Мультиплексор и демультиплексоры

Мультиплексоры называют также селекторами данных. Действие механического коммутатора, показанного на рис. 3.38, а, идентично действию селектора данных электронного мультиплексора. Вращающийся коммутатор имеет восемь входов и один единственный выход. Вращением механической ручки данные с одного любого входа (0—7) могут быть переданы на выход и будут полностью идентичны входным.

На рис. 3.38, б приведена логическая схема мультиплексора-селектора данных на восемь входов. Обозначим их как I₀— I₇ и единственный выход как Y. Отметим также, что имеется один L-активный вход активизации .

рис 3.38. Механический коммутатор — аналог мультиплексора/селектора данных (а) и мультиплексор на восемь выходов (б)

Эти входы и выход представляют собой устройство, полностью аналогичное механическому коммутатору, и мы можем рассматривать вход активизации Е как общий прерыватель. Внизу на логической схеме мы обозначим выводы управления селекцией данных как S₂, S₁, S₀. Двоичные данные, поданные на эти входы, определяют, какой из входов данных соединен с выходом.

Пример, приведенный на рис. 3.38,6, показывает, что цепь включена или активизирована L-сигналом на входе

На выводы селекции данных S₂, S₁, S₀ подано 101₂. Этот сигнал избирает вход 5, что обеспечивает передачу логической 1 с I₅ на вход Y. Мультиплексор с восемью входами может быть использован для преобразования одного входного 8-разрядного слова в последовательный эшелон импульсов, переключая 3-разрядный счетчик на вводах селекции данных, что осуществляет последовательную селекцию входов (I₀, I₁, I₂ и т. д.). Мультиплексор-селектор данных используют также для решения сложных логических задач. Пример мультиплексорной схемы приведен на рис. 3.39.

Рис. 3.39. Четырехвходовый мультиплексор

У данной схемы два входных сигнала выбора — w и w₂. Четыре возможные комбинации их значений используются для выбора одного из входов данных (х₁, х₂, х₃ или х₄), значение которого передается на выход z. Очевидно, такую же структуру будут иметь и большие мультиплексоры, в которых k входных сигналов выбора используются для соединения одного из 2^k входов данных с выходом.

Типичной областью применения мультиплексоров является фильтрация данных, поступающих из множества разных источников. В частности, с помощью шестнадцати четырехвходовых мультиплексоров можно реализовать загрузку 16-разрядного регистра данных из одного из четырех источников.

Еще мультиплексоры используются в качестве базовых элементов для реалистических функций. Для примера рассмотрим функцию f определяемую таблицей истинности, приведенной на рис. А.39. Чтобы упростить эту функцию, переменные х₁ и х₂ следует рассматривать отдельно, как показано на рисунке. Обратите внимание, что для каждой пары значений переменных x₁ и х₂ значение функции соответствует одному из четырех термов: 0, 1, х₃ или . Это означает, что функцию можно реализовать с помощью четырехвходовой мультиплексорной схемы, где переменные х₁ и х₂ используются для выбора одного из четырех сигналов. Далее, если на входы данных подаются значения 0,1, х₃ или то согласно таблице истинности, на выход мультиплексора передается значение, соответствующее функции f. Это универсальный подход. Любую функцию трех переменных можно реализовать с помощью одного четырехвходового мультиплексора. Любую функцию четырех переменных подобным же образом можно реализовать с помощью одного восьмивходового мультиплексора и т. д.

Рис. 3.40. Реализация логической функции на основе мультиплексора

Демультиплексор, представленный на рис. 3.41, предназначен для выполнения действий, обратных действиям мультиплексора. Демультиплексор 1x8 обладает одним только входом данных D и восемью выходами (0—7). Схема имеет один L-вход активизации и три входа селекции данных В примере на рис. 3.41 имеется логическая 1 на входе D.

рис.3.41. Схема демультиплексора 1x8.

Цепь активизируется одним L-сигналом и входы селекции данных избирают выход 5 (101₂). При этих условиях входные данные появляются на выходе 5. Соединением входов селекции данных с 3-разрядным счетчиком последовательно входящие данные могут быть распределены на восемь выходов один за другим. Мультиплексоры и демультиплексоры могут быть использованы совместно для преобразования непрерывной информации в форму последовательностей. Мультиплексор будет представлять собой эмиттер, демультиплексор — приемник, который передает данные в их начальной форме.

Упражнения

3.38. См. рис. 3.42. Перечислить значения сигналов на выходе мультиплексора с восемью входами для каждой группы импульсов.

3.39. Обратиться к рис. 3.42. Мультиплексор осуществляет преобразование входных параллельных данных в выходные.

3.40. См. рис. 3.43. Дать для каждой группы импульсов значения выходных сигналов (0—7).

Решения

3.38. Значения выходных сигналов: а —0 (S₂S₁S₀ =000; I_o=0); b — 1 (S₂S₁S₀ = 001; I₁ =l); c-1 (S₂S₁S₀=010; I₂=1); d-0 (S₂S₁S₀ =011; I₃ =0); е-1 (S₂S₁S₀ =100; I₄=1); f-0 (S₂S₁S₀=101; I₅=0); g-0 (S₂S₁S₀=110; I₆=0); h—1 (S₂S₁S₀ = 111; I₇=1); i—l (мультиплексор не активизирован, пока входы выбора данных содержат 000). 3.39. Последовательные, 3.40. Значения на выходах: а — активизирован выход 0 (S₂S₁S₀ =000); b — активизирован выход 6 (S₂S₁S₀ =110); с —активизирован выход 1 (S₂S₁S₀ =001); d — активизированных выходов нет ( = 1 — сброс); f— активизирован выход 7 (S₂S₁S₀ = 111).

рис. 3.42. К упражнениям 3.38 и 3.39

Рис. 3.43. К упражнению 3.40

Лекция 13

Дешифраторы

Значительная часть информации хранится и обрабатывается в компьютерах в закодированном виде. Например, если речь идет о машинной команде, то для ее хранения может использоваться n-битовое поле, вмещающее один из 2ⁿ различных кодов операций. Но прежде чем выполнить требуемую операцию, закодированная команда должна быть декодирована. Схема, которая способна принять входное значение, состоящее из и разрядов, и сгенерировать соответствующий выходной сигнал на одной из 2ⁿ выходных линий, называется дешифратором (или декодером).

Простейший пример дешифратора с двумя входами и четырьмя выходами показан на рис. А.36. Одна из четырех выходных линий выбирается на основании значений на входах х₁ и х₂. На выбранный выход подается логическое значение 1, а на оставшиеся выходы — логическое значение 0.

Существуют и другие полезные типы дешифраторов.

Рис. 3.34. Дешифратор с двумя входами и четырьмя выходами

Так, при использовании двоично-десятичных данных обычно требуются декодирующие схемы, в которых четыре входные переменные, представляющие двоично-кодированное десятичное число, используются для выбора одного из 10 возможных выходов. В качестве еще одного специфического примера можно рассмотреть дешифратор, используемый для управления 7-сегментным индикатором.

Структура соответствующего 7-сегментного элемента показана на рис. 3.35. Как видите, с его помощью можно отобразить любую десятичную цифру. Соответствующие функции для каждого из 7 сегментов индикатора приведены в таблице истинности на рис. 3.35. Они реализуются с помощью показанной на этом же рисунке электронной схемы, составленной из вентилей И-НЕ. Предлагаем читателю самостоятельно убедиться, что данная схема действительно реализует приведенные функции. Рис. 3.35. Дешифратор, преобразующий двоично-десятичное число для отображения на 7-сегментном индикаторе

Упражнения

3.31. Шифратор на рис. 3.36 переводит десятичные сигналы с клавишного устройства в (ASCII, двоично-десятичный код).

3.32. Шифратор на рис. 3.36 имеет _______ (Н-, L-активные) входы.

рис. 3.36

Рис. 3.17. К упражнениям 3.31—3.33

3.33. Перечислить 4-разрядные индикации в двоично-десятичном коде на выходе для каждого из входных импульсов, изображенных на рис. 3.36.

3.34. Дешифратор на рис. 3.37 позволяет перейти от двоично-десятичного кода к (десятичному, шестнадцатеричному) коду.

3.35. Входные сигналы дешифратора на рис. 3.37 являются (Н-, L-активными), а их выходные сигналы

______ (Н-, L-активными).

3.36. Перечислить десятичные выходные сигналы (показания индикатора) для каждого входного импульса на рис. 3.37.

3.37. Перечислить активные сегменты для каждого из импульсов на рис. 3.37

Рис. 3.37. К упражнениям 3.34—3.37

Решения

3.31. См. рис. 3.36. Этот шифратор переводит сигналы с клавишного устройства в двоично-десятичный код. 3.32. Обратиться к рис. 3.36.Входы этого устройства активны (см. кружки инверсии). 3.33. Импульсы: а —0000 (нет активации входов); б — 0001 (вход 1 активизирован L-сигналом); с — 0010 (вход 2 активизирован L-сигналом); d — 0011;е —0111; f —1000; g — 1001; h — 0101 (активизированы входы 4 и 5,но приоритет имеет большее число). 3.34. От двоично-десятичного кода к десятичному с отражением на ^:семисегментном индикаторе. 3.35. Входы Н-активные; выходы L-активные. 3.36. Импульсы: а — 1; b — 4; с — 7;d —9; е —6; f —3; g — 0; h -42; i — 5; f — 8; 3.37. Импульсы: a — b,c; b — b, c, f, g; c — a,b,c;d — a, b, c, f, g; e — c,d, e, f, g (импульс а может быть активным на некоторых индикаторах для формирования цифры 6); g — а, b, с, d, e, f; h — a, b, d, e, g; i — а, с, d, f, g; j — a, b, c, d,e, f,g.

Лекция 22