Мультиплексоры и демультиплексоры

Практическая работа №9

Тема: Мультиплексоры и демультиплексоры

Цель: Изучение принципа действия комбинационных схем: мультиплексора, демультиплексора.

Вид работы: индивидуальный

Время выполнения: 2 часа.

Теоретические сведения

Мультиплексорами называются устройства, которые позволяют подавать сигнал с одного из нескольких входов на один выход. В простейшем случае такую коммутацию можно осуществить при помощи ключей, изображенных на схеме рис. 14.

Рисунок 14 -  Коммутатор, собранный на ключах

В цифровых схемах требуется управлять ключами при помощи логических уровней. Поэтому желательно подобрать устройство, которое могло бы выполнять функцию ключа с электронным управлением цифровым сигналом. Попробуем «заставить» работать в качестве электронного ключа уже знакомые нам логические элементы. Рассмотрим таблицу истинности логического элемента «И» (таблица 7). 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.

Таблица 7 - ТИ логического элемента «И»

По таблице истинности отчётливо видно, что если 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 элементов «И» на один общий выход. Это делается при помощи логического элемента «ИЛИ» точно так же как и при построении схемы по произвольной таблице истинности.

Получившийся вариант схемы коммутатора с управлением логическими уровнями представлен на рис. 15.

Рисунок 15 -  Принципиальная схема коммутатора, построенного на элементах «И»

В схеме, приведенной на рис. 15, 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 рис. 16. Такая схема позволяет управлять переключением информационных входов мультиплексора при помощи двоичных кодов, подаваемых на его управляющие входы. Количество информационных входов в таких схемах выбирают кратным степени числа два.

Рисунок 16 - Принципиальная схема мультиплексора, управляемого двоичным кодом

Мультиплексор с двоичным управлением изображается на схемах как показано на рис. 17.

Рисунок 17. Условное графическое обозначение 4-хвходового мультиплексора

Задача передачи сигнала с одного входа микросхемы на один из нескольких выходов называется демультиплексированием. Демультиплексор можно построить на основе точно таких же схем логического «И», как и при построении мультиплексора. Схема демультиплексора приведена на рис. 18. Для выбора конкретного выхода демультиплексора, как и в мультиплексоре, используется двоичный дешифратор.

Рисунок 18 - Принципиальная схема демультиплексора, управляемого двоичным кодом.

На схемах демультиплексор обычно изображается точно так же, как и дешифратор. Единственное отличие в изображении схемы – это наличие дополнительного информационного входа V. Условное графическое обозначение демультиплексора приведено на рис. 19.

Рисунок 19 - Условное графическое обозначение демультиплексора.

Ход работы

Мультиплексор представляет собой комбинационное устройство с m информационными, n управляющими входами и одним выходом. Функционально мультиплексор состоит из m элементов конъюнкции, выходы которых объединены дизъюнктивно с помощью элемента ИЛИ с входами. На одни входы всех элементов конъюнкции подаются информационные сигналы, а другие входы этих элементов соединены с соответствующими выходами дешифратора с n входами.

Из рисунка следует, что мультиплексор содержит дешифратор на соответствующее число выходов (число выходов дешифратора определяется числом информационных входов мультиплексора), элементы конъюнкции на два или на три входа каждый и элемент дизъюнкции с числом входов, равным количеству информационных входов.

Пример. Синтез комбинационной схемы для реализации функции четырёх переменных на мультиплексоре 4 в 1, 8 в 1, 16 в 1.

Последовательность синтеза следующая:

1.      Составить таблицу истинности или карту Карно заданной функции.

2.      Подать на управляющие (адресные) входы мультиплексора младшие переменные.

3.      Каждый информационный сигнал Di будет функцией оставшихся переменных и комбинацией переменных, поданных на адресный вход.

4.      Для каждого информационного входа необходимо составить карту Карно.

5.      Минимизировать логические выражения, если необходимо и построить схему формирования сигналов для каждого входа.

Пусть логическая функция задана в виде карты Карно.

Тогда, объединяя контуры по единицам, можно записать СДНФ логической функции.

                  (10)

Карта Карно для мультиплексоров 4 в 1, 8 в 1 и 16 в 1 имеет вид:

Для мультиплексора 4 в 1 информационные входы:

                       (11)

Таким образом, мультиплексор 4 в 1 имеет вид:

Аналогично синтезируются мультиплексоры 8 в 1 и 16 в 1. После определения информационных входов, данные мультиплексоры имеют вид:

Демультиплексор – это устройство, в котором сигналы с одного информационного входа поступают в желаемой последовательности по нескольким выходам в зависимости от кода на адресных шинах.

Задания к практической работе

Задание 1. Реализуйте на мультиплексоре логическую функцию, заданную в виде карты Карно.

а)      б)

в)       г)

д)    е)

ж)              з)

Контрольные вопросы и задания

1.     Дайте определение мультиплексора и демультиплексора?

2.     На какой базе строятся мультиплексоры?

3.     Назовите область применения мультиплексоров?

4.     Объяснить работу мультиплексора по его логической структуре.

5.     Объяснить работу демультиплексора по его логической структуре.

6.     Как работает мультиплексор?

7.     Как работает демультиплексор?