Представим таблицу состояний полного дешифратора:

Таблица 4

Запишем математические выражения функций:

Для данного дешифратора: m=2,n=4

На рисунке 6 показана функциональная схема данного дешифратора:

Рис.6

Мультиплексоры и демультиплексоры

Назначение – передача информации от m каналов на n каналов(мультиплексор обеспечивает передачу от m каналов к одному каналу,а демультиплексор – от одного канала на n каналов) .

Каждый мультиплексор или демультиплексор содержит базовый элемент – дешифратор.

Таблица логических состояний мультиплексоров

Базовая схема мультиплексора на рис.5

Рис.5

Условное обозначение мультиплексора показано на рис.6

Рис.6

Иногда в состав мультиплексоров включают тактовый сигнал для выполнения операции в фиксированные промежутки времени.На рис.7 показана схема мультиплексора с тактовым входом.

Рис.7

Для увеличения числа каналов передачи информации мультиплексоры объединяют по пирамидальной схеме,которая показана на рис.8

Рис.8

Применение мультиплексоров

Мультиплексоры используют для преобразования параллельного кода в последовательный. Для этого используют синхронное изменение адресных комбинаций на входе мультиплексора. Пусть на входы мультиплексора поданы соответственно комбинации 0,1,1,0 (см.рис.9).

Временная диаграмма показана на рис.10

Рис.10 ,где F – тактовый сигнал,в соответствии с которым изменяются адреса A 1 , A 0 .

Другим применением мультиплексора является выполнение преобразований над логическими функциями.

Для выполнения некоторой логической функции,состоящей из набора аргументов, используют мультиплексор,в котором каждой адресной комбинации записанных булевых функций ставят в соответствие определенный канал,на котором устанавливается логическая “1”,а на остальных каналах подключают логический ”0”

Демультиплексоры

Используются для передачи информации из одного канала на n каналов.

Таблица соответствия состояний демультиплексора(n=4)

Схема реализации показана на рис.11

Рис.11

Условное обозначение – на рис.12

Рис.12

Универсальное устройство, выполняющее функцию мультиплексора и демультиплексора с возможностью передачи информации с выхода на вход,показано на рис.13

Рис.13 ,где МОП транзисторы M 1 - M 3 - n-типа.

Общим недостатком рассмотренных схем является передача только цифровой информации,что сужает область применения. Также невозможно обеспечить передачу информации со входа на выход и наоборот в одном устройстве,что часто необходимо в коммутирующих цепях. Для передачи аналоговой информации без искажения уровня сигнала вместо транзисторов M 1 - M 3 необходимо использовать аналоговый ключ(см. предыдущие лекции) .

Пирамидальная схема подключения демультиплексоров дает возможность наращивания числа коммутируемых каналов(см.рис.14)

Рис.14

Похожая информация.

Мультиплексоры и демультиплексоры (mux и demux в англоязычном сокращении) представляют собой довольно распространенные компоненты в цифровой электронике. Понимание происходящих в них логических процессов позволят лучше понимать схемы с их участием и разрабатывать более сложные электронные устройства

Мультиплексоры и демультиплексоры работают противоположно друг другу, но в соответствии с одним и тем же принципом. Они состоят из информационных входов, информационных выходов и коммутатора (селектора).

На изображении ниже схематично представлены мультиплексор и демультиплексор.

Мультиплексор имеет несколько информационных входов. Коммутатор мультиплексора выбирает, какой из этих входов нужно использовать и подключает его к информационному выходу, который у мультиплексора только один. Эту ситуацию можно сравнить с тем, если бы вам куча людей хотела бы сказать что-то свое, но за один раз вы можете выслушать только одного.

Демультиплексор, наоборот, имеет только один информационный вход, и коммутатор подключает его к какому-то одному информационному выходу в каждый момент времени. То есть, это так же, как если бы вы хотели сказать что-то толпе людей, но за каждый момент времени вы можете сказать это только одному человеку из этой толпы.

Существуют также микросхемы, которые объединяют в себе функции мультиплексоров и демультиплексоров. В англоязычном варианте они обычно обозначаются mux/demux. Также они могут называться двунаправленными мультиплексорами или же просто коммутаторами. Они позволяют сигналу передаваться в обоих направлениях. Так что не только вы можете поговорить с кем-то, но и кто-то из толпы может поговорить с вами в определенный момент времени.

К внутреннему коммутатору в данном случае обычно подходят несколько информационных входов, которые адресуются в двоичной форме. Практически во всех таких микросхемах есть линия OE (output enable или выход активен). Также внутри микросхемы имеется демультиплексор с одним входом и, обычно, с четырьмя выходами. Для выбора выхода у микросхемы имеются также две линии для адресации выхода (00, 01, 10, 11).

Существуют как цифровые, так и аналоговые мультиплексоры. Цифровые представляют собой логические коммутаторы, у которых на выходе будет то же напряжение, что и напряжение питания. Аналоговые же подключают к выходу напряжение выбранного входа.

Принцип мультиплексирования и демультиплексирования использовали на заре развития телефонии в начале прошлого века. Тогда человек, который хотел позвонить своему товарищу, брал телефонную трубку и ждал ответа оператора. Это мультиплексорная часть, поскольку в определенный момент времени оператор из множества выбирает линию, на которой «сидит» этот человек. Человек сообщает, что хочет поговорить с товарищем, номер которого 12345. Это уже коммутаторная часть, здесь оператор получает номер (адрес). Далее он подключает разъем, к каналу товарища. Это демультиплексорная часть. Здесь одна линия из множества каналов соединяется только с одним.

Мультиплексоры и демультиплексоры помогут вам решить задачу с расширением количества входных или выходных линий, если число GPIO вашего микроконтроллера слишком мало. Если у вас в проекте предусмотрено много датчиков, то вы можете подключить их к мультиплексору. Выход мультиплексора затем нужно подключить к АЦП и переключая адреса линий последовательно считывать данные с датчиков.

Также мультиплексоры полезны, когда у вас есть несколько микросхем с интерфейсом I2C, которые имеют одинаковый адрес. Просто подключите линии SDA/SCL к коммутатору и управляйте ими последовательно. Мультиплексоры и демультиплексоры можно задействовать еще и в качестве преобразователей уровней.

МультиплексорМультиплексор
является
устройством,
которое
осуществляет выборку одного из нескольких входов и
подключает его к своему выходу.
Мультиплексор
(от
английского
multiplex
–
многократный) это телекоммуникационное устройство,
объединяющее несколько потоков данных или каналов
в один выходной сигнал (групповой поток).

Определения

Мультиплексор имеет несколько информационных входов (D0, D1, ...), адресные входы (А0 А1, ...), вход для подачи сигнала С и

Мультиплексор

Таблица истинности мультиплексора

Пример

Управляющий сигнал С

Функции мультиплексора

Схема функционирования

Использование мультиплексоров для синтеза комбинационных устройств

Логическое выражение мультиплексора

Таблица истинности

Схема функционирования

Выводы

Реализация ЛФ от 4-х переменных

Демультиплексоры

Пример реализации демультиплексора на основе дешифратора предлагается на рисунке.

Символическое изображение демультиплексора с четырьмя выходами

Двухканальный мультиплексора

Реализация заданной функции с помощью мультиплексора

Разработать, собрать и проверить работу схемы на основе мультиплексора 8х1, реализующую заданную логическую функцию Y.

Цифровой мультиплексор представляет собой логическое комбинированное устройство, которое предназначено для управляемой передачи информации от нескольких источников данных в выходной канал. По сути, этот прибор представляет собой несколько цифровых позиционных переключателей. Получается, что цифровой мультиплексор является коммутатором входных сигналов в одну выходную линию.

Этот прибор имеет три группы входов:

• адресные, на которых определяет то, какой информационный вход необходимо подключить к выходу;
• информационные;
• разрешающие (стробирующие).

В выпускаемых цифровой мультиплексор имеет максимально 16 информационных входов. Если проектируемое устройство требует большего количества, в таком случае строится структура так называемого мультиплексорного дерева из нескольких микросхем.

Цифровой мультиплексор может использоваться для синтеза практически любого логического устройства, благодаря чему существенно снижается количество используемых в схемах логических элементов.

Правила синтеза приборов на базе мультиплексоров:

• строится карта Карно для выходной функции (по значениям переменных функций);
• выбирается порядок использования в схеме мультиплексора;
• строится маскирующая матрица, которая должна соответствовать порядку используемого мультиплексора;
• необходимо наложить полученную матрицу на карту Карно;
• после этого проводится минимизация функции отдельно для каждой области матрицы;
• на основе результатов минимизации необходимо построить схему.

Теперь от теории перейдем к практике. Рассмотрим, где же применяются такие устройства.

Гибкие мультиплексоры предназначены для формирования цифровых потоков (первичных) со скоростью 2048 кбит/с из (речь), а также данных цифровых интерфейсов кроссовой коммутации электронных каналов со скоростью 64 кбит/с, передачи цифрового потока по сети IP/Ethernet и для конвертации линейной сигнализации и физических стыков.

С помощью такого устройства можно скоммутировать до 60 (в некоторых моделях эта цифра может быть больше) аналоговых окончаний в 1 или 2 или 128 абонентских комплектов на четыре потока Е1. Обычно в качестве аналоговых окончаний выступают линии ТЧ, имеющие внутриполосную сигнализацию, либо сигнализация реализуется на отдельном канале. Данные речевых каналов могут сжиматься до 32 или 16 кбит/с на один канал, для этого используется кодировка АДИКМ.

Гибкие мультиплексоры позволяют использовать широковещательные соединения, то есть подавать сигналы с одного из цифровых или аналоговых каналов на несколько других. Часто применяются для подачи радиовещательных программ одновременно в несколько различных пунктов.

Оптические мультиплексоры - это приборы, предназначенные для работы с потоками данных при помощи световых пучков, которые различаются амплитудной или фазовой а также длиной волны. К достоинствам таких приборов можно отнести устойчивость к внешним воздействиям, техническую безопасность, защиту от взлома передаваемой информации.

Мультиплексор представляет собой комбинированное цифровое устройство , обеспечивающее поочередную передачу на один выход нескольких входных сигналов. Он позволяет передавать (коммутировать) сигнал с желаемого входа на выход, в этом случае выбор требующегося входа реализуется определенной комбинацией управляющих сигналов. Число мультиплексных входов принято называть количеством каналов, их может быть от 2 до 16, а число выходов называют разрядами мультиплексора, обычно это 1 — 4.

Мультиплексоры по способу передачи сигналы различают на:

— аналоговые;

— цифровые.

Так, аналоговые устройства при помощи непосредственного электрического соединения подключают вход к выходу, в таком случае его сопротивление составляет порядка нескольких единиц – десятков Ом. Их поэтому называют коммутаторами или ключами. Цифровые (дискретные) же устройства не имеют прямой электрической связи входа и выхода, они только копируют на выход сигнал – «0» или «1».

Принцип действия мультиплексора

В общем виде принцип действия мультиплексора можно объяснить на примере коммутатора, обеспечивающего соединение входов с выходом устройства. Работа коммутатора обеспечивается на основе управляющей схемы, в которой существуют адресные и разрешающие входы. Сигналы с адресных входов указывают, какой именно информационный канал соединен с выходом. Разрешающие входы применяют для увеличения возможностей – увеличения разрядности, синхронизации с протеканием работы прочих механизмов и пр. Для создания управляющей схемы мультиплексора обычно используют дешифратор адреса.

Сфера применения мультиплексора

Мультиплексоры предназначены для использования в качестве универсального логического элемента при реализации любых функций, число которых равных количеству адресных входов. Их широко используют с целью коммутации отдельных шин, отходящих линий или их групп . В микропроцессорных системах их устанавливают на удаленные объекты для реализации возможности передачи информации по одной линии от нескольких, размещенных на удаленном расстоянии друг от друга датчиков. Также мультиплексоры в схемотехнике используют в делителях частоты, при создании схем сравнения, счетчиков, генераторов кодов и пр., для трансформации параллельного двоичного кода в последовательный.

Число каналов мультиплексоров, выпускаемых отечественной промышленностью сегодня, обычно насчитывает 4, 6, 10 и 16. Для построения схем, имеющих большее число входов, используют так называемую схему каскадного дерева, которая позволяет создавать устройства с произвольным числом входных линий на основе серийно выпускаемых мультиплексоров.