите частоту статические и динамические параметры сигнала на выходе мультиплексора.
Подключите генератор G0 ко входу триггера Тг1, а входы Logic Analyzer - в точки схемы, как показано на рис. 1.7.
Контрольные вопросы
Что такое мультиплексор и для чего мультиплексоры используются?
Приведите уравнение, описывающее работу четырехвходового мультиплексора.
Объясните назначение информационных входов.
Для чего в мультиплексорах используется стробирующий вход?
От чего зависит быстродействие мультиплексора?
Для чего применяют каскадирование мультиплексоров?
2. Демультиплексоры
Теоретические сведения
Демультиплексором называется функциональный узел компьютера, предназначенный для коммутации (переключения) сигнала единственного информационного входа D на один из n информационных выходов. Номер выхода, на который в каждый такт машинного времени подается значение входного сигнала, определяется адресным кодом A 0 ,A 1 …,A m-1 . Адресные входы m и информационные выходы n связаны соотношением n2 m. В качестве демультиплексора может быть использован дешифратор DC. При этом информационный сигнал подается на вход разрешения Е (от англ. enable – разрешение). Стробируемый демультиплексор с информационным входом D, адресными входами А 1 , А 0 и стробирующим входом С показан на рисунке 2.1. Демультиплексор выполняет функцию, обратную функции мультиплексора. Применительно к мультиплексорам и демультиплексорам пользуются так же термином «селекторы» данных.
Демультиплексоры используют для коммутации отдельных линий и многоразрядных шин, преобразования последовательного кода в параллельный. Как и мультиплексор, демультиплексор включают в себя дешифратор адреса. Сигналы дешифратора управляют логическими вентилями, разрешая передачу информации только через один из них (рис.1.1)
Логика функционирования демультиллексора для случая n=4 иллюстрируется табл. 2.1, где y0,…,у3 – входы приемников информации.
|
Адрес А 1 А 0 |
Выход Y 0 Y 1 Y 2 Y 3 |
|
Рабочее задание
Собрать исследуемую схему мультиплексора (рис. 2.4). На схеме генератор прямоугольных импульсов G1 имитирует источник входных данных, а 2-разрядный двоичный счетчик на триггерах Тг1, Тг2 обеспечивает периодическую смену адресов мультиплексора. (рис. 2.4).
Методические указания
Контрольные вопросы
Что такое демультиплексор и для чего демультиплексоры используются?
Приведите уравнения, описывающие работу демультиплексора на четыре выхода.
Объясните назначение адресных входов.
Для чего в демультиплексорах используется стробирующий вход?
От чего зависит быстродействие демультиплексора?
Для чего применяют каскадирование демультиплексоров?
Литература
Элементы цифровой схемотехники: Учеб. пособие/ В.П.Сигорский, В.И. Зубчук, А.Н. Шкуро. –Киев: УМК ВО, 1990.
Бабіч Н.П., Жуков І.А. Комп’ютерна схемотехніка. Київ 200
Зубчук В.И., Сигорский В.П., Шкуро А.Н. Справочник по цифровой схемотехнике. – К.: “Техніка”, 1990.
Волоконно-оптические сети и системы связи
Конспект >> Коммуникации и связьРазветвители и ответвители, оптические мультиплексоры /демультиплексоры , оптические фиксированные аттенюаторы, оптические... оптические компенсаторы хроматической дисперсии, оптические мультиплексоры /демультиплексоры и фильтры. Перечисленные устройства, ...
Постановка лабораторной работы по курсу волоконно-оптические системы связи
Реферат >> Промышленность, производствоОптические разветвители…………………………………………………………..25 3.1 Мультиплексоры и демультиплексоры …………………………………..25 3.2 Делители оптической мощности... оптическими несущими и называются мультиплексорами (и демультиплексорами соответственно). Вторые используются для...
Компютерна схемотехніка (2)
Курсовая работа >> ИнформатикаМІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ЮРІЯ ФЕДЬКОВИЧА Факультет комп’ютерних наук Кафедра комп’ютерних систем та мереж Курсова робота Комп’ютерна схемотехніка 2007 Лінійні дешифратори. Функції алгебри логіки, ...
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 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< 2 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 Х 1 Х 2 и выхода Y приведено в таблице (рис. 3.41).
Исходя из таблицы, можно записать следующее уравнение:
Y = X 1 A + X 2 A
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< 2 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: Y 1 =X·А Y 2 = 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 А 0 и А 1 нулей информационный вход X подключен к верхнему выходу DМХ 0 и в зависимости от состояния адресных шин А 2 и А 3 он может быть подключен к одному из выходов DMX 1 . Так, при А 2 = А 3 = 0 вход X подключен к Y 0 . При А 0 = 1 и А 1 = 0 вход X подключен к DMX 2 , в зависимости от состояния А 2 и А 3 вход соединяется с одним из выходов Y 4 − Y 7 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 компьютерных схемах используется множество деталей, которые по отдельности кажутся бесполезными (и в большинстве случае они таковими и являются). Но стоит их, придерживаясь законов физики, собрать в логическую систему, как они могут оказаться просто незаменимыми. Хорошим примером являются мультиплексоры и демультиплексоры. Они играют важную роль при создании систем связи. Мультиплексор - это несложно. И вы сами в этом убедитесь прочитав статью.
Мультиплексор - это что?
Под мультиплексором понимают устройство, которое выбирает один из нескольких входов, а потом подключает к своему выходу. Всё зависит от состояния двоичного кода. Мультиплексор используется как переключатель сигналов, который имеет несколько входов и только один выход. Механизм его работы можно описать такой таблицей:
Подобные таблицы можно увидеть при изучении программирования, а конкретнее - при решении задач логического выбора. Сначала про аналоговый мультиплексор. Они соединяют входы и выходы напрямую. Существует оптический мультиплексор, который является более сложными. Они просто копируют получаемые значения.
Что такое демультиплексор?
Под демультиплексором понимают устройство с одним входом и множеством выходов. Что к чему будет подключаться - определяет двоичный код. Для этого он считывается, и выход, который имеет необходимое значение, подключается к входу. Как видите, данные устройства не обязательно должны действовать в паре для полноценной работы, а своё название получили из-за выполняемого функционала.
Схема мультиплексора
Давайте рассмотрим схему мультиплексора. Самая большая часть - это элемент И-ИЛИ. Он может иметь разное количество входов, начиная от двух и теоретически до бесконечности. Но, как правило, больше чем на 8 входов их не делают. Каждый отдельный вход называется инвертором. Те, что расположены слева, называют информационными. Посередине находятся адресные входы. Справа обычно подключается элемент, который определяет, будет ли работать сам мультиплексор. Это может быть дополнено входом с инверсией. Для письменного обозначения количества входов и для показа, что это мультиплексор, используют записи такого типа: «1*2». Под единицей понимают количество выводов, что идут в утройство. Двойка используется для обозначения выхода и обычно равна 1. В зависимости от количества адресных входов определяется, какой будет разряд у мультиплексора, и в данном случае используется формула: 2 n . Вместо n как раз и подставляют необходимое значение. В данном случае 2 2 = 4. Если для двоичного или троичного мультиплексора разница количества входов и выходов составляет соответственно два и три, то говорят, что они полные. При меньшем значении они неполные. Вот такое устройство имеет мультиплексор. Схема дополнительно представлена в виде изображения, чтобы вы имели самое полное представление о его строении.
Схема демультиплексора
Для коммутации каналов в демультиплексорах используются только логические элементы «И». Учитывайте, что КМОП-микросхемы часто строятся с применением ключей на полевых транзисторах. Поэтому к ним не применяется понятие демультиплексора. Можно ли сделать так, чтобы одно устройство могла изменить свои свойства на диаметрально противоположные? Да, если поменять местами информационные выходы и входы, вследствие чего к названию "мультиплексор" можно добавлять префикс «де-». По своему предназначению они похожи на дешифраторы. Несмотря на имеющуюся разницу, оба прибора в отечественных микросхемах обозначаются одними и теми же буквами - ИД. Демультиплексоры выполняют однооперандные (одновходные, унитарные) логические функции, которые имеют значительное количество возможных вариантов реакции на сигнал.
Виды мультиплексоров
В основном различают всего два вида мультиплексоров:
- Терминальные. Данный тип мультиплексоров располагают на концах линии связи, по которой осуществляется передача каких-то данных.
- Ввода/Вывода. Они применяются в качестве инструментария, который устанавливается в разрыв линии связи, чтобы вывести несколько каналов информации из общего потока. Таким способом обходят необходимость установки терминальных мультиплексоров, которые являются более дорогими механизмами.
Стоимость мультиплексоров
Стоит подметить, что мультиплексоры - удовольствие не из дешевых. Самый дешевый на сегодняшний момент стоит больше 12 тысяч рублей, верхний предел - 270 000. Но даже при таких ценах они всё равно почти всегда выгодней прокладки новой линии. Но такая выгода присутствует, только если есть квалифицированные кадры, которые смогут выполнить весь объем работ надлежащим образом и установят правильно мультиплексор. Цена может немного повыситься, если нет штатного специалиста. Но их всегда можно нанять в специализированных компаниях.
Мультиплексирование
Мультиплексирование сигналов осуществляется из-за значительной стоимости самих каналов связи, а также из-за затрат с их обслуживанием. К тому же с чисто физической точки зрения то, что имеется сейчас, не используется на полную мощность. Установка мультиплексора для работы в системе является более выгодной в денежном отношении, чем организация нового канала. К тому же на этот процесс приходится тратить меньше времени, что тоже предполагает определённые материальные выгоды.
В рамках статьи ознакомимся с принципом действия частотного мультиплексирования. При нём под каждый входящий поток в общем канале связи специально выделяют отдельный диапазон частот. А перед мультиплексором ставят задачу, чтобы он переносил спектр каждого из входящих спектров в другой интервал значений. Это делается для исключения возможности пересечения разных каналов. Чтобы они не превратились в помеху один для другого даже при выходе за отведённые рамки, используют технологию защитных интервалов. Она заключается в том, что оставляют определённую частоту между каждым каналом, которая примет на себя удар неполадок и не скажется на общем состоянии системы. Применено FDMA-мультиплексирование может быть в оптических и электрических линиях связи.
Из ограниченности ресурсов создалась возможность усовершенствования механизма. В конечном результате всё вылилось в процесс под названием «временное мультиплексирование». При данном механизме в общем высокоскоростном потоке отводится небольшой временной промежуток для передачи одного входного сигнала. Но это не единственный вариант реализации. Может быть и такое, что отведена определённая часть времени, которая циклично повторяется через заданный интервал. В общем перед мультиплексором в данных случаях стоит задача обеспечения циклического доступа к среде передачи данных, которая должна быть открыта входящим потокам на протяжении небольших промежутков.
Заключение
Мультиплексор - это то, что расширяет возможности коммуникаций. В рамках статьи были рассмотрены приборы, используемые для передачи данных, которые позволяют значительным образом экономить на данной статье расходов. Также было кратко рассмотрено их схематическое строение и понятие мультиплексирования, его особенности и применение. Таким образом, мы рассмотрели теоретическую базу. Она понадобится для перехода к практике при желании исследовать мультиплексоры и демультиплексоры.
