Мультиплексоры

Мультиплексор – многовходовая схема с одним выходом, осуществляет коммутацию одного из информационных входов на выход. Входы мультиплексора подразделяют на информационные (x₁ … x_n) и управляющие (адресные) (А₁ … А_k). Обычно число информационных входов n=2^k, где k – число адресных входов. Код, поступающий на адресные входы, определяет, какой из информационных входов должен быть соединен с выходом.

Функционирование двухразрядного мультиплексора представлено таблицей истинности (табл. 4.5). Работа мультиплексора описывается логическим уравнением

. (4.1)

В соответствии с уравнением для построения мультиплексора необходим элемент 3И-4ИЛИ и два инвертора. Структурная схема приведена на рис. 4.8, графическое изображение мультиплексоров – на рис. 4.9.

Мультиплексоры в интегральном исполнении, кроме адресных и информационных входов, имеют один или два входа разрешения (Е). Наличие этих входов позволяет осуществлять наращивание мультиплексоров.

На рис. 4.10 показано построение трехразрядного мультиплексора на двух двухразрядных. В качестве третьего адресного входа (А₃) используется вход разрешения (Е).

Рис. 4.10. Схема наращивания мультиплексоров

Мультиплексоры являются универсальными логическими устройствами, на основе которых можно строить различные комбинационные схемы. Возьмем двухразрядный мультиплексор (4®1). В уравнении (4.1), описывающем его работу в скобках представлены минтермы адресующих переменных. При переходе к режиму универсального логического модуля (УЛМ) меняют назначение входов мультиплексора: адресные входы становятся информационными (А_i=Xi),а информационные – настроечными. В этом случае при каждом наборе входных переменных (х) к выходу подключается соответствующий вход. Подавая на этот вход значение функции при этом наборе (0, 1), на выходе будет реализована данная функция. При увеличении числа аргументов (х) растет количество настроечных входов. Перенос одного или нескольких аргументов (х) в число сигналов настройки позволяет реализовать на том же оборудовании функцию с числом аргументов большим, чем при настройке УЛМ с константами (0 или 1). В этом случае надо использовать адресные входы для тех аргументов (входных переменных реализуемой функции), которые входят в большинство минтермов. В качестве примера рассмотрим реализацию функции с помощью мультиплексора 4®1. Примем х₁=A₁; х₂=A₂, тогда таблица состояний для данной функции может быть представлена в виде табл. 4.6. При
х₁= х₂ = 0 на выход будет подключен первый вход мультиплексора и на него подается аргумент х₃ и т. д. (рис 4.11).

Таблица 4.6 x2 x1 F x3 x3 x3

Рис. 4.11. УЛМ на мультиплексоре

Демультиплексор – схема, выполняющая обратную функцию мультиплексора, т. е. это комбинационная схема, имеющая один информационный вход, n информационных выходов (F₁¸F_n) и K управляющих входов.

Полный демультиплексор имеет n = 2^K выходов (Таблица состояний демультиплексора 1®4 см. табл. 4.7).

Согласно таблице уравнения, описывающие работу демультиплексора, имеют вид:

;

;

;

.

Соответственно, для построения требуется два инвертора и четыре элемента И на три входа. Условное изображение демультиплексора приведено на рис. 4.12.

Рис. 4.12. Условное изображение
демультиплексора

Надо заметить, что мультиплексоры и демультиплексоры в сериях на биполярных транзисторах коммутируют только цифровые сигналы, т. е. 0 или 1.

В сериях на полевых транзисторах строятся двунаправленные ключи. На рис. 4.13 приведена функциональная схема такого мультиплексора. В зависимости от сигнала на адресном входе замыкается соответствующий ключ, через который передаются как цифровые, так и аналоговые сигналы. В зависимости от того, что использовать в качестве входных и выходных выводов, такая схема может работать и как мультиплексор, и как демультиплексор. Возможность коммутации двуполярных сигналов определяет широкое применение таких мультиплексоров в аналоговых устройствах для управления их параметрами цифровым кодом.

Рис. 4.12. Функциональная схема мультиплексора-демультиплексора