Мультиплексоры и демультиплексоры

Мультиплексором называется комбинационное логическое устройство, предназначенное для управляемой передачи данных от нескольких источников информации в один выходной канал.

Типовое применение мультиплексора – это передача информации от нескольких разнесенных в пространстве источников на вход одного приемника. Предположим, что измеряется температура окружающей среды в нескольких помещениях и результаты измерений должны быть введены в одно регистрирующее устройство. При этом, так как температура изменяется медленно, для получения достаточной точности совсем не обязательно измерять ее постоянно. Достаточно иметь информацию через некоторые фиксированные промежутки времени. Именно эту функцию, т.е. подключение различных источников информации к одному приемнику по заданной команде, и выполняет мультиплексор. Информацию, разнесенную в пространстве, он преобразует к виду с разделением во времени.

Согласно определению, мультиплексор должен иметь один выход и две группы входов: информационные и адресные. Код, подаваемый на адресные входы, определяет, какой из информационных входов в данный момент подключен к выходному выводу. Поскольку n -разрядный двоичный код может принимать 2 ⁿ значений, то, если число адресных входов мультиплексора равняется n, число его информационных входов должно равняться 2 ⁿ.

Таблица истинности, отображающая работу мультиплексора с двумя адресными входами A₀, A₁, информационными входами D₀-D₃ и выходом Q, имеет следующий вид:

A1
A0
Q	D0	D1	D2	D3

Функция алгебры логики, описывающая работу такого мультиплексора, имеет вид

.

При передаче информации от нескольких источников по общему каналу нужны не только мультиплексоры, но и устройства обратного назначения, распределяющие информацию, полученную из одного канала между несколькими приемниками. Эту задачу решают демультиплексоры.

Демультиплексором называется комбинационное логическое устройство, предназначенное для управляемой передачи данных от одного источника информации в несколько выходных каналов. Согласно данному определению, демультиплексор в общем случае имеет один информационный вход, n адресных входов и 2 ⁿ выходов. Таблица истинности, описывающая работу демульиплексора с двумя адресными входами A₀, A₁, информационным входом D и информационными выходами Q₀-Q₃, имеет вид:

A1	A0	Q3	Q2	Q1	Q0
					D
				D
			D
		D

Данной таблице соответствует следующая система функций алгебры логики:

,

,

,

.

Регистры

Регистр предназначен для хранения двоичного числа (слова). Поэтому основу его составляют запоминающие элементы — триггеры. В каждом из них должна храниться цифра определенного разряда числа. Регистр может также осуществлять сдвиг принятого слова, преобразование двоичного кода из прямого в обратный (когда единицы заменяются нулями, а нули — единицами) и наоборот, логические сложение и умножение. В зависимости от способа ввода и вывода разрядов числа различают регистры параллельные, последовательные и параллельнопоследовательные. В параллельном регистре ввод и вывод слова осуществляются в параллельной форме — одновременно всех разрядов; в последовательном разряды числа вводятся и выводятся последовательно; в параллельно-последовательном регистре ввод

числа осуществляется в параллельной форме, а вывод — в последовательной или наоборот. Ввод и вывод информации в параллельном регистре может осуществляться однофазным и парафазным способами. При однофазном — число представляется в прямом или обратном коде; при парафазном — одновременно в прямом и обратном кодах. Параллельный регистр. На рис. 3.57 приведена функциональная

схема параллельного регистра на RS -триггерах при однофазном способе приема числа хn,..., х 2, х 1. Так как сигналы, поступающие

только на входы S, не могут установить соответствующие триггеры в состояния «0» (из-за чего число будет записано с ошибкой),

то перед приемом числа все триггеры регистра обнуляются. Для этого на шину «0» подается логический сигнал. Подготовка к приему новой информации составляет первый такт. Во втором такте по сигналу «1» на шине П («Прием») двоичное число хn,..., х 2, х 1 всеми разрядами одновременно (пар аллельно) Рис. 3.57. Параллельный регистр

через конъюнкторы записывается в разряды регистра. Выдача числа в прямом коде осуществляется по сигналу«1» на шине Впр, а в обратном — по сигналу«1» на шине Bобр.На рис. 3.58 изображена схема одного разряда параллельного реистра при парафазномспособе приема числа.Здесь i -й разряд числа впрямом и обратном кодах (хi и хi) подаетсяна оба входа триггера. Этим исключается необходимость предва-

рительной установки триггера в «0», так как теперь его состояние целиком определяется сигналами на S- и R -входах, т.е. цифрой в разряде кода. Такая запись числа осуществляется в один такт и производится намного быстрее, чем двухтактная.

Последовательный регистр. В последовательных регистрах число вводится и выводится последовательно — разряд за разрядом.Разряды такого регистра соединены последовательно. Каждый разряд выдает информацию в следующий и одновременно принимает новую информацию из предыдущего. Для этого каждый разряд должен иметь два запоминающих элемента. В первый передается информация из прдыдущего разряда, одновременно второй передает свою информацию в последующий разряд; затем информация, принятая первым элементом, передается во второй, а первый освобождается для приема новой информации. Двухступенчатый триг ер

Рис. 3.58. Разряд параллельного регистра

 

(например, JК -триггер) — это совокупность двух запоминающих элементов; поэтому он один может составлять разряд последовательного регистра. Если в цепи таких триггеров выходы одного соединить со входами другого, то по фронту тактового импульса во входную ступень каждого триггера будет заноситься информация из выходной ступени предыдущего триггера, а по спаду импульса она будет переписываться в выходную ступень. Теперь (пофронту следующего тактового импульса) во входной ступени триггера информация может быть заменена новой (из предыдущего триггера) без опасения, что предыдущая будет потеряна.Функциональная схема последовательного регистра приведена на рис. 3.59, где левый триггер предназначен для хранения старшего разряда числа, а правый — для хранения младшего разряда. Разряды двоичного числа (в виде высоких и низких потенциалов) начиная с младшего разряда последовательно поступают на

входы старшего разряда регистра. Поступление разрядов числа чередуется с поступлением импульсов сдвига, которыми вводимые разряды продвигаются вдоль регистра, пока младший разряд п -разрядного числа не окажется в младшем разряде регистра.