3.4. Мультиплексоры и демультиплексоры

Мультиплексор (коммутатор) – универсальное логическое устройство, на основе которого создают различные комбинационные и последовательные схемы, имеют один выход (Y₁) и более одного входа и осуществляющее коммутацию под действием управляющих сигналов (Х_k-1, Х_k-2, …, Х₁, Х₀) одного из информационных входных сигналов (D₀, D_1, …, D₂^k_-1) - на выход. Обычно 2^k=n, где k и n – число управляющих и информационных входов соответственно. Код, поступающий на управляющие входы, определяет один из информационных входов, значение переменной которого передаётся на выход Y₁.

C помощью мультиплексоров осуществляется разделение во времени информации, поступающей по разным каналам. Часто используются для преобразования параллельного кода в последовательный, в делителях частоты, триггерных и сдвигающих устройствах и пр.

Набор сигналов, поступающих на управляющие входы, задаёт двоичное число вида:

, (3.7)

где Х_i^* =(0,1)- значение сигнала на входе Х_і. Выходной сигнал мультиплексора повторяет сигнал информационного входа D с номером Х^*.

Функция, реализуемая мультиплексором, может быть представлена в виде

++…+

+ = +++…+, (3.8)

где R_j –конъюнкция, равная 1 на наборе значений переменных Х_k-1,

Х_k-2,…,Х₀ c номером j (т.е. на наборе, представляющем в двоичном виде число j).

Таблица истинности, описывающая работу мультиплексора, имеющего n=8 информационных и k=3 управляющих входов имеет вид, представленный в табл. 3.5. Часто мультиплексоры строятся с использованием элемента типа И-ИЛИ для коммутации сигналов и дешифратора для управления коммутацией. На рис. 3.8 представлена схема функциональная мультиплексора с двумя управляющими входами Х₀, Х₁ и его условное графическое обозначение.

Таблица 3.5 Таблица истинности мультиплексора, имеющего n=8 информационных и k=3 управляющих входов

Рис. 3.8. Схема функциональная четырёхканального мультиплексора с двумя управляющими входами (а) и его условное графическое обозначение (б)

Если необходимо расширить число входов, то используется каскадное включение мультиплексоров. На рисунке 3.9 приведена схема мультиплексора с четырьмя входами, построенного на основе двухвходовых мультиплексоров.

Рис. 3.9. Схема каскадного включения мультиплексоров

Демультиплексор – комбинационная схема, выполняющая функцию, обратную функции мультиплексора, т.е. это комбинационная схема, имеющая один информационный вход (D₁), n информационных выходов (Y₀, Y₁, Y_n-1), и k управляющих входов (X_k-1, X_k-2, … X₁, X₀). Обычно, также как и у мультиплексоров, 2^k=n. В зависимости от кода k на управляющих входах сигнал с единственного информационного входа выдаётся на один из n выходов.

Демультиплексоры часто используются для преобразования последовательного кода в параллельный.

Комбинационная схема демультиплексора реализует функцию (3.9):

Работа демультиплексора описывается логическими уравнениями (3.10):

……………………………

Таблица истинности, описывающая работу демультиплексора при n=8, k=3, представлена таблицей 3.6.

Таблица 3.6 Таблица истинности демультиплексора при n=8, k=3

D1	X2	X1	X0	Y0	Y1	Y2	Y3	Y4	Y5	Y6	Y7
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	0	1	0	1	0	0	0	0	0	0
0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	1	0	0	0	1	0	0	0	0	0
0	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	1	1	0	0	0	1	0	0	0	0
0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	1	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0
0	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0
1	1	0	1	0	0	0	0	0	1	0	0
0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1	0
0	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0
1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1

В качестве демультиплексоров могут использоваться дешифраторы – демультикомплексоры.

На рисунке 3.10 представлена схема функциональная демультиплексора с четырьмя информационными выходами и двумя управляющими входами и его условное графическое изображение.

Рис. 3.10. Схема функциональная демультиплексора с прямыми управляющими входами (а) и его условное графическое изображение (б)

Для наращивания числа выходов демультиплексора используют каскадное включение демультиплексоров. На рисунке 3.11 приведена схема демультиплексора с шестнадцатью выходами на основе демультиплексоров с четырьмя выходами.

Рис. 3.11. Схема каскадного включения демультиплексоров

Функции демультиплексоров сходны с функциями дешифраторов. Дешифратор может рассматриваться как демультиплексор, у которого информационный вход поддерживает напряжение выходов в активном состоянии, а адресные входы выполняют роль входов дешифратора.