Мультиплексоры и демультиплексоры реферат
Обновлено: 02.07.2024
Мультиплексором называется комбинационная логическая схема, которая имеет n адресных входов, 2 n информационных входов и один выход. В такой схеме на выход передается сигнал с того информационного входа, номер которого в двоичном коде выражает комбинация, поданная на адресные входы.
Алгоритм работы мультиплексора описывается уравнением
,
где D i - сигнал на i - ом информационном входе;
K i - i-ый минтерм (i - номер минтерма, совпадающий с номером информационного входа );
i - номер информационного входа;
n- количество адресных входов.
Условное графическое изображение мультиплексора, имеющего четыре информационных входа, приведена на рисунке 2.1а), а его реализация на логических элементах на рисунке 2.1б). Мультиплексоры могут снабжаться дополнительными управляющими входом. У рассматриваемого мультиплексора имеется вход разрешения работы (передачи информации с входов на выход) Е.
При нулевом уровне сигнала на входе E на выходе устанавливается нулевой уровень вне зависимости от уровня сигналов на других входах, т.е. вход разрешения имеет приоритет. Алгоритм работы такого мультиплексора описывается уравнением
Некоторые мультиплексоры на базе КМОП двунаправленных ключей способны пропускать сигналы в обоих направлениях. Они способны коммутировать как аналоговые, так и цифровые сигналы, в них можно менять местами вход и выход. Такие микросхемы выполняют функции мультиплексора-демультиплексора.
Рисунок 2.2 Мультиплексор К564КП1
Иногда числа информационных входов одного мультиплексора не хватает. Увеличить число мультиплексируемых линий можно путем наращивания разрядности. Основные способы решения этой задачи: построение мультиплексорной структуры пирамидального типа (мультиплексорное дерево) и объединение нескольких мультиплексоров с помощью внешних логических элементов.
На рисунке 2.3 показан вариант мультиплексора 64 на 1, выполненного на четырех мультиплексорах К555 КП1 и мультиплексоре К555 КП2. Мультиплексоры управляются шестиразрядным адресным кодом A5 - A0 . Младшие разряды кода адреса A3A2A1A0 подаются в параллельном виде на адресные входы первой ступени, два старших разряда A5A4 являются адресами выходной ступени. Двоичный код A9 – A0 указывают номер входа, который подключен к выходу каждого входного мультиплексора.
Код A5A4 указывает номер той микросхемы первой ступени, выход которой подключен к общему выходу Y мультиплексора. На приведенной структурной схеме не указаны разрешающие входы V мультиплексоров.
Общее число информационных входов Nвх пирамидального мультиплексора равно произведению числа входов одного мультиплексора N1 на количество мультиплексоров nпервой ступени: Nвх = n N1. Для получения больших значений Nвх необходимо увеличивать число ступеней преобразования. Рост числа ступеней преобразования приводит к пропорциональному возрастанию времени задержки появления сигнала на выходе.
Мультиплексор является универсальным логическим элементом. Эта особенность основана на использовании общих свойств переключательных функций равняться логической единице или нулю при любом числе аргументов.
Функция имеет уровень лог. 1 на наборах x2 x1 = 00 и x2 x1 = 11 и уровень лог. 0 на наборах x2 x1 = 01 и x2 x1 = 10 (таблица 4.1). Для реализации данной функции необходимо подать на адресные входы мультиплексора сигнала x2x1, на входы D0 и D3 – потенциал высокого уровня U 1 , на входы D1 и D2 - потенциалы низкого уровня U 0 и на разрешающий вход V – уровень логического нуля U 0 , как показано на рисунке 2.4. При переборе входных адресов на выходе будет формироваться заданная переключательная функция.
Рассмотрим пример синтеза логической схемы для трех переменных на базе мультиплексора 4 1 типа К155КП2. Пусть функция задана таблицей истинности на рисунке 2.5.
Число переменных больше числа адресных входов, поэтому надо выбрать, какие переменные подавать на адресные входы. Оптимальный вариант получается, когда на адресные входы подаются переменные, встречающиеся в минимальном выражении функции наибольшее число раз. В нашем случае , поэтому на адресные входы следует подать переменные и (или ). Когда нет однозначности, надо рассмотреть несколько вариантов и выбрать лучший, т.е. тот, в котором на адресные входы подается наибольшее число констант (0 или 1). Но в рассмотренном примере для наглядности решения на адресные входы подаем переменные и . Разбиваем таблицу истинности на области, в которых переменные, поданные на адресные входы не меняются.
Рисунок 2.5 Рисунок 2.6
Каждая такая область соответствует информационному входу, номер которого определяется комбинацией адресных перемененных этой области. Разбиение на области для рассматриваемой функции показано на рисунке 5.3 пунктиром.
Верхняя область соответствует входу D0 т.к. комбинация адресных переменных (00). Из таблицы видно, что в этой области функция равна 1 и не зависит от . Потому на вход D0 надо подать 1. В следующей области видно, что функция равна , поэтому на вход D1 надо подать . В следующей области функция равна и на вход D2 подается . В последней области функция не зависит от и равна 0, значит на вход D3 подается 0.
В общем случае можно считать, что на информационный вход подается некоторая функция, зависящая от переменных, не поданных на адресные входы. Эту функцию можно определить по карте Карно, составленной для данного информационного входа.
Мультиплексор, как функциональное устройство, применяется в качестве коммутатора цифровых сигналов, т.е. для передачи информации от нескольких приемников к одному источнику; может использоваться для преобразования параллельного кода в последовательный; применяется в качестве цифровых ключей (некоторые мультиплексоры КМОП могут работать как аналоговые ключи) и т.д.
Если цифровой код на адресных входах мультиплексора поочередно перебирает все комбинации двоичных переменных на адресных входах, состояние на выходе последовательно повторяет состояние всех его информационных входов (режим мультиплексирования данных). В этом режиме мультиплексор выполняет преобразование параллельного двоичного кода на информационных входах в последовательный код на его выходе.
Раздел: Радиоэлектроника
Количество знаков с пробелами: 7228
Количество таблиц: 0
Количество изображений: 5
Со временем развития цифровой техники появилась необходимость пересылать данные от многих источников к одному. Для этого был изобретен мультиплексор. Так же для решения обратной задачи – пересылки данных от одного источника в несколько – изобретен демультиплексор.
В данной работе обобщены сведения об мультиплексорах и демультиплексорах, приведены схемы из реализации, рассмотрены особенности разных микросхем.
Содержание
Введение. 3
1. Мультиплексоры. 4
1.1. Общие сведения. 4
1.2. Особенности построения мультиплексоров на ТТЛ элементах 4
1.3. Особенности построения мультиплексоров на КМОП элементах 6
1.4. Мультиплексоры. Примеры микросхем. 8
1.5. Пример применения. 14
2. Демультиплексоры. 15
2.1 Общие сведения. 15
3. Проектирование мультиплексора и демультиплексора. 17
3.1. Мультиплексор. 17
3.2. Демультиплексор. 19
Заключение. 21
Библиографический список. 22
Работа состоит из 1 файл
курс.проект.мультиплексоры.демультиплексоры.doc
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Пояснительная записка к курсовому проекту
230100 0000 01 ПЗ
Преподаватель: Бессонов Н. П.
Студент: Авксенова А. Е.
Группа: Р-34031
Со временем развития цифровой техники появилась необходимость пересылать данные от многих источников к одному. Для этого был изобретен мультиплексор. Так же для решения обратной задачи – пересылки данных от одного источника в несколько – изобретен демультиплексор.
В данной работе обобщены сведения об мультиплексорах и демультиплексорах, приведены схемы из реализации, рассмотрены особенности разных микросхем.
1.1. Общие сведения.
Мультиплексорами называются устройства, которые позволяют подключать несколько входов к одному выходу. В простейшем случае такую коммутацию можно осуществить при помощи ключей:
Рис. 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.
1.2. 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.
| Y | X | Out |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
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 элементов "И" в один выход. Это делается при помощи элемента "ИЛИ" точно так же как и при построении схемы по произвольной таблице истинности. Получившийся вариант схемы коммутатора с управлением логическими уровнями приведен на рисунке 2.
Рис. 2. Принципиальная схема мультиплексора, выполненная 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. 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.
Рис. 3. Принципиальная схема мультиплексора, управляемого двоичным кодом.
Рис. 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.
1.3. 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.
Рис. 5. Схема электронного ключа, выполненного на МОП 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, МОП 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 таких 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.
Рис.6. Мультиплексор, управляемый двоичным кодом.
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.
1.4. Мультиплексоры. Примеры микросхем.
Микросхемы К176КТ1, К561КТЗ, КР1561КТЗ (рис. 7) содержат по четыре аналоговых ключа. Каждый ключ имеет три вывода - два информационных А и В и один управляющий С. При подаче лог. 0 на вход С информационные выводы разомкнуты между собой и паспортный ток утечки между ними не превышает 2 мкА (реально значительно меньше). При подаче лог. 1 на вход С сопротивление ключа уменьшается до нескольких сотен Ом. Это сопротивление нелинейно и зависит от напряжения между информационным выводом, на который подается входной сигнал, и общим проводом. Максимальное сопротивление ключ имеет при указанном напряжении, близком к половине напряжения питания, минимальное - при напряжении, близком к нулю или напряжению питания.
Рис.7. Микросхемы К176КТ1, К561КТ3, КР1561КТ3
В табл. 1 приведены минимальное и максимальное сопротивление открытого ключа при изменении напряжения на его информационном входе при различных напряжениях питания.
| Напряжение источника питания,В ; | Сопротивление открытого ключа, Ом | |
| К176КТ1 | К561КТЗ | |
| 3 | 400. бесконеч. | 500. бесконеч. |
| 5 | 200. бесконеч. | 250. 1000 |
| 9 | 100. 1200 | 110. 220 |
| 10 | 100. 600 | 100. 200 |
| 15 | 100. 200 | 60. 120 |
Как видно из таблицы, при напряжении питания 3. 5 В ключ К176КТ1 может пропускать сигнал, лишь близкий к напряжению питания или нулю, то есть только цифровой сигнал. Аналоговый сигнал, меняющийся в диапазоне от нуля до напряжения питания, Ключ К176КТ1 может пропускать лишь при напряжении питания 9. 15 В. Для ключей микросхемы К561КТЗ диапазон напряжений питания, при котором возможно пропускание аналогового сигнала - от 5 до 15 В. Для получения малых нелинейных искажений при коммутации аналоговых сигналов сопротивление нагрузки должно иметь величину порядка 100 кОм и более. В любом случае амплитудные значения коммутируемого сигнала не должны быть выше напряжения источника питания и ниже нуля.
Микросхемы К561КП1 и КР1561КП1 содержат по два четырехвходовых мультиплексора. Микросхемы имеют два адресных входа 1 и 2, общие для обоих мультиплексоров, общий вход стробирования S, информационные входы ХО - ХЗ первого мультиплексора и его выход, входы Y0 - Y3 второго мультиплексора и его выход. Два варианта изображения микросхемы КП1 приведены на рис. 8.
Рис.8. Структура микросхемы К561КП1 (а) и ее обозначение (б).
При подаче на адресные входы 1 и 2 двоичного кода адреса и на вход S лог. 0 выходы мультиплексоров соединяются со входами, номера которых соответствуют десятичному эквиваленту кода адреса. Если на входе S лог. 1, выходы мультиплексоров отключаются от входов и переходят в высокоимпедансное состояние. Соединение входов с выходом мультиплексора происходит аналогично соединению в микросхемах К176КТ1, К561КТЗ и КР1561КТЗ при помощи двунаправленных ключей на комплементарных МОП-транзисторах. Передаваемый через мультиплексор сигнал может быть как аналоговым, так и цифровым, он может передаваться как со входов на выход (микросхема работает в режиме мультиплексора), так и с выхода распределяться на входы (режим демультиплексора).
Особенность микросхемы КП1 по сравнению с ранее рассмотренными ключами КТ1 и КТЗ - возможность коммутации аналоговых и цифровых сигналов с амплитудой от пика до пика, превышающей амплитуду входных управляющих сигналов, подаваемых на входы 1,2, S.
Практическое освоение принципов построения мультиплексоров и демультиплексоров и экспериментальное их исследование на лабораторном стенде. Каскадное соединение, Уравнения и таблицы функционирования, описывающие работу мультиплексора и демультиплексора.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 03.03.2015 |
| Размер файла | 230,2 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
МУЛЬТИПЛЕКСОРЫ И ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРЫ
Теоретические основы лабораторной работы
Таблица функционирования, описывающая работу мультиплексора, имеющего, например, n = 4 информационных (Д0, Д1, Д2, Д3) и k = 2 адресных (А0, А1) входов, представлена в табл. 1.
Вариант схемной реализации мультиплексора “4-1” (“четыре в один”, т.е. коммутирующего данные от одного из четырех входов на единственный выход) и его условное графическое изображение представлены на рис. 1.
Здесь мультиплексор построен как совокупность двухвходовых конъюкторов данных (их число равно числу информационных входов), управляемых выходными сигналами дешифратора, дешифрирующего двоичный адресный код. Выходы конъюкторов объединены схемой ИЛИ.
Рис. 1. Схема мультиплексора с дешифратором (а) и его условное графическое изображение
В интегральном исполнении применяется более простая схема, в которой конъюкторы дешифратора одновременно выполняют и функцию конъюкторов данных. Работа мультиплексора при этом описывается соотношением
Из (2) следует, что при любом значении адресного кода все слагаемые, кроме одного равны нулю. Ненулевое слагаемое равно Дi, где i - значение текущего адресного кода.
В соответствии с этим соотношением строятся реальные схемы мультиплексоров, одна из которых для мультиплексора “четыре в один” приведена на рис. 2. Как правило, схема дополняется входом разрешения работы - Е (показан пунктирной линией). При отсутствии разрешения работы (Е=0) выход у становится нулевым и не зависит от комбинации сигналов на информационных и адресных входах мультиплексора.
В тех случаях, когда функциональные возможности ИС мультиплексоров не удовлетворяют разработчиков по числу информационных входов, прибегают к их каскадированию с целью наращивания числа входов до требуемого значения. Наиболее универсальный способ наращивания размерности мультиплексора состоит в построении пирамидальной структуры, состоящей из нескольких мультиплексоров. При этом первый ярус схемы представляет собой столбец, содержащий столько мультиплексоров, сколько необходимо для получения нужного числа информационных входов. Все мультиплексоры этого столбца коммутируются одним и тем же адресным кодом, составленным из соответствующего числа младших разрядов общего адресного кода. Старшие разряды адресного кода используются во втором ярусе, мультиплексор которого обеспечивает поочередную работу мультиплексоров первого яруса на общий выход. мультиплексор демультиплексор каскадный уравнение
Рис. 3 Каскадное соединение мультиплексоров
Пирамидальная схема, выполняющая функцию мультиплексора “16-1” и построенная на мультиплексорах “4-1”, показана на рис. 3.
Демультиплексор - схема, выполняющая функцию, обратную функции мультиплексора, т.е. это комбинационная схема, имеющая один информационный вход (Д), n информационных выходов (у0, у1, …, уn-1) и k управляющих (адресных) входов (А0, А1, …, Аk-1). Обычно, также как и мультиплексоров, 2 k = n. Двоичный код, поступающий на адресные входы, определяет один из n выходов, на который передается значение переменной с информационного входа (Д), т.е. демультиплексор реализует следующие функции:
Таблица функционирования демультиплексора, имеющего n = 4 информационных выходов (у0, у1, у2, у3) и k = 2 адресных входов (А0, А1), представлена в табл. 2.
Поскольку мультиплексор выполняет дизъюнкцию элементарных конъюнкций, то с его помощью можно реализовать любые функции алгебры логики. Пусть, например, задана функция алгебры логики F такой таблицей истинности: Пусть требуется создать 16-канальный мультиплексор из четырехканальных. Значит, адрес должен быть четырехразрядным: ХЧитать ещё >
Мультиплексор и демультиплексор ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )
Мультиплексор (коммутатор) — это многовходовая комбинационная схема, которая служит для коммутации одного из 2″ информационных входов на выход под действием п управляющих (адресных) сигналов.
Составим схему мультиплексора при п — 2 (рис. 3.7).
Рис. 3.7. Схема мультиплексора.
Мультиплексор реализует дизъюнкцию элементарных конъюнкций и является универсальным устройством:
где Zj — информационный сигнал; X, — сигналы с выхода декодера. Условное обозначение мультиплексора представлено на рис. 3.8, а.
Рис. 3.8. Условное обозначение и пример микросхемы.
Мультиплексоры выпускают как отдельные микросхемы. Например, сдвоенный четырехканальный мультиплексор К555КП2 (рис. 3.8, 6), который имеет общий декодер на оба канала.
Промышленность выпускает мультиплексоры с числом адресных входов 2, 3, 4. Если этого недостаточно, то используют их каскадное включение.
Пусть требуется создать 16-канальный мультиплексор из четырехканальных. Значит, адрес должен быть четырехразрядным: ХХ2Х3Ха(2 а = 16). Этот адрес подается на входы декодеров определенным образом (рис. 3.9).
Рис. 3.9. Мультиплексор на 16 каналов (16 в один).
Поскольку мультиплексор выполняет дизъюнкцию элементарных конъюнкций, то с его помощью можно реализовать любые функции алгебры логики. Пусть, например, задана функция алгебры логики F такой таблицей истинности:
Рис. 3.10. Реализация ФАЛ на мультиплексоре.
Демультиплексор выполняет функцию, обратную мультиплексору, т. е. коммутирует один информационный вход на один из 2″ выходов под действием п управляющих (адресных) сигналов. Составим схему демультиплексора при п = 2 (рис. 3.12).
Рис. 3.11. Второй вариант реализации ФАЛ.
Рис. 3.12. Демультиплексор на четыре канала.
Рис. 3.13. Обозначение демультиплексора
Читайте также: