Kde sa používa multiplexor? Multiplexory a demultiplexory: obvody, princíp činnosti

Multiplexer je zariadenie, ktoré vzorkuje jeden z niekoľkých vstupov a pripája ho k jeho výstupu. Multiplexer má niekoľko informačných vstupov (D 0, D 1, ...), adresných vstupov (A 0 A 1, ...), vstup pre privádzanie zábleskového signálu C a jeden výstup Q. Na obr. 1, f znázorňuje symbolický obraz multiplexora so štyrmi informačnými vstupmi.

Každému informačnému vstupu multiplexora je priradené číslo nazývané adresa. Keď sa na vstup C privedie zábleskový signál, multiplexor vyberie jeden zo vstupov, ktorého adresa je určená binárnym kódom na adresových vstupoch, a pripojí ho k výstupu.

Teda dodaním adries rôznych informačné vstupy, možno preniesť digitálnych signálov z týchto vstupov na výstup Q. Je zrejmé, že počet informačných vstupov n inf a počet adresných vstupov n adr súvisia vzťahom n inf = 2 nadr.

Činnosť multiplexora je určená tabuľkou. 1. Pri absencii stroboskopického signálu (C = 0) neexistuje spojenie medzi informačnými vstupmi a výstupmi (Q = 0). Keď sa použije stroboskopický signál (C = l), na výstup sa prenesie logická úroveň informačnej úrovne Di, ktorej číslo i v binárnom tvare je špecifikované na adresových vstupoch. Takže pri nastavení adresy Al A 0 = ll 2 = 3 10 sa na výstup Q prenesie informačný vstupný signál s adresou 3 10, teda D 3.

Pomocou tejto tabuľky môžeme napísať nasledujúci logický výraz pre výstup Q:

Schéma zapojenia multiplexora skonštruovaného pomocou tohto výrazu je znázornená na obr. 1, b.

V prípadoch, kedy je potrebné prenášať viacbitové vstupné dáta na výstupy paralelne, sa používa paralelné zapojenie multiplexerov podľa počtu bitov prenášaných dát.

Použitie multiplexerov na syntézu kombinačných zariadení.

Na syntetizovanie logických funkcií možno použiť multiplexory. V tomto prípade môže byť počet prvkov použitých v obvode (balíky integrovaných obvodov) výrazne znížený.

Booleovský výraz multiplexora obsahuje členy so všetkými kombináciami premenných adries. V dôsledku toho, ak je potrebné syntetizovať funkciu troch premenných f(x 1, x 2, x 3), potom dve z týchto premenných (napríklad x 1, x 2) môžu byť privedené na adresové vstupy A 1, a A 0 a tretie x 3 - na vstup informácií.

Predpokladajme napríklad, že potrebujete syntetizovať funkciu uvedenú v tabuľke. 2. Výraz logickej funkcie

Ak vezmeme do úvahy premenné x l, x 2 ako adresové premenné, dostaneme tabuľku. 3, z ktorého je zrejmé, že multiplexor na výstupe Q implementuje danú logickú funkciu. Schematický diagram znázornené na obr. 2.

Je zrejmé, že akákoľvek funkcia troch premenných môže byť syntetizovaná na štvorvstupových multiplexeroch, akákoľvek funkcia štyroch premenných na osemvstupových multiplexeroch atď.

Pri syntéze kombinačných obvodov možno použiť multiplexory v spojení s prvkami určitého základu. Nech je celkový počet variabilné funkcie n. Potom, ak má multiplexor n adries adresových vstupov, potom sa im a jeho informačným vstupom dodáva n adries premenných. funkcie n-n variabilná adresa.

Predpokladajme napríklad, že chcete syntetizovať štvorpremennú logickú funkciu pomocou štvorvstupového multiplexora. Ak sú adresové premenné x 1, x 2, potom funkcie premenných x 3 a x 4, definované ako je uvedené v tabuľke, musia byť privedené na informačné vstupy multiplexora. 5 oblastí tabuľky Veitch. V rámci každej oblasti Veitchovej tabuľky načrtnutej pre informačné vstupy sa minimalizácia vykonáva pomocou konvenčných metód, po ktorých sa skonštruujú obvody, ktoré tvoria funkcie dodávané do informačných vstupov multiplexora.

Ukážme si túto techniku ​​pomocou implementácie funkcie uvedenej v tabuľke. 6.

Keď sa premenné x 1 a x 2 privádzajú na adresové vstupy multiplexora, na jeho informačné vstupy sa musí privádzať D 0 = 1; D1 = 0; D2 = x3. 4, D3 = 4. Obvod, ktorý implementuje danú funkciu, je znázornený na obr. 3.

Treba mať na pamäti, že pri syntéze logického zariadenia pomocou multiplexora je potrebné skonštruovať aj verziu obvodu bez použitia multiplexora. Potom porovnaním výsledných možností určte, ktorá možnosť je najlepšia z hľadiska počtu použitých puzdier integrovaných obvodov v obvode.

3.7. Multiplexory a demultiplexory

Multiplexer je zariadenie, ktoré vzorkuje jeden z niekoľkých vstupov a pripája ho k jeho jedinému výstupu v závislosti od stavu binárneho kódu. Inými slovami, multiplexor je signálový spínač riadený binárnym kódom, ktorý má niekoľko vstupov a jeden výstup. Vstup, ktorého číslo zodpovedá riadiacemu binárnemu kódu, je pripojený k výstupu.

No, súkromná definícia: multiplexer je zariadenie, ktoré konvertuje paralelný kód na sériový kód.

Štruktúra multiplexora môže byť reprezentovaná rôznymi schémami, napríklad táto:

Ryža. 1 – Príklad konkrétneho obvodu multiplexora

Najväčším prvkom je tu prvok AND-OR so štyrmi vstupmi. Štvorce s jednotkami sú invertory.

Pozrime sa na závery. Tie vľavo, konkrétne D0-D3, sa nazývajú informačné vstupy. Sú im prezentované informácie, ktoré je potrebné vybrať. Vstupy A0-A1 sa nazývajú adresové vstupy. Tu sa dodáva binárny kód, ktorý určuje, ktorý zo vstupov D0-D3 bude pripojený k výstupu, označenému v tejto schéme ako Y. Vstup C – synchronizácia, povolenie prevádzky.

Diagram má aj adresové vstupy s inverziou. Je to preto, aby bolo zariadenie všestrannejšie.

Obrázok ukazuje, ako sa tiež nazýva, multiplexer 4X1. Ako vieme, že počet rôznych binárne čísla, ktorý kód môže špecifikovať, je určený počtom bitov kódu ako 2 n, kde n je počet bitov. Musíte nastaviť 4 stavy multiplexora, čo znamená, že v kóde adresy by mali byť 2 bity (2 2 = 4).

Aby sme vysvetlili princíp fungovania tohto obvodu, pozrime sa na jeho pravdivostnú tabuľku:

Takto binárny kód vyberie požadovaný vstup. Napríklad máme štyri objekty, ktoré vysielajú signály, ale máme jedno zobrazovacie zariadenie. Berieme multiplexer. V závislosti od binárneho kódu je k zobrazovaciemu zariadeniu pripojený signál z požadovaného objektu.

Multiplexer je označený mikroobvodom takto:

Ryža. 2 – Multiplexer ako ISS

Demultiplexor- zariadenie inverzné k multiplexeru. To znamená, že demultiplexor má jeden vstup a veľa výstupov. Binárny kód určuje, ktorý výstup bude pripojený k vstupu.

Inými slovami, demultiplexor je zariadenie, ktoré vzorkuje jeden zo svojich niekoľkých výstupov a pripája ho k jeho vstupu, alebo je to signálový spínač riadený binárnym kódom s jedným vstupom a niekoľkými výstupmi.

Na vstup je pripojený výstup, ktorého číslo zodpovedá stavu binárneho kódu. A súkromná definícia: demultiplexor je zariadenie, ktoré konvertuje sériový kód na paralelný.

Zvyčajne sa používa ako demultiplexor dešifrovačov binárny kód do pozičného kódu, v ktorom je zavedený dodatočný hradlový vstup.

Kvôli podobnosti obvodov multiplexora a demultiplexora má séria CMOS mikroobvody, ktoré sú súčasne multiplexorom a demultiplexorom, v závislosti od toho, z ktorej strany sú signály napájané.

Napríklad K561KP1, fungujúci ako prepínač 8x1 a prepínač 1x8 (teda ako multiplexor a demultiplexor s ôsmimi vstupmi alebo výstupmi). Okrem toho v mikroobvodoch CMOS je možné okrem prepínania digitálnych signálov (logická 0 alebo 1) prepínať aj analógové.

Inými slovami, je to prepínač analógového signálu riadený digitálnym kódom. Takéto mikroobvody sa nazývajú spínače. Napríklad pomocou prepínača môžete prepínať signály vstupujúce na vstup zosilňovača (prepínač vstupu). Zvážte obvod voliča vstupu UMZCH. Postavme ho pomocou žabiek a multiplexora.

Ryža. 3 - Prepínač vstupu

Poďme sa teda pozrieť na prácu. Na spúšťačoch mikroobvodu DD1 je krúžok počítadlo stlačenia tlačidla s 2 číslicami (dve spúšte - 2 číslice). Dvojciferný binárny kód ide na adresové vstupy D0-D1 čipu DD2. Čip DD2 je dvojkanálový prepínač.

V súlade s binárnym kódom na výstupy mikroobvodu A A IN vstupy A0-A3 a B0-B3 sú pripojené. Prvky R1, R2, C1 eliminujú odskakovanie kontaktov tlačidiel.

Diferenciačný reťazec R3C2 nastaví klopné obvody na nulu po zapnutí napájania, pričom prvý vstup je pripojený k výstupu. Keď stlačíte tlačidlo, spúšťač DD1.1 sa prepne do stavu log. 1 a druhý vstup je spojený s výstupom atď. Vstupy sú vymenované do kruhu, začínajúc od prvého.

Na jednej strane je to jednoduché, na druhej trochu nepohodlné. Ktovie, koľkokrát bolo tlačidlo po zapnutí stlačené a ktorý vstup je teraz pripojený k výstupu. Bolo by pekné mať indikátor pre pripojený vstup.

Spomeňme si na sedemsegmentový dekodér. Dekodér s indikátorom prenesieme do spínacieho obvodu a prvé dva vstupy dekodéra (v schéme ako DD3), teda 1 a 2 (vývody 7 a 1) prepojíme s priamymi výstupmi spúšťačov DD1.1 DD1. 2 (kolíky 1 a 13). Vstupy dekodéra 4 a 8 (piny 2 a 6) pripojíme ku krytu (t.j. napájame logickú 0). Indikátor zobrazí stav počítadla zvonení, konkrétne čísla od 0 do 3. Číslo 0 zodpovedá prvému vstupu, 1 druhému atď.

Multiplexory a demultiplexory (mux a demux v anglickej skratke) sú pomerne bežné komponenty v digitálnej elektronike. Pochopenie logických procesov, ktoré sa v nich vyskytujú, nám umožní lepšie porozumieť obvodom s ich účasťou a vyvinúť zložitejšie elektronické zariadenia.

Multiplexory a demultiplexory pracujú proti sebe, ale na rovnakom princípe. Pozostávajú z informačných vstupov, informačných výstupov a prepínača (selektora).

Na obrázku nižšie je schematické znázornenie multiplexora a demultiplexora.

Multiplexer má niekoľko informačných vstupov. Prepínač multiplexora vyberie, ktorý z týchto vstupov sa má použiť, a pripojí ho k informačnému výstupu, z ktorého má multiplexor iba jeden. Táto situácia sa dá prirovnať k tomu, ak by vám kopa ľudí chcela povedať niečo vlastné, no vy môžete počúvať len jedného.

Naopak, demultiplexor má iba jeden informačný vstup a prepínač ho pripája vždy k jednému informačnému výstupu. To znamená, že je to rovnaké, ako keby ste chceli niečo povedať davu ľudí, ale v danom čase to môžete povedať len jednej osobe z tohto davu.

Existujú aj mikroobvody, ktoré kombinujú funkcie multiplexerov a demultiplexorov. V angličtine sú zvyčajne označené ako mux/demux. Môžu sa tiež nazývať obojsmerné multiplexory alebo jednoducho prepínače. Umožňujú prenos signálu v oboch smeroch. Takže sa s niekým môžete rozprávať nielen vy, ale aj niekto v dave sa s vami môže rozprávať určitý momentčas.

V tomto prípade má vnútorný prepínač zvyčajne niekoľko informačných vstupov, ktoré sú adresované v binárnej forme. Takmer všetky takéto mikroobvody majú OE linku (uvoľnenie výstupu alebo výstup je aktívny). Vo vnútri čipu sa nachádza aj demultiplexor s jedným vstupom a zvyčajne štyrmi výstupmi. Na výber výstupu má mikroobvod aj dve linky na adresovanie výstupu (00, 01, 10, 11).

Existujú digitálne aj analógové multiplexory. Digitálne spínače sú logické spínače, ktorých výstupné napätie bude rovnaké ako napájacie napätie. Analógové pripájajú napätie zvoleného vstupu k výstupu.

Princíp multiplexovania a demultiplexovania sa používal na úsvite rozvoja telefonovania na začiatku minulého storočia. Potom ten, kto chcel zavolať kamarátovi, zdvihol telefón a čakal, kým sa ozve operátor. Toto je časť multiplexora, pretože v určitom časovom bode operátor vyberie z množiny linku, na ktorej táto osoba „sedí“. Osoba hovorí, že chce hovoriť s priateľom, ktorého číslo je 12345. Toto je časť ústredne, tu operátor dostane číslo (adresu). Potom pripojí konektor ku kanálu svojho priateľa. Toto je časť demultiplexora. Tu sa jeden riadok z mnohých kanálov pripája iba k jednému.

Multiplexery a demultiplexery vám pomôžu vyriešiť problém rozšírenia počtu vstupných alebo výstupných liniek, ak je počet GPIO vášho mikrokontroléra príliš malý. Ak váš projekt obsahuje veľa senzorov, môžete ich pripojiť k multiplexeru. Výstup multiplexora je potom potrebné pripojiť k ADC a prepínaním adries liniek postupne čítať dáta zo snímačov.

Multiplexory sú tiež užitočné, keď máte niekoľko čipov rozhrania I2C, ktoré majú rovnakú adresu. Jednoducho pripojte linky SDA/SCL k prepínaču a ovládajte ich v sérii. Multiplexory a demultiplexory možno použiť aj ako prevodníky úrovní.

Prioritné šifrovače

Účel: zabezpečiť vygenerovanie kódu pre daný kľúč bez ohľadu na počet stlačených tlačidiel.

Skonvertujme: „x z 10“ na „1 z 10“ a potom na kód „8421“

Pozrime sa na príklad konštrukcie prioritného kódovača na konverziu desatinných čísel na kód 8421, ktorý je uvedený v tabuľke 3:

Tabuľka 3

Zapíšme si matematické výrazy pre premenné:

Na získanie prioritného obvodu kódovača stačí pripojiť výstupy x 9, ..., x 0 prevodníka „X z 10“ na „1 z 10“. na zodpovedajúce vstupy prevodníka kódu "1 z 10" na kód 8421. Obrázok 4 znázorňuje túto schému:

Obr.5

Spätnú konverziu binárneho kódu na kód 1-v-n vykonávajú prevodníky kódu nazývané dekodéry.

Obrázok 5 zobrazuje obvod dekodéra, ktorý vykonáva inverznú konverziu:

Lineárne dekodéry

Účel: vyberte jednu z n možných kombinácií (1 z n)

Obvod zariadenia je určený vzorcom:

kde m je počet riadiacich vstupov

n – počet výstupov alebo objektov

Ak je potom dekodér dokončený,

Ak potom v tomto prípade dekodér nebude úplný.

Možnosť 2 m