Мультиплексоры

 

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: информационные и 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 2ⁿ значений, то, если число адресных входов мультиплексора равно n, число его информационных входов должно равняться 2ⁿ.

Таблица истинности, отображающая работу мультиплексора с двумя адресными входами, имеет следующий вид (табл. 1):

В данной таблице учтено, что мультиплексор обычно снабжается дополнительными инверсным выходом 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.

 

 

Таблица 1 – Таблица истинности, отображающая работу мультиплексора с двумя адресными входами

	А1	А0	Q
	x	x
			D0
			D1
			D2
			D3

 

Функция алгебры логики, описывающая работу мультиплексора, имеет вид:

 

Логическая схема мультиплексора, соответствующая этой ФАЛ, и условное графическое обозначение мультиплексора на примере ИС типа 555КП7 показаны на рис. 1 а, б.

 

а)

б)

Рисунок 1 – Логическая схема мультиплексора (а) и его УГО (б)

 

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. Проиллюстрируем построение мультиплексорного дерева на примере устройства с 16 информационными входами, построенного на основе четырехвходовых мультиплексоров. Его логическая схема приведена на рис. 2. Устройство содержит мультиплексоры первого и второго уровня. Мультиплексоры первого уровня управляются младшими разрядами адресного слова, мультиплексоры второго уровня – старшими разрядами адресного слова.

Рассмотрим работу схемы на конкретном примере. Допустим, задано адресное слово 0110. Входы D₂ младшими разрядами адресного слова 10 подключаются к выходам мультиплексоров первого уровня. На информационных входах мультиплексора второго уровня появятся соответственно сигналы х₂, х₆, х₁₀ и х₁₄. Из этих сигналов мультиплексор второго уровня по старшим разрядам адресного слова 01 выберет сигнал, присутствующий на его входе D₁.

В результате на выходе мультиплексорного дерева появится входной сигнал х₆, что и соответствует заданному адресу. По описанному алгоритму можно строить устройства с любым необходимым числом входов. При этом следует помнить, что мультиплексоры одного уровня должны иметь одинаковое число информационных входов. Число информационных входов мультиплексоров разных уровней может быть различным, что определяется суммарным числом информационных входов и типом используемой элементной базы.

Рисунок 2 – Схема мультиплексорного дерева