Как увеличить разрядность мультиплексора

Увеличение разрядности мультиплексора

Используя два мультиплексора, например, MUX(2-1) количество входов можно увеличить в два раза, реализуя MUX(4-1), если подавать на входы EI старший разряд адресной переменной (A₁) со своими значениями, заданными в функции.

Этот сигнал будет попеременно подключать в работу первый или второй мультиплексор (рис. 3.6, а; табл. 3.7).

Рис. Увеличение разрядности,

а – реализация MUX(4-1) на двух MUX(2-1),

б – реализация MUX(3-1) на двух MUX(2-1)

Таблица истинности MUX(4-1)

№	Входы	Выходы
Служебные	Информационные	Адресные
MUX 2	MUX 1
EI	X3	X2	X1	X0	A1	A0	F
–	–	–	X0	X0
–	–	X1	–	X1
–	X2	–	–	X2
X3	–	–	–	X3

Аналитическое выражение работы MUX(4-1), согласно таблице и схеме а:

Примеры использования мультиплексоров:

— передача данных от нескольких источников сигналов по общему каналу с разделением во времени;

— преобразование параллельного кода в последовательный код (модем);

— постоянные запоминающие устройства;

— в качестве дешифраторов;

— регистры сдвига (совместно с приоритетным шифратором);

— преобразование целых чисел из формата с фиксированной запятой в формат с плавающей запятой и обратное преобразование;

— для передачи четырех восьмибитовых слов в параллельном коде на восьмибитовый выход. Применяется в микропроцессорной технике.

Способы наращивания разрядности мультиплексора

Если требуется построить мультиплексорное устройство с большим числом входов, осуществляется каскадирование нескольких коммутаторов (схема, так называемого, мультиплексорного дерева).

Такое мультиплексорное дерево, построенное на 4-х входных мультиплексорах, приведено на рисунке 4.21.

Адресный код Si So обеспечивает параллельное управление мультиплексорами 1-й ступени, при этом одной из 4-х кодовых комбинаций одновременно открываются по одному каналу. Например, при комбинации 11 Fi=D₃, F₂=D₃, F₃=D₃ и F₄=D₃. т.е. проключаются ко 2-й ступени 3, 7, 11 и 15 информационные каналы при нумерации их от 0 до 15. Одновременно при такой же адресной комбинации S₃S₂ (11) на выход мультиплексора подключается только сигнал с одного 15-го информационного канала, т.е. F=f₃.

Аналогичным образом можно получить и более сложные схемы мультиплексоров.

В современных цифровых системах мультиплексоры часто используются для формирования различных логических функций.

Рассмотрим мультиплексор «из 8 в 1». Выходная функция F содержит все кодовые комбинации переменных А^Ао- Поэтому при подаче на входы соответствующих значений D1 на выходе можно подучить любую логическую функцию.

Рис. 4.21 Мультиплексорное дерево, построенное на 4-х входных мультиплексорах

Порядок реализации заданной функции с помощью мультиплексора с п- адресными входами:

• — минимизировать заданную функцию;
• — в полученной МДНФ выделить п переменных, имеющих наибольшее вхождение в слагаемые;
• — преобразовать МДНФ таким образом, чтобы обеспечить вхождение выделенных переменных во все слагаемые функции (для этого необходимо умножить слагаемые с недостающими переменными на выражение вида (Xvl);
• — выполнить упрощение функции путем вынесения за скобки конъюнкций выделенных п переменных (они будут использованы в качестве адресующих кодов).

В результате всех этих преобразований получим выражение исходной логической функции, реализуемой мультиплексором «из 2″ в 1» при условии, что на его адресные шины подаются выделенные переменные, а на информационных входах реализуются логические выражения, заключенные в скобках.

• 1. Если выражение в скобках отсутствует (равно 0) или равно 1, или одной из входных переменных, то дополнительных схем для реализации заданной функции не требуется.
• 2. Если же выражение в скобках является функциями 2-х и более переменных, то их необходимо реализовать с помощью дополнительных логических схем или отдельных мультиплексоров.

Рассмотрим пример реализации с помощью мультиплексора «из 4 в 1» логической функции:

Определяем число вхождений переменных (с инверсией и без инверсии) в заданную функцию: А, В, С — по три, D — четыре, Е — два.

Выберем две переменные: D и любую из первых трех (например С).

Преобразуем функцию, вводя С и D во все слагаемые, где они отсутствуют:

Если в качестве адресующего кода взять переменные CD, то CD соответствует коду 00,

Частные функции в скобках могут быть реализованы либо логической схемой (например в булевом базисе ЛЭ), либо с помощью мультиплексора по вышерассмотренным правилам.

Один из вариантов реализации приведен на рисунке 4.22.

Рис.4.22 Реализация функции с помощью мультиплексора

Мультиплексоры. Структура. Расширение разрядности. Область применения.

Мультиплексор — коммутатор цифровых сигналов. 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 m входами. На одни входы всех элементов конъюнкции подаются информационные сигналы, а другие входы этих элементов соединены с соответствующими выходами дешифратора с n входами.

Функциональная схема мультиплексора приведена на рис.2.13.

Из рис. 2.13. 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 линий D0 . . . Dm. Число входов элементов И может быть равным только двум, однако, во многих случаях возникает необходимость стробирования выходного сигнала мультиплексора импульсами независимого источника. В таких случаях в структуре мультиплексора используются элементы И с тремя входами. Одни из входов всех элементов конъюнкции, в последнем случае, объединяются, и по этой линии подается сигнал разрешения работы мультиплексора (стробирующий сигнал). Наличие дополнительного управляющего входа расширяет функциональные возможности мультиплексора и позволяет проще реализовать методы борьбы с гонками.

На рис. 2.14 показано обозначение мультиплексора на принципиальных и функциональных электрических схемах.

Из уравнения мультиплексора видно, что на его выход будет передаваться сигнал только с одного входа, номер которого совпадает с числом, соответствующим кодовой комбинации Х1 и Х2. Если Х1=Х2=0, на выход мультиплексора будет передаваться сигнал с входа D0. Когда на адресных (управляющих) входах Х1=1 и Х2=0, то на выход будет передаваться сигнал с входа D1 и т.д.

Мультиплексоры нашли широкое применение в вычислительной технике в качестве коммутаторов цифровых сигналов. Они используются в компьютерах и микропроцессорных контроллерах для коммутации адресных входов динамических оперативных запоминающих устройств, в узлах объединения или разветвления шин и т.д. На базе мультиплексоров можно построить различные комбинационные устройства с минимальным числом дополнительных элементов логики. Следует отметить, что мультиплексоры хотя, и предназначены для коммутации цифровых сигналов, но с помощью мультиплексоров, изготовленных по КМОП технологии, можно коммутировать и аналоговые сигналы.

Универсальные логические модули (УЛМ) на МS. Кроме ком-мутационных функций, мультиплексоры позволяют реализовать комбинационные устройства на m(m-количество управляющих входов) входов и на один выход. Если комбинационное устройство, построенное на базе мультиплексора, не требует подключения дополнительных элементов логики, оно называется универсальным логическим модулем. Отметим, что мультиплексор 8 ®1 (3 управляющих и 8 информационных входов) позволяет реализовать любую функцию трёх переменных.

Для получения УЛМ управляющие входы мультиплексора представляют как информационные, а информационные входы — как настроечные (следовательно, у мультиплексора 8 ®1 будут три информационных и 8- настроечных входов).