Короткі теоретичні відомості. Mультиплексор – пристрій, що має кілька сигнальних входів, один або більше керуючих входів і один вихід

Mультиплексор – пристрій, що має кілька сигнальних входів, один або більше керуючих входів і один вихід. Мультиплексор дозволяє передати сигнал з одного з входів на вихід; при цьому вибір бажаного входу здійснюється подачею відповідної комбінації керуючих сигналів.

Класичні мультиплексори виконують мультиплексування (перемикання) за часом вхідних на них відеосигналів з декількох камер відеоспостереження і формують два типи вихідних відеосигналів: один для перегляду на моніторі відеоспостереження, інший для запису на відеомагнітофон (відеорекордер).

Призначення мультиплексора (від англ. Mutiplex - багаторазовий) комутувати в бажаному порядку інформацію, що надходить з декількох вхідних шин на одну вихідну. За допомогою мультиплексора здійснюється тимчасове розділення інформації, що надходить по різних каналах.

Мультиплексори мають дві групи входів і один, рідше два. взаємодоповнюючих виходи. Якщо мультиплексор має n адресних входів, то число інформаційних входів буде . Набір сигналів на адресних входах визначає конкретний інформаційний вхід, який буде з'єднаний з вихідними виводами.

Дозволяючий (стробуючий) вхід управляє одночасно всіма інформаційними входами незалежно від стану адресних входів. Заборонний сигнал на цьому вході блокує дію всього пристрою.

Наявність дозволяючого входу розширює функціональні можливості мультиплексора, дозволяючи синхронізувати його роботу з роботою інших вузлів.

Дозволяючий вхід застосовується також для нарощування розрядності мультиплексорів. На рис. 11.1 показана логічна структура реального мультиплексора «чотири лінії до однієї»(4: 1). Вона містить чотири інформаційних входи D0. D3, два адресні входи А і В і дозволяє вхід V.

Вхід А належить молодшому розряду, B. старшому. Коли дозволяє вхід знаходиться під високим потенціалом U1вх, один з входів логічних елементів І буде під низьким і, отже, на їх виходах також будуть нульові рівні незалежно від стану інших входів. Вихідний сигнал в цьому випадку також буде F = 0.

Схема управління виконана так, що при дозволяючому сигналі на вході V будь-які комбінації сигналів на адресних входах, А і В створюють умови, при яких на входах (а значить, і на виходах) трьох логічних елементів І існують потенціали низького рівня, неактивні для елемента АБО.

Рис. 11.1. Логічна структура мультиплексора виду 4: 1

Стан четвертого елемента І визначається сигналом на інформаційному вході, той самий сигнал буде і на виході мультиплексора. Двійкові числа (00, 01, 10, 11), що характеризують сигнали на входах В і А, еквівалентні індексам задіяного інформаційного входу (D0, D1, D2, D3). Так, наприклад, двійкове число 10 на адресних входах забезпечить селекцію шини D2. Це випливає з перемикальної функції мультиплексора:

.

У мультиплексорах ТТЛ вхідні інформаційні сигнали проходять через кілька логічних елементів. Тому такі прилади можуть обробляти тільки імпульсні сигнали, логічні рівні яких знаходяться в межах, допустимих для пристроїв ТТЛ. Оскільки ключі КМОП мають (КМОП – комплементарна технологія виготовлення електронних пристроїв метал-окисел-напівпровідник) мають здатність проводити струм у двох напрямках, такі мультиплексори з рівним успіхом можуть бути використані і в зверненому режимі як демультіплексорів. пристроїв, комутуючих сигнали від однієї шини до декількох.

Таблиця 11.1

Таблиця істинності логічної функції

				Примітка

Загальний ввід інформаційних сигналів використовується як вихідний для мультиплексора або як вхідний для демультиплексора. Ці пристрої нерідко так і називають мультиплексор-демультиплексор.

На відміну від ТТЛ-мультиплексорів сигнал від входу до виходу проходить без перетворення його в проміжних елементах мікросхеми, тому прилади КМОП-структури з рівним успіхом можуть бути використані для комутації як імпульсних, так і аналогових сигналів. У мультиплексорів, що випускаються у вигляді самостійних виробів, число інформаційних входів не перевищує шістнадцяти. Більша кількість входів забезпечується шляхом нарощування.

Нарощування можна виконувати двома способами: об'єднанням декількох мультиплексорів в пірамідальну (деревоподібну) систему або послідовним з'єднанням входів і зовнішніх логічних елементів. На практиці застосовують обидва методи.

Пірамідальні мультиплексори будуються за ступінчастим принципом, причому, зазвичай застосовуються дві, рідше три і більше щаблі. Пірамідальний характер схеми полягає в тому, що кожний щабель, починаючи з першої, має більше входів, ніж подальша. Молодші розряди коду адреси подаються на адресні входи першого ступеня, а сходами більш високого рангу відповідають старші розряди адресного коду. Недоліком пірамідального нарощування слід вважати підвищена витрата мікросхем, а також порівняно невисока швидкодія через підсумовування затримок при послідовному проходженні сигналів по східцях піраміди.

Мультиплексори як універсальні логічні елементи. Ще однією властивістю мультиплексора є робота в якості універсального логічного елемента, що реалізує будь-яку логічну функцію, що містить до логічних змінних, де – кількість адресних входів мультиплексора. Застосування цієї властивості особливо виправдано, коли число змінних досить велике, і більше. Один мультиплексор в цьому випадку може замінити кілька корпусів з логічними елементами виду І, АБО, НІ та ін.

Розчленуємо подумки таблицю істинності (табл. 11.1) на групи по два рядки в кожній; в кожній групі і незмінні, (аргумент молодшого розряду) має два стани, а вихідний сигнал може мати одне з чотирьох значень:

Рис. 11.2. Схемна реалізація функції

.

Якщо змінні сигнали і підключити до адресних входів мультиплексора і , а на інформаційні входи … подати згідно таблиці істинності постійні потенціали , і змінні сигнали , то така схема (рис.11. 2) буде задовольняти заданим умовам.

Демультиплексори у функціональному відношенні протилежні мультиплексорам. Тут сигнали з одного інформаційного входу розподіляються в бажаній послідовності по декількох виходів. Вибір потрібної вихідної шини, як і в мультиплексорі, забезпечується кодом на адресних входах. При адресних входах демультиплексор може мати незалежно від конструкції до виходів. Принцип дії демультиплексора пояснюється рис.11.3.

Вхід – інформаційний, вхід – адресний, потенціал у цьому вході визначає, на якому з виходів будуть формуватися сигнали, що повторюють . Коли , верхній елемент замкнений і на

виході його ; нижній елемент, навпаки, відкритий і працює як повторювач інформаційних сигналів.

Рис.11.3. Принцип дії мультиплексора

При замкнений нижній елемент, а верхній пропускає вхідну інформацію. Демультиплексори ТТЛ з великим числом виходів працюють за тим же принципом, тільки мають більш складну схему. Логічна структура демультиплексора виду 1: 4 представлена на рис.11.4.

Рис.11.4. Логічна структура демультиплексора вигляду 1: 4

Тут і ‑ адресні входи, х – інформаційний вхід, – дозволяючий вхід. Роботу пристрою описують такі булеві рівняння:

; ;

; .