Схема мультиплексора на логических элементах

Схема мультиплексора на логических элементах

Мультиплексорами называются устройства, которые позволяют подключать несколько входов к одному выходу. Демультиплексорами называются устройства, которые позволяют подключать один вход к нескольким выходам. В простейшем случае такую коммутацию можно осуществить при помощи ключей:


Рисунок 1. Коммутатор (мультиплексор), собранный на ключах

Такой коммутатор одинаково хорошо будет работать как с аналоговыми, так и с цифровыми сигналами. Однако скорость работы механических ключей оставляет желать лучшего, да и управлять ключами часто приходится автоматически при помощи какой-либо схемы.

В цифровых схемах требуется управлять ключами при помощи логических уровней. То есть нужно подобрать устройство, которое могло бы выполнять функции электронного ключа с электронным управлением цифровым сигналом.

Особенности построения мультиплексоров на ТТЛ элементах

Попробуем заставить работать в качестве электронного ключа уже знакомые нам логические элементы. Рассмотрим таблицу истинности логического элемента "И". При этом один из входов логического элемента "И" будем рассматривать как информационный вход электронного ключа, а другой вход — как управляющий. Так как оба входа логического элемента "И" эквивалентны, то не важно какой из них будет управляющим входом.

Пусть вход X будет управляющим, а Y — информационным. Для простоты рассуждений, разделим таблицу истинности на две части в зависимости от уровня логического сигнала на управляющем входе X.

По таблице истинности отчетливо видно, что пока на управляющий вход X подан нулевой логический уровень, сигнал, поданный на вход Y, на выход Out не проходит. При подаче на управляющий вход X логической единицы, сигнал, поступающий на вход Y, появляется на выходе Out.

Это означает, что логический элемент "И" можно использовать в качестве электронного ключа. При этом не важно какой из входов элемента "И" будет использоваться в качестве управляющего входа, а какой — в качестве информационного. Остается только объединить выходы логических элементов "И" в один выход. Это делается при помощи логического элемента "ИЛИ" точно так же как и при построении схемы по произвольной таблице истинности. Получившийся вариант принципиальной схемы коммутатора с управлением логическими уровнями приведен на рисунке 2.

Рисунок 2. Принципиальная схема цифрового мультиплексора, выполненая на логических элементах

В схемах, приведенных на рисунках 1 и 2, можно одновременно включать несколько входов на один выход. Однако обычно это приводит к непредсказуемым последствиям. Кроме того, для управления таким коммутатором требуется много входов, поэтому в состав мультиплексора обычно включают двоичный дешифратор, как показано на рисунке 3. Этот дешифратор получен нами ранее при помощи синтеза логических схем (СДНФ). Это позволяет управлять переключением информационных входов при помощи двоичных кодов, подаваемых на управляющие входы. Количество информационных входов в таких схемах выбирают кратным степени числа два.

Рисунок 3. Принципиальная схема мультиплексора, управляемого двоичным кодом

Условно-графическое обозначение четырёхвходового мультиплексора с двоичным управлением приведено на рисунке 4. Входы A0 и A1 являются управляющими входами рассматриваемой микросхемы, определяющими адрес входного сигнала, который будет соединён с выходом Y. Сами входные сигналы обозначены как X0, X1, X2 и X3.

Рисунок 4. Условно графическое обозначение четырёхвходового мультиплексора

В условно-графическом обозначении названия информационных входов A, B, C и D заменены названиями X0, X1, X2 и X3, а название выхода Out заменено на название Y. Такое название входов и выходов более распространено в отечественной литературе. Адресные входы обозначены как A0 и A1.

Особенности построения мультиплексоров на КМОП элементах

При работе с КМОП логическими элементами электронный ключ очень легко получить на одном или двух МОП транзисторах, поэтому в КМОП схемах логический элемент "И" в качестве электронного ключа не используется. Схема электронного ключа, выполненного на комплементарных МОП транзисторах, приведена на рисунке 5.


Рисунок 5. Схема электронного ключа, выполненного на КМОП транзисторах

Такой ключ может коммутировать как цифровые, так и аналоговые сигналы. Сопротивление открытых транзисторов составляет десятки Ом, а сопротивление закрытых транзисторов превышает десятки мегом. В этом есть как преимущества, так и недостатки. То, что ключ, собранный на МОП транзисторе, не является обычным логическим элементом, позволяет объединять выходы электронных ключей в точном соответствии со схемой, приведённой на рисунке 1. Это явно упрощает схему устройства.

Кроме того КМОП мультиплексор может быть использован для коммутации аналоговых сигналов. При этом только следует не забывать, что схема не выдерживает отрицательных напряжений. Это означает, что для аналоговых сигналов необходимо использовать схему смещения, так чтобы значения аналогового сигнала находились в диапазоне от потенциала общего провода схемы до напряжения питания мультиплексора.

В то же самое время, при работе с мультиплексором, собранным на КМОП ключах, приходится ставить на его входе и выходе логические элементы. Только в этом случае цифровая схема в целом будет функционировать правильно. Следует отметить, что в большинстве случаев это условие выполняется автоматически.

Читайте также:  Explay pn 940 драйвера

Теперь вспомним, что в мультиплексоре требуется подключать к выходу только один из входных сигналов. Точно также как и в ТТЛ микросхемах для управления электронными ключами двоичным кодом в состав мультиплексора вводится дешифратор. Схема такого мультиплексора приведена на рисунке 6.


Рисунок 6. Схема мультиплексора на КМОП элементах

Условно-графическое обозначение мультиплексоров не зависит от технологии изготовления микросхем, то есть КМОП мультиплексор обозначается точно так же, как это приведено на рисунке 4.

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

Вместе со статьей "Мультиплексоры" читают:

Законы алгебры логики Законы алгебры логики позволяют преобразовывать логические функции. Логические функции преобразуются с целью их упрощения, а это ведет к упрощению цифровой схемы.
http://digteh.ru/digital/AlgLog.php

Синтез комбинационных цифровых схем по произвольной таблице истинности Любая логическая схема без памяти полностью описывается таблицей истинности. Для реализации таблицы истинности достаточно рассмотреть только те строки.
http://digteh.ru/digital/SintSxem.php

Дешифраторы (декодеры) Декодеры (дешифраторы) позволяют преобразовывать одни виды бинарных кодов в другие. Например.
http://digteh.ru/digital/DC.php

Шифраторы (кодеры) Достаточно часто перед разработчиками цифровой аппаратуры встаёт обратная задача. Требуется преобразовать восьмиричный или десятичный линейный код в.
http://digteh.ru/digital/Coder.php

Демультиплексоры Демультиплексорами называются устройства. Существенным отличием от мультиплексора является.
http://digteh.ru/digital/DMS.php

Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 . 2019

Мультиплексорами называются устройства, которые позволяют подключать несколько входов к одному выходу. Демультиплексорами называются устройства, которые позволяют подключать один вход к нескольким выходам. В простейшем случае такую коммутацию можно осуществить при помощи ключей:


Рисунок 1. Коммутатор (мультиплексор), собранный на ключах

Такой коммутатор одинаково хорошо будет работать как с аналоговыми, так и с цифровыми сигналами. Однако скорость работы механических ключей оставляет желать лучшего, да и управлять ключами часто приходится автоматически при помощи какой-либо схемы.

В цифровых схемах требуется управлять ключами при помощи логических уровней. То есть нужно подобрать устройство, которое могло бы выполнять функции электронного ключа с электронным управлением цифровым сигналом.

Особенности построения мультиплексоров на ТТЛ элементах

Попробуем заставить работать в качестве электронного ключа уже знакомые нам логические элементы. Рассмотрим таблицу истинности логического элемента "И". При этом один из входов логического элемента "И" будем рассматривать как информационный вход электронного ключа, а другой вход — как управляющий. Так как оба входа логического элемента "И" эквивалентны, то не важно какой из них будет управляющим входом.

Пусть вход X будет управляющим, а Y — информационным. Для простоты рассуждений, разделим таблицу истинности на две части в зависимости от уровня логического сигнала на управляющем входе X.

По таблице истинности отчетливо видно, что пока на управляющий вход X подан нулевой логический уровень, сигнал, поданный на вход Y, на выход Out не проходит. При подаче на управляющий вход X логической единицы, сигнал, поступающий на вход Y, появляется на выходе Out.

Это означает, что логический элемент "И" можно использовать в качестве электронного ключа. При этом не важно какой из входов элемента "И" будет использоваться в качестве управляющего входа, а какой — в качестве информационного. Остается только объединить выходы логических элементов "И" в один выход. Это делается при помощи логического элемента "ИЛИ" точно так же как и при построении схемы по произвольной таблице истинности. Получившийся вариант принципиальной схемы коммутатора с управлением логическими уровнями приведен на рисунке 2.

Рисунок 2. Принципиальная схема цифрового мультиплексора, выполненая на логических элементах

В схемах, приведенных на рисунках 1 и 2, можно одновременно включать несколько входов на один выход. Однако обычно это приводит к непредсказуемым последствиям. Кроме того, для управления таким коммутатором требуется много входов, поэтому в состав мультиплексора обычно включают двоичный дешифратор, как показано на рисунке 3. Этот дешифратор получен нами ранее при помощи синтеза логических схем (СДНФ). Это позволяет управлять переключением информационных входов при помощи двоичных кодов, подаваемых на управляющие входы. Количество информационных входов в таких схемах выбирают кратным степени числа два.

Рисунок 3. Принципиальная схема мультиплексора, управляемого двоичным кодом

Условно-графическое обозначение четырёхвходового мультиплексора с двоичным управлением приведено на рисунке 4. Входы A0 и A1 являются управляющими входами рассматриваемой микросхемы, определяющими адрес входного сигнала, который будет соединён с выходом Y. Сами входные сигналы обозначены как X0, X1, X2 и X3.

Рисунок 4. Условно графическое обозначение четырёхвходового мультиплексора

В условно-графическом обозначении названия информационных входов A, B, C и D заменены названиями X0, X1, X2 и X3, а название выхода Out заменено на название Y. Такое название входов и выходов более распространено в отечественной литературе. Адресные входы обозначены как A0 и A1.

Читайте также:  Dragon s dogma камень телепортации

Особенности построения мультиплексоров на КМОП элементах

При работе с КМОП логическими элементами электронный ключ очень легко получить на одном или двух МОП транзисторах, поэтому в КМОП схемах логический элемент "И" в качестве электронного ключа не используется. Схема электронного ключа, выполненного на комплементарных МОП транзисторах, приведена на рисунке 5.


Рисунок 5. Схема электронного ключа, выполненного на КМОП транзисторах

Такой ключ может коммутировать как цифровые, так и аналоговые сигналы. Сопротивление открытых транзисторов составляет десятки Ом, а сопротивление закрытых транзисторов превышает десятки мегом. В этом есть как преимущества, так и недостатки. То, что ключ, собранный на МОП транзисторе, не является обычным логическим элементом, позволяет объединять выходы электронных ключей в точном соответствии со схемой, приведённой на рисунке 1. Это явно упрощает схему устройства.

Кроме того КМОП мультиплексор может быть использован для коммутации аналоговых сигналов. При этом только следует не забывать, что схема не выдерживает отрицательных напряжений. Это означает, что для аналоговых сигналов необходимо использовать схему смещения, так чтобы значения аналогового сигнала находились в диапазоне от потенциала общего провода схемы до напряжения питания мультиплексора.

В то же самое время, при работе с мультиплексором, собранным на КМОП ключах, приходится ставить на его входе и выходе логические элементы. Только в этом случае цифровая схема в целом будет функционировать правильно. Следует отметить, что в большинстве случаев это условие выполняется автоматически.

Теперь вспомним, что в мультиплексоре требуется подключать к выходу только один из входных сигналов. Точно также как и в ТТЛ микросхемах для управления электронными ключами двоичным кодом в состав мультиплексора вводится дешифратор. Схема такого мультиплексора приведена на рисунке 6.


Рисунок 6. Схема мультиплексора на КМОП элементах

Условно-графическое обозначение мультиплексоров не зависит от технологии изготовления микросхем, то есть КМОП мультиплексор обозначается точно так же, как это приведено на рисунке 4.

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

Вместе со статьей "Мультиплексоры" читают:

Законы алгебры логики Законы алгебры логики позволяют преобразовывать логические функции. Логические функции преобразуются с целью их упрощения, а это ведет к упрощению цифровой схемы.
http://digteh.ru/digital/AlgLog.php

Синтез комбинационных цифровых схем по произвольной таблице истинности Любая логическая схема без памяти полностью описывается таблицей истинности. Для реализации таблицы истинности достаточно рассмотреть только те строки.
http://digteh.ru/digital/SintSxem.php

Дешифраторы (декодеры) Декодеры (дешифраторы) позволяют преобразовывать одни виды бинарных кодов в другие. Например.
http://digteh.ru/digital/DC.php

Шифраторы (кодеры) Достаточно часто перед разработчиками цифровой аппаратуры встаёт обратная задача. Требуется преобразовать восьмиричный или десятичный линейный код в.
http://digteh.ru/digital/Coder.php

Демультиплексоры Демультиплексорами называются устройства. Существенным отличием от мультиплексора является.
http://digteh.ru/digital/DMS.php

Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 . 2019

Мультиплексором называют комбинационное устройство, обеспечивающее передачу в желаемом порядке цифровой информации, поступающей по нескольким входам на один выход. Мультиплексоры обозначают через MUX, а также через MS.

Мультиплексоры и демультиплексоры

Мультиплексоры являются универсальными логическими устройствами, на основе которых создают различные комбинационные и последовательностные схемы. Мультиплексоры могут использовать в делителях частоты, триггерных устройствах, сдвигающих устройствах, для преобразования параллельного двоичного кода в последовательный и др.

Мультиплексоры (коммутаторы) являются селекторами каналов и служат для поочередного считывания информации с одного из n входов на общий выход в соответствии с адресным кодом.

Мультиплексор MUX (n – 1) имеет n = 2 m информационных входов (m – число адресных входов) и один выход.

Однонаправленные мультиплексоры выполнены на логических элементах и передают цифровую информацию с информационных входов на выход, двунаправленные – в обоих направлениях с помощью электронных ключей и называются селекторами-мультиплексорами (MS).

Эти логические элементы могут использоваться как демультиплексоры, а также для передачи сигналов произвольной формы.

Функционально мультиплексор можно изобразить в виде коммутатора, обеспечивающего подключение одного из нескольких входов (их называют информационными) к одному выходу устройства.

Кроме информационных входов в мультиплексоре имеются адресные входы и разрешающие (стробирующие). Сигналы на адресных входах определяют, какой конкретно информационный канал подключен к выходу.

Если между числом информационных входов n и числом адресных входов m действует соотношение n = 2m, то такой мультиплексор называют полным. Если n

Таблица истинностимультиплексора MUX (2 – 1)
Входы Выход
Служебный Информационные Адресный Информационный
EI X1 X A F
X X
X1 X1

Примечание: вместо прочерка может использоваться любое значение переменной.

Читайте также:  Псб ритейл личный кабинет физического лица

Схема мультиплексора MUX (2 – 1), рис. 3.1, разработана согласно таблице 3.1.

Часто мультиплексоры имеют дополнительный инверсный выход, что отражено в схеме.

Рис. Принципиальная схема: а – MUX (2 – 1), б – его условное обозначение

Пример. Характеристики и обозначение микросхемы К155КП7.

Это селектор — мультиплексор MS(8-1), соединяющий прямой и инверсный выходы с одним из восьми входов в соответствии с кодом адреса на трех адресных входах.

Имеется также служебный вход EI для разрешения работы мультиплексора в определенный интервал времени при условии EI =1 (стробирование).

Микросхема выполнена в пластмассовом корпусе 238.16-2 с двухрядным вертикальным расположением выводов.

Электрические параметры микросхемы К155КП7 приведены в табл.3.2, условное графическое обозначение на рис.3.2, назначение выводов в таблице истинности 3.3.

Параметры К155КП7 Таблица 3.2

Uпит., ном., В
U 0 вых., не более, В 0.4
U 1 вых., не менее, В 2.4
I 0 вх., не более, мА -1.6
I 1 вх., не более, мА 0.04
t 1. 0 зд.р., не более, нс
t 0. 1 зд.р., не более, нс
Рпот., не более, мВт

Рис. Обозначение микросхемы К155КП7

Таблица истинности селектора-мультиплексора К155КП7

Входы Выходы
Служебные Информационные Адресные
EI X7 X6 X5 X4 X3 X2 X1 X A2 A1 A F /F
X X /X
X1 X1 /X1
X2 X2 /X2
X3 X3 /X3
X4 X4 /X4
X5 X5 /X5
X6 X6 /X6
X7 X7 /X7

Примечание: значком «/» обозначается инверсия. Вместо прочерка может использоваться любое значение переменной.

В состав мультиплексора обычно включают двоичный дешифратор, как, в качестве примера, показано на рис. 3.3 для простейшей схемы MUX (2-1).

Это позволяет управлять переключением информационных входов при помощи двоичных кодов, подаваемых на управляющие входы.

Количество информационных входов в таких схемах выбирают кратным степени числа два.

Таблица истинности Таблица 3.4

Входы Выход
EI A X1 X F
X X
X1 X1

а – на дешифраторе и логических элементах, управляемый двоичным кодом, б – его таблица истинности

Реализация логического выражения с помощью комбинационной логики может осуществляться на мультиплексорах.

Пример. Логическое выражение задано таблицей истинности (табл. 3.5), где A1, A аргументы функции F; X, X1, X2, X3 – значения функции F для соответствующих значений аргументов A1, A.

Аналогично можно получить постоянное запоминающее устройство.

При подаче на информационные входы фиксированных данных, их считывание с выхода F осуществляется с помощью адресных входов.

Таблица истинности устройства Таблица 3.5

Входы Выходы
Служебные Информационные Адресные
EI X3 X2 X1 X A1 A F

Согласно таблице истинности подключены входы мультиплексора MUX(4-1), изображенного на рис. 3.4 , а, на рис. 3.4, б – аналогичная схема на механическом переключателе (вход EI не используется).

Рис. 3.4 Подключение мультиплексора: а – микросхема, б – механический аналог на переключателе для реализации логической функции

Схему можно упростить, если принять во внимание, что на наборах 2, 3 (табл. 3.5): A1 = 0, а значение функции F = 0. В тоже время, на наборах 4, 5: A1 = 1, а значение функции F = A и повторяет значения младшего разряда кодаX.

Следовательно, таблицу 3.5 можно упростить (табл. 3.6), для наборов 2, 3 выбрать константу 0, для 4, 5 – значение X, адресный вход установить A1.

Таблица истинности устройства

Входы Выходы
Служебные Информационные Адресные
EI X1 X A F
X
X

На основании табл. 3.6 разработано устройство на MUX(2-1)

Рис. 3.5 Подключение мультиплексора: а – микросхема, б – механический аналог на переключателе для реализации логической функции

Схему также можно упростить, т.к. наборы 2, 3 (табл. 3.5) можно объединить, подав на А: A1 = 0, при этом F = X = 0 (константа 0); на наборах 4, 5: A1 = 1, а значение функции F повторяет значения A, которое подается на X1 (табл. 3.7, рис. 3.6).

Таблица истинности устройства

Входы Выходы
Служебные Информационные Адресные
EI X1 X A1 F
2
A

На основании табл. разработано устройство на MUX(2-1):

Рис. 3.6 Подключение мультиплексора:

б – механический аналог на переключателе для реализации логической функции

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Сдача сессии и защита диплома — страшная бессонница, которая потом кажется страшным сном. 8921 — | 7229 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector