Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

МУЛЬТИПЛЕКСОРЫ И ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРЫ. Общие сведения



Общие сведения

 

Мультиплексором (MUX) называется комбинационное устройство, предназначенное для коммутации в желаемом порядке сигналов с нескольких входных шин на одну выходную (бесконтактный многопозиционный переключатель). С помощью мультиплексора осуществляется временное разделение информации, поступающей по разным каналам (коммутатор с n входов на один выход).

Функции демультиплексора противоположны функциям мультиплексора – это коммутатор с одного входа на n выходов.

Мультиплексоры и демультиплексоры в микросхемном исполнении имеют несколько групп входов. Число выходов мультиплексора один или два (мультиплексоры с парафазным выходом). Число выходов демультиплексора определяется числом адресных входов. Входы делятся на следующие группы: информационные, управления, адресные, разрешающие. Если адресных входов n, то число информационных входов мультиплексора D = 2n. Общее число входов мультиплексора равно

 

N = n + 2n + v + с,

 

где v – число разрешающих входов;

с – число управляющих входов;

n – число адресных входов.

Кроме прямого назначения мультиплексор может использоваться для преобразования параллельного кода на входах в последовательный код на выходе. Для этого код на адресных входах должен циклически изменяться, принимая все последовательные значения. Такое изменение кода можно обеспечить, присоединив к адресным входам выходы счетчика, последовательно изменяющего свое состояние под действием импульсов генератора.

 

Мультиплексоры

 

Набор сигналов на адресных входах определяет конкретный информационный вход Di, который будет соединен с выходом. Пример мультиплексора на два информационных входа представлен на рис. 9.1.

 

Рис. 9.1. Мультиплексор 2 : 1

 

Наличие разрешающих входов расширяет возможности мультиплексора, позволяя синхронизировать его работу с работой других узлов. Эти входы используются также для наращивания разрядности. На рис. 9.2 представлены структура четырехвходового мультиплексора с одним разрешающим входом и условное графическое обозначение мультиплексора на восемь входов с одним инверсным разрешающим входом.

Работа мультиплексора4:1 описывается следующим логическим уравнением:


Из уравнения следует, что структура мультиплексора состоит из 2n схем совпадения, каждая из которых имеет n адресных, один информационный и один стробирующий вход, и одной схемы ИЛИ с 2n входами. Ее выход является выходом мультиплексора.

В интегральном исполнении мультиплексоры выпускают на четыре, восемь или шестнадцать входов. Большее число входов обеспечивается путем объединения нескольких микросхем. Используют два способа наращивания числа входов: объединение (каскадирование) нескольких мультиплексоров в пирамидальную (древовидную) систему и использование разрешающих входов с подключением дополнительных логических элементов.

Пирамидальные мультиплексоры строят по ступенчатому принципу и применяют обычно две, реже три и более ступеней (рис. 9.3). Младшие разряды кода адреса подают на адресные входы первой ступени, а ступеням более высокого ранга соответствуют старшие разряды кода адреса. На рис. 9.3 представлен вариант мультиплексора 32:1 на основе четырех мультиплексоров 8:1 в первой ступени и одного мультиплексора 4:1 во второй ступени.

 

а б

 

Рис. 9.2. Структура мультиплексора 4:1 (а) и условное графическое

обозначение мультиплексора 8:1 (б)

 

Недостатками пирамидального наращивания являются повышенный расход микросхем и снижение быстродействия из-за суммирования задержек при последовательном прохождении сигналов по ступеням пирамиды.

 
 

Рис. 9.3. Пирамидальный двухступенчатый мультиплексор 32:1

 

Мультиплексор 32:1 можно получить на основе двух микросхем 16:1. Такая схема на базе двух мультиплексоров 155КП1 представлена на рис. 9.4.

 

 

Рис. 9.4. Мультиплексор с использованием разрешающих входов

 

Работа мультиплексоров КМОП серий отличается от работы мультиплексоров ТТЛ.

При работе с логическими элементами КМОП электронный ключ очень легко получить на одном или двух МОП-транзисторах, поэтому в КМОП схемах логический элемент И в качестве электронного ключа не используется. Упрощённая схема электронного ключа, выполненного на комплементарных МОП-транзисторах, приведена на рис. 9.5. Даже одиночный n-канальный или p-канальный полевой транзистор может служить аналоговым ключом, но его сопротивление в открытом состоянии будет значительно зависеть от величины коммутируемого сигнала. Соединение n-канального и p-канального МОП-транзистора в параллель резко снижает эту зависимость.

 

 

 

Рис. 9.5. Схема электронного ключа, выполненного на МОП-транзисторах

 

Такой ключ может коммутировать как цифровые, так и аналоговые сигналы. Сопротивление открытых транзисторов составляет, обычно, от единиц до десятков Ом, а сопротивление закрытых транзисторов превышает десятки мегом. В этом есть как преимущества, так и недостатки. То, что ключ, собранный на МОП-транзисторах, не является обычным логическим элементом, позволяет объединять выходы электронных ключей в соответствии со схемой, приведенной на рис. 9.6.

 

Рис. 9.6. Мультиплексор, управляемый двоичным кодом

 

Как отмечено выше, мультиплексор на основе КМОП-транзисторов может быть использован для коммутации аналоговых сигналов. Поскольку аналоговые сигналы, в общем случае, могут быть двуполярными, современные мультиплексоры могут быть запитаны как от однополярного, так и от двуполярного источника напряжения. Причём напряжения питания могут быть несимметричны. При любом варианте подключения питания (одно- или двуполярного) необходимо, чтобы диапазон амплитуд коммутируемых аналоговых сигналов укладывался в диапазон от –Uпит до + Uпит.

Реальные схемы мультиплексоров обычно содержат на входах и выходах дополнительные логические элементы. Только в этом случае цифровая схема в целом будет функционировать правильно и надёжно. Обычно эти элементы уже заложены в схемы серийно выпускаемых ИС мультиплексоров.

В мультиплексоре требуется подключать к выходу только один из входных сигналов. Точно так же, как и в ТТЛ-микросхемах, для управления электронными ключами двоичным кодом в состав мультиплексора вводится дешифратор. Схема такого мультиплексора приведена на рис. 9.6.

В отечественных микросхемах мультиплексоры обозначаются буквами КП, следующими непосредственно за номером серии микросхем. Например, микросхема К1533КП2 является сдвоенным четырехканальным мультиплексором, выполненным по ТТЛ-технологии, а микросхема К1561КП1 является сдвоенным четырехканальным мультиплексором, выполненным по КМОП-техно-логии.

Условное графическое обозначение мультиплексоров не зависит от технологии изготовления микросхем, т. е. КМОП-мультиплексор обозначается точно так же, как это приведено на рис. 9.2.

МикросхемыК561КП1 и КР1561КП1 содержат по два четырехвходовых мультиплексора. Микросхемы имеют два адресных входа 1 и 2, общие для обоих мультиплексоров, общий вход стробирования S, информационные входы ХОХЗ первого мультиплексора и его выход, входы Y0Y3 второго мультиплексора и его выход. Два варианта изображения микросхемы КП1 приведены на рис. 9.7.

Рис. 9.7 Мультиплексоры К561КП1 и К1561КП1:

а – структурная схема; б – условное изображение

 

При подаче на адресные входы 1 и 2 двоичного кода адреса и на вход S логического 0 выходы мультиплексоров соединяются со входами, номера которых соответствуют десятичному эквиваленту кода адреса. Если на входе S логическая 1, выходы мультиплексоров отключаются от входов и переходят в высокоимпедансное состояние. Соединение входов с выходом в мультиплексорах К176КП1, К561КПЗ и КР1561КПЗ осуществляется двунаправленными ключами на КМОП-транзисторах, схемы которых аналогичны приведённым на рис. 9.5. Передаваемый через мультиплексор сигнал может быть как аналоговым, так и цифровым. Он может передаваться как со входов на выход (микросхема работает в режиме мультиплексора), так и с выхода распределяться на входы (режим демультиплексора).

Кроме подключения к выходу одного из входов, заданного его адресом, мультиплексоры применяют для мультиплексирования шин (см. рис. 8.5). Мультиплексирование шин – это поочередное переключение шин (групп линий) от нескольких источников информации к одному приемнику. Такие функции выполняются схемами на основе коммутаторов одиночных линий. Количество мультиплексоров определяется числом источников информации (количеством коммутируемых шин), а разрядность мультиплексоров – разрядностью коммутируемых шин.

Демультиплексоры

Демультиплексоры (DMX) в функциональном отношении противоположны мультиплексорам. В них сигналы с одного информационного входа распределяются в необходимой последовательности по нескольким выходам, соответствующим кодам на адресных входах. При n-разрядном адресе DMX может иметь 2n выходов.

Принцип работы DMX поясняет рис. 9.8, а. Здесь D – информационный вход, А – адресный вход. В зависимости от сигнала А (0 или 1) по адресному входу открыт верхний или нижний элемент И, а через него сигнал D подключается к выходу F0 либо к выходу F1.

Демультиплексор вида 1:4 представлен на рис. 9.8, б, а на рис.9.8, в –условное графическое обозначение. Здесь два адресных входа – А и В, информационный вход – D и вход V – разрешающий. Если выходов недостаточно, то, как и при построении мультиплексоров, используют каскадирование.

 

а б в

 

Рис. 9.8. Демультиплексоры 1:2 (а) и 1:4 с разрешающим входом (б и в)

 

Демультиплексоры обозначаются буквами ИД, следующими непосредственно за номером серии микросхем. Например, микросхема К155ИД3 является демультиплексором 1:16 или дешифратором 4:16, выполненным по технологии ТТЛ, а микросхема К564ИД1 является демультиплексором 1:8, выполненным по технологии КМОП. Эта микросхема является также трехразрядным дешифратором с разрешающим входом или преобразователем двоично-десятичного кода в десятичный или в восьмеричный.

Демультиплексоры, как и мультиплексоры, применяют для коммутации не только отдельных линий, но и для коммутации шин. Такую операцию называют демультиплексированием шин и реализуют ее обычно на основе демультиплексоров одиночных линий. Количество и тип демультиплексоров определяются числом коммутируемых шин (количеством приемных устройств) и их разрядностью. Адресные входы всех демультиплексоров объединяются параллельно. Схема демультиплексора шин приведена на рис. 9.9. Здесь в зависимости от комбинации адресных сигналов на линиях А0–А1 информация с входной шины D0–D3 коммутируется на выходные шины 0–3, которые подключаются к входам соответствующих приемников информации.

 

 

Рис. 9.9. Демультиплексорование шины на четыре приемника

 

Совместное применение мультиплексоров и демультиплексоров позволяет расширить возможности их использования в цифровых устройствах. На рис. 9.10 показано объединение мультиплексора и демультиплексора, при котором в зависимости от адресов А1, А2 и А3, А4 можно передать информацию с любого из входов D0–D3 на любой из выходов Y0–Y3.

 

 

Рис. 9.10. Совместное применение мультиплексора и демультиплексора

 

Более широкие функциональные возможности имеет программируемый матричный коммутатор КМ1509КП1 с полем 16х16, который предназначен для использования в системах связи, ЭВМ и радиоэлектронной аппаратуре широкого применения [10]. Микросхема представляет собой однонаправленный коммутатор с программной настройкой связей, осуществляемой перед коммутацией.

 


 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.