następny punkt »


1. Multipleksery

Multipleksery są to układy pełniące rolę cyfrowych przełączników. Na wyjście układu jest przekazywany jeden z n sygnałów wejściowych, wybierany za pomocą specjalnych wejść adresowych. Na rysunku IV.1a pokazano symbol graficzny układu multipleksera ośmiowejściowego a na rysunku IV.1b pokazano tablicę prawdy opisującą działanie układu. Na przykład, podając dwójkowo numer 3 na wejścia adresowe A2, A1, A0, na wyjście Y zostanie przekazany sygnał wejściowy D3.

Rys. IV.1. Multiplekser ośmiowejściowy. a) Symbol graficzny, b) tablica prawdy

Funkcję boolowską opisująca układ z rysunku IV.1 możemy zapisać w postaci

Na tej podstawie możemy już narysować układ realizujący funkcję multipleksera ośmiobitowego (rysunek IV.2).

Rys. IV.2. Schemat układu multipleksera ośmiobitowego

Na konstrukcję schematu z rysunku IV.2 możemy popatrzeć również inaczej, wychodząc bezpośrednio z opisu funkcjonalnego działania multipleksera. Układ musi wybrać jeden z ośmiu sygnałów wejściowych. Stąd trzeba użyć ośmiu bramek iloczynu. Na jedno z wejść każdej bramki iloczynu trzeba podać jeden sygnał wejściowy. Na pozostałe trzy wejścia każdej bramki iloczynu trzeba podać odpowiednią kombinację sygnałów adresowych wybierających tę bramkę.

Weźmy dla przykładu bramkę, na którą podany jest sygnał D7. Sygnał ten będzie przekazany na wyjście bramki tylko wtedy gdy na pozostałe trzy wejścia będą podane trzy jedynki. Ponieważ sygnał D7 ma być przekazany na wyjście wtedy, gdy na wejściach adresowych będzie kombinacja 111, to stąd wniosek, że na trzy wejścia bramki trzeba podać sygnały AO, A1 i A2.

Podobnie w przypadku bramki, na którą podany jest sygnał D0. Zostanie on przekazany na wyjście wtedy, gdy na pozostałych trzech wejściach będą trzy jedynki. Oznacza to, że na te wejścia trzeba podać sygnały , i . Postępując podobnie, dla każdej z bramek można określić właściwą kombinację sygnałów adresowych. Zauważmy, że przy danej kombinacji wejść adresowych tylko jeden iloczyn będzie mógł przekazać na wyjście odpowiedni sygnał wejściowy. Pozostałe bramki będą zablokowane (to znaczy przynajmniej na jednym z wejść każdej z pozostałych bramek będzie zero logiczne).

Jeżeli wyjścia bramek iloczynów połączymy z wejściami ośmiowejściowej bramki sumy, to ostatecznie na wyjściu multipleksera pojawi się wybrany sygnał wejściowy.

Zauważmy, że w układzie pokazanym na rysunku IV.2 każde z wejść A0, A1, A2 jest połączone z pięcioma wejściami innych bramek. Oznacza to, z punktu widzenia układów sterujących, że każde z tych wejść wnosi obciążenie równe pięciu obciążeniom jednostkowym. Obciążenie to można zmniejszyć stosując rozwiązanie pokazane na rysunku IV.3. Teraz każdy układ generujący sygnały A0, A1, A2 jest obciążony wejściem tylko jednej bramki.

Rys. IV.3. Zmodyfikowany układ multipleksera

W układach multiplekserów występuje jeszcze jeden sygnał wejściowy oznaczany jako EN. Jest to tak zwany sygnał zezwalający. Przy wysokim poziomie sygnału EN układ działa tak jak dotychczas. Natomiast przy niskim poziomie sygnału EN cały układ jest zablokowany i na wyjściu Y stale jest poziom niski - żaden sygnał wejściowy nie jest przekazywany na wyjście. Realizuje się to w ten sposób, że sygnał EN jest podawany na każdą bramkę iloczynu (na dodatkowe piąte wejście w każdej bramce).

Produkowane multipleksery scalone mają ograniczone liczby wejść (8 lub 16). Czasami potrzebny jest multiplekser o większej liczbie wejść. Wyjaśnijmy na przykładzie jak taki multiplekser można zrealizować.

Przykład

Dostępne są multipleksery ośmiowejściowe. Zaprojektować układ multipleksera o 64 wejściach.

Chcąc uzyskać układ o 64 wejściach, musimy użyć ośmiu multiplekserów ośmiowejściowych. Adres wybierający jedno z 64 wejść musi być sześciobitowy (A5 - A0). Jeżeli trzy bity adresu (na przykład A2, A1, A0) wykorzystamy do wybierania sygnałów z użytych dotychczas ośmiu multiplekserów, to na wyjściu każdego z nich pojawi się jeden wybrany sygnał (jeżeli na przykład trzy wybrane bity adresu będą wskazywały numer 2, to na wyjściu każdego multipleksera pojawi się sygnał z wejścia 2 tego multipleksera). Otrzymamy w ten sposób osiem sygnałów, z których musimy wybrać jeden. Oznacza to, że musimy użyć jeszcze jednego multipleksera, który będzie adresowany za pomocą trzech pozostałych bitów adresu. Cały schemat układu pokazano na rysunku IV.4.

Rys. IV.4. Multiplekser o 64 wejściach

Otrzymany układ ma strukturę dwupoziomową. Gdyby liczba wejść projektowanego multipleksera była dużo większa konieczne byłoby użycie struktury o większej liczbie poziomów. Multipleksery o takiej wielopoziomowej strukturze są określane jako multipleksery piramidalne.

Koncepcja multipleksera, w którym po określeniu numeru wejścia, sygnał z tego wejścia jest przesyłany na wyjście, może być tak rozszerzona, żeby multiplekser przełączał nie pojedyncze wejścia a całe grupy wejść. Multipleksery takie są określane jako multipleksery grupowe. Na rysunku IV.5 pokazano symbol graficzny multipleksera grupowego, w którym przełączane są czwórki sygnałów wejściowych.

Rys. IV.5. Multiplekser grupowy

Użyty na rysunku IV.5 symbol szerokiej strzałki z przekreśleniem i cyfrą 4 reprezentuje cztery sygnały. Jeżeli na przykład na wejścia adresowe podany zostanie adres 2 to cztery sygnały C zostaną przekazane na cztery wyjścia Y. Zwróćmy uwagę na kółeczko przy wejściu sygnału zezwolenia EN. Oznacza ono, że aktywnym poziomem napięcia jest poziom niski - przy niskim poziomie napięcia na tym wejściu układ działa normalnie, natomiast przy wysokim napięciu na wejściu EN układ jest zablokowany.


 następny punkt »