5.2. МУЛЬТИПЛЕКСОРЫ И ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРЫ

В цифровых устройствах часто возникает задача передачи цифровой информации от m различных устройств к n приемникам через канал общего пользования. Для этого на входе канала устанавливается устройство, называемое мультиплексором, которое согласно коду адреса подключает к каналу один из источников информации, а на выходе канала устройство демультиплексор обеспечивает передачу информации к приемнику, имеющему цифровой адрес . Мультиплексор и демультиплексор [74] включтют в себя дешифратор адреса. Сигналы дешифратора управляют логическими вентилями, разрешая передачу информации только через один из них. Логика функционирования мультиплексора для описывается табл. 5.9, где выходы независимых источников информации. Логика функционирования демультиплексора для случая и иллюстрируется табл. 5.10, где входы приемников информации

Простейший мультиплексор, реализующий заданное табл. 5.9 прееобразование, можно построить на логических элементах И, ИЛИ и линейном дешифраторе (рис. 5.15,а). В такой структуре выход мультиплексора X устанавливается с задержкой адресных сигналов в трех логических ступенях Г-быстродействие мультиплексора можно увеличить, если совместить дешифратор адреса и информационные вентили (рис. ). Вход С (рис. 5.15,в) обеспечивает передачу информации в канал только в разрешенные строб-импульсом моменты времени.

Таблица 5.9

Таблица 5.10

Аналогично можно построить демультиплексоры (рис. 5.16,а, б, в) в соответствии с табл. 5.10.

Увеличение количества переключаемых источников и приемников цифровой информации достигается многоступенчатым включением мультиплексоров и демультиплексоров. Если выходы мультиплексоров первой ступени подключить ко входам мультиплексора второй ступени, образуется так называемое мультиплексорное дерево (рис. 5.17,а). Аналогично строится демультиплексорное дерево (рис. ).

Рис. 5.15.

Рассмотрим некоторые схемотехнические применения мультиплексоров. Можно использовать мультиплексор в качестве преобразователя параллельного -разрядного двоичного кода в последовательный. Для этого достаточно на входы мультиплексора подать параллельный код и затем последовательно изменять код адреса в требуемой последовательности. При эгом во избежание появления ложного сигнала на выходе мультиплексора строб-импульс на время переключения адреса должен отключать выход от входов. Диалогично демультиплексор, выходы которого подключаются ко входам запоминающего регистра, можно использовать для преобразования последовательного кода в параллельный.

Мультиплексоры можно использовать также для построения логических функций нескольких переменных в виде дизъюктивной нормальной формы.

Пусть в качестве примера необходимо реализовать логическую функцию

Рис. 5.16.

Рис. 5.17.

Данная логическая функция определена только пятью независимыми переменными. Если все пять переменных подать на адресные входы соответствующего мультиплексора, имеющего информационных входа, то для получения на выходе у любой функции пяти переменных достаточно подать "логические 1" на информационные входы, адрес которых совпадает с миитермами синтезируемой функции.

На остальных входы аналогично входу (рис. 5.18) необходимо подать «логические 0», исключив тем самым соответствующие комбинации из выходной функции. Такой метод приемлем, если функция переменных содержит близкое к количество минтермов. В противном случае схема получается избыточной. Мультиплексор можно использовать более эффективно, если аргументы функции подавать не только на адресные, но и на информационные входы. Для этого аргументы синтезируемой функции разделяются на информационные входы D; и адресные входы так, чтобы адресными входами управляли переменные, наиболее часто входящие в мннтермы функции. Алгоритм синтеза логического устройства на основе мультиплексора включает в себя следующие операции [38]: исходная функция приводится путем тождественных преобразований к СДНФ; для полученной СДНФ строится карта Карно; на карте Карно выделяются области, элементы которой имеют одинаковые адреса; для каждой адресной области определяется минимальная форма относительно переменных, подаваемых на информационные входы; согласно полученным минимальным формам реализуется схема управления каждым информационным входом мультиплексора.

Проиллюстрируем алгоритм на рассматриваемом примере (5.7).

Дополним каждый минтерм недостающими аргументами:

Дополняя аналогично каждый минтерм, получим из выражения

Для функции (5.8) построим карту Карно, распределив для наглядности адресные переменные по строкам и столбцам (рис. 5.19,а).

На карте Карно выделены области , определяющие функции управления соответствующим информационным входом мультиплексора.

Минимизируем функции управления

Реализуем функции (5.9) на логических элементах И, ИЛИ, НЕ (рис. ).

Рис. 5.18.

Если в распоряжении пользователя имеется 3-адресный мультиплексор, то для его восьми информационных входов карта Карно (рис. 5.20,а) разбивается на 8 областей , для которых получаем следующие функции управления:

Рис. 5.19.

Рис. 5.20.

Таблица 5.11

Таблица 2.1 (продолжение)

(см. оригинал)

Рис. 5.21.

Реализация функции (5.7) на -адресном мультиплексоре (рис. ) требует дополнительно лишь один логический элемент И.

В табл. 5.11 приведены основные параметры наиболее широко применяемых мультиплексоров, демультиплексоров и аналоговых коммутаторов, а на рис. 5.21 — функциональное назначение выводов микросхем.