Multiplexoare și demultiplexoare

Multiplexoarele și demultiplexoarele aparțin clasei de dispozitive combinaționale care sunt concepute pentru a comuta fluxurile de date în liniile de comunicație la adrese date. Majoritatea datelor din sisteme digitale transmis direct prin firele și conductorii plăcilor cu circuite imprimate. Adesea este nevoie de a transmite semnale binare de informații (sau analogice în sisteme analog-digitale) de la sursa semnalului către consumatori. În unele cazuri, este necesară transmiterea datelor pe distanțe mari prin linii telefonice, cabluri coaxiale și optice. Dacă toate datele ar fi transmise simultan pe linii de comunicație paralele, lungimea totală a unor astfel de cabluri ar fi prea mare și ar fi prea scumpe. În schimb, datele sunt transmise pe un singur fir în formă serială și sunt grupate în date paralele la capătul de recepție al acelei linii de comunicație unice. Dispozitivele folosite pentru a conecta una dintre sursele de date cu un anumit număr (adresă) la o linie de comunicație se numesc multiplexoare. Dispozitivele folosite pentru a conecta o linie de comunicație la unul dintre receptorii de informații cu o adresă specificată se numesc demultiplexoare. Datele paralele de la unul dintre dispozitivele digitale pot fi convertite în semnale de informații seriale folosind un multiplexor, care sunt transmise printr-un singur fir. La ieșirile demultiplexorului, aceste semnale de intrare seriale pot fi grupate înapoi în date paralele.

1. Multiplexoare

Informații teoretice

ÎN dispozitive digitale Adesea este nevoie de a transmite informații digitale de la m dispozitive diferite la n receptori printr-un canal public. Pentru a face acest lucru, la intrarea canalului, instalați un dispozitiv M (Fig. 1.1), numit multiplexor, care, conform codului de adresă Am, conectează una dintre sursele de informații m („1 din m”) la canal, iar la ieșirea canalului, dispozitivul DM (demultiplexor) asigură transmiterea informațiilor către un receptor având o adresă digitală An.

Adică, un multiplexor este un dispozitiv combinațional conceput pentru a conecta unul dintre n semnale de intrare la o ieșire comună în conformitate cu codul adresei. În legătură cu circuitele computerului: un multiplexor este unitate funcțională sistem digital, conceput pentru comutarea (comutarea) informațiilor de la una dintre m intrări adresabile la o ieșire comună. Numărul unei linii de intrare specifice conectată la ieșire în fiecare ciclu de timp al computerului este determinat de codul de adresă A 0,...A k -1. Relația dintre numărul de informații m și adresa k intrări este determinată de relația m2 k. Astfel, multiplexorul implementează transfer controlat de date de la mai multe linii de intrare la o linie de ieșire.

Principiul de funcționare al unui multiplexor (și demultiplexor) este demonstrat clar în Fig. 1.1.

Funcția multiplexoarelor în câmpul de tip LE este scrisă cu literele MUX (multiplexor). Denumirea grafică convențională (UGO) a multiplexorului este prezentată în Fig. 1.2.

Multiplexoarele sunt utilizate pentru comutarea liniilor individuale sau a grupurilor de linii (autobuze), convertirea codului paralel în cod serial, implementarea funcțiilor logice ale mai multor variabile, construirea de circuite de comparație și generatoare de cod. În ceea ce privește multiplexoarele, se folosește și termenul „selector de date”.

Multiplexoarele includ un decodor de adrese. Semnalele decodorului controlează porțile logice, permițând informațiilor să treacă doar prin una dintre ele. Logica de funcţionare a multiplexorului pentru m=4 este descrisă în Tabelul 1.1, unde x 0 ,...,x 3 sunt ieşirile surselor independente de informaţie, iar variabilele A 0 , A 1 sunt adresabile, adică. reprezinta in cod binar numarul intrarii de informatii la care este conectat în acest moment la ieșirea Y. Apoi funcționarea multiplexorului este descrisă de tabelul de adevăr al tabelului. 1.1:

În ceea ce privește algebrei booleene, funcția multiplexor este:

Cel mai simplu multiplexor care implementează transformarea specificată în Tabelul 1.1 poate fi construit pe elemente logice ȘI, SAU în combinație cu un decodor de adrese. Într-o astfel de structură, semnalul la ieșirea multiplexorului Y este setat cu o întârziere a semnalelor de adresă în etapele logice ale decodorului (Fig. 1.3, a).

Performanța multiplexorului poate fi mărită prin combinarea unui decodor de adresă și a porților de informații (Fig. 1.3b).

Intrarea stroboscopică C (în Fig. 1.3, b) este utilizată pentru a preveni conectarea neautorizată a intrărilor aleatoare la ieșire în timp ce adresele se schimbă. Un impuls scurt de blocare (impuls stroboscopic) asigură că ieșirea este deconectată de la intrări pe durata redirecționării.

Să ne uităm la câteva aplicații de circuit ale multiplexoarelor. Este destul de evident să folosiți un multiplexor ca un convertor al codului binar m-bit paralel în serial. Pentru a face acest lucru, este suficient să aplicați un cod paralel la intrările multiplexorului și apoi să schimbați secvențial codul de adresă în secvența necesară. În acest caz, pentru a evita apariția unui semnal fals la ieșirea multiplexorului, impulsul stroboscopic trebuie să deconecteze ieșirea de la intrări în timpul perioadei de comutare a adresei.

Multiplexoarele pot fi utilizate pentru a construi funcții logice ale mai multor variabile sub forma formei normale disjunctive. Fie ca o funcție logică să fie definită de cinci variabile independente. Dacă sunt aplicate intrărilor de adresă ale multiplexorului corespunzător cu 2 5 = 32 intrări de informații (arborele multiplexer), atunci pentru a obține orice funcție de cinci variabile la ieșirea Q, este suficient să se aplice unități logice intrărilor de informații, a cărei adresă coincide cu termenii funcției sintetizate. Trebuie aplicate zerouri logice la intrările rămase, excluzând astfel combinațiile corespunzătoare din funcția de ieșire. Această metodă este acceptabilă dacă funcția m variabile conține aproape 2 m număr de mintermi, altfel schema se dovedește a fi redundantă.

Multiplexorul poate fi utilizat mai eficient dacă argumentele funcției sunt furnizate nu numai intrărilor de adrese, ci și intrărilor de informații. Pentru a face acest lucru, argumentele funcției sintetizate f(x 1...,x m) sunt împărțite în intrări de informații D i și intrări de adrese (A j), astfel încât acestea din urmă să fie controlate de variabilele incluse cel mai adesea în termenii de funcția.

Multiplexoarele integrate sunt disponibile cu patru, opt sau șaisprezece intrări. Multiplexoarele în cascadă fac posibilă implementarea comutării unui număr arbitrar de linii de intrare pe baza microcircuitelor multiplexor seriale de capacitate mai mică. Un exemplu de construire a unui circuit de multiplexoare cu 16 intrări pe baza multiplexoarelor tipice cu 4 intrări este prezentat în Figura 1. Un astfel de circuit se numește arbore multiplexer.

Algoritmul de sinteză pentru un dispozitiv care implementează o funcție logică bazată pe un multiplexor include următoarele operații:

reprezentați funcția sub formă de SDNF;

pentru un anumit SDNF, completați harta Karnot (Veitch);

Pe harta Karnot (Veitch), selectați zonele în funcție de numărul de intrări de informații ale multiplexorului. Numărul de rânduri m și coloane n din astfel de zone trebuie să îndeplinească următoarea condiție: m,n=2 k , unde k=0,1,2,...Variabilele care își păstrează valoarea în zonele selectate sunt cele de adresă și restul sunt informative;

trimite variabile de adresă în orice mod la intrările de adresă ale multiplexorului selectat (sau specificat), determinând astfel corespondența neechivocă a zonelor de adresă cu o anumită intrare de informații;

pentru fiecare zonă, găsiți MDNF/MCNF cu privire la variabilele informaționale pentru a controla intrările de informații;

folosind transformări identice MDNF/MCNF, aduceți-l într-o formă convenabilă pentru implementare în comun;

implementați circuite pentru fiecare intrare de informații a multiplexorului în baza elementului selectat.

Să dăm un exemplu de construcție a unui multiplexor care implementează o anumită funcție:

Pentru această funcție vom construi o hartă Karnaugh:

2. Să fie specificat un multiplexor cu 4 intrări de informații (2 intrări sunt adresa). Să evidențiem zonele de adrese de pe harta Karnaugh. Pentru opțiunea aleasă de partiționare în zone de adresă, variabilele X 1, X 3 au devenit cele de adresă. Ele pot fi furnizate la intrările de adresă în două moduri: A 1 =X 1, A 0 =X 3 sau A 1 =X 3, A 0 =X 1 (metoda de alimentare nu contează). Apoi zonele de adresă corespund intrărilor de informații D 0, D 1, D 2, D 3 (prezentate pe harta Carnaugh). Zonele de adrese determină funcțiile de control ale intrării de informații corespunzătoare ale multiplexorului.

Minimizăm funcțiile de management:

D 1 =X 0, D 2 =X 0,

Să implementăm funcțiile obținute (Fig. 1.5):

Cercetare Multiplexor

Scopul lucrării este de a studia logica de funcționare, parametrii statici și dinamici ai dispozitivelor combinaționale folosind exemplul unui multiplexor cu patru intrări construit pe elemente Schaeffer.

Diagrama schematică a unui multiplexor cu patru intrări este prezentată în Fig. 1.6.

Misiunea de lucru

Asamblați circuitul multiplexor studiat (Fig. 1.7). În diagramă, generatoarele de impulsuri dreptunghiulare G1, G2, G3, G4 simulează sursele de date de intrare, iar un contor binar de 2 biți pe flip-flops Tg1, Tg2 asigură modificări periodice ale adreselor multiplexorului.

Orientări

În diagramă (Fig. 1.7), utilizați modele de componente ideale sau o serie de LE-uri specificate de profesor.

Aplicați semnale de la generatoare cu frecvențele f 0, f 1, f 2, f 3, f 4 - conform instrucțiunilor profesorului, sursa de tensiune V1 = U ip.

În timpul funcționării normale a multiplexorului, la ieșirea acestuia ar trebui să se formeze o serie de impulsuri cu frecvențele f 1, f 2, f 3, f 4 (intrarea osciloscopului B). Pentru a studia procesele tranzitorii într-un multiplexor, deconectați generatorul G0 de la intrarea declanșatorului Tg1 și conectați-l la intrările flip-flop-urilor R. Determinați frecvența, parametrii statici și dinamici ai semnalului la ieșirea multiplexorului.

Conectați generatorul G0 la intrarea declanșatorului Tg1, iar intrările analizorului logic la punctele circuitului, așa cum se arată în Fig. 1.7.

Întrebări de securitate

Ce este un multiplexor și pentru ce sunt folosite multiplexoarele?

Dați o ecuație care descrie funcționarea unui multiplexor cu patru intrări.

Explicați scopul intrărilor de informații.

De ce este folosită o intrare stroboscopică în multiplexoare?

Ce determină viteza unui multiplexor?

Pentru ce se folosesc multiplexoarele în cascadă?

2. Demultiplexoare

Informații teoretice

Un demultiplexor este o unitate funcțională a unui computer concepută pentru a comuta (comuta) semnalul unei singure intrări de informații D la una dintre n ieșiri de informații. Numărul de ieșire la care este furnizată valoarea semnalului de intrare la fiecare ciclu de timp al computerului este determinat de codul de adresă A 0 , A 1 ..., A m-1 . Intrările de adrese m și ieșirile de informații n sunt legate de relația n2 m.

Demultiplexoarele sunt folosite pentru comutarea liniilor individuale și a magistralelor multi-biți, transformând codul serial în paralel. La fel ca un multiplexor, un demultiplexor include un decodor de adrese. Semnalele decodorului controlează porțile logice, permițând transferul de informații doar prin una dintre ele (Fig. 1.1)

Logica de funcționare a demultiplexorului pentru cazul n=4 este ilustrată în tabel. 2.1, unde y0,...,y3 sunt intrările receptorilor de informații.

Misiunea de lucru

Asamblați circuitul multiplexor studiat (Fig. 2.4). În diagramă, generatorul de impulsuri dreptunghiulare G1 simulează sursa datelor de intrare, iar contorul binar de 2 biți pe declanșatoarele Tg1, Tg2 asigură modificări periodice ale adreselor multiplexorului. (Fig. 2.4).

Orientări

Întrebări de securitate

Ce este un demultiplexor și pentru ce sunt folosite demultiplexoarele?

Dați ecuații care descriu funcționarea unui demultiplexor cu patru ieșiri.

Explicați scopul intrărilor de adrese.

De ce este folosită o intrare de poartă în demultiplexoare?

Ce determină performanța unui demultiplexor?

Pentru ce se folosesc demultiplexoarele în cascadă?

Literatură

Elemente de circuite digitale: manual. indemnizație / V.P. Sigorsky, V.I. Zubchuk, A.N. Slab. –Kiev: UMK VO, 1990.

Babich N.P., Jukov I.A. Circuite computerizate. Kiev 200

Zubchuk V.I., Sigorsky V.P., Shkuro A.N. Manual de circuite digitale.

1. – K.: „Tehnologie”, 1990.

   Rețele de fibră optică și sisteme de comunicații

   Rezumat >> Comunicari si comunicatii Splitter si cuple, optice/multiplexoare demultiplexoare Splitter si cuple, optice/multiplexoare, atenuatoare optice fixe, optice... compensatoare optice de dispersie cromatica, optice

2. si filtre. Dispozitivele enumerate...

   Realizarea lucrărilor de laborator la cursul sistemelor de comunicații prin fibră optică

   Rezumat >> Industrie, producție Splittere optice…………………………………………………………………..25 3.1 Multiplexoarele multiplexoareŞi …………………………………..25 3.2 Divizoare optice de putere... se numesc purtători optici multiplexoare (Şi demultiplexoare

3. respectiv). Cele doua sunt folosite pentru...

   Circuite computerizate (2)

   Lucrări de curs >> Informatică

Circuitele computerelor folosesc o mulțime de părți care individual par inutile (și, în majoritatea cazurilor, sunt). Dar odată ce sunt colectate într-un sistem logic, respectând legile fizicii, se pot dovedi a fi pur și simplu de neînlocuit. Un bun exemplu sunt multiplexoarele și demultiplexoarele. Ele joacă un rol important în crearea sistemelor de comunicații. Un multiplexor nu este dificil. Și veți vedea acest lucru singur citind articolul.

Ce este un multiplexor?

Un multiplexor este un dispozitiv care selectează una dintre mai multe intrări și apoi o conectează la ieșirea sa. Totul depinde de starea codului binar. Un multiplexor este folosit ca comutator de semnal care are mai multe intrări și o singură ieșire. Mecanismul funcționării acestuia poate fi descris de următorul tabel:

Tabele similare pot fi văzute atunci când studiați programarea și, mai precis, când rezolvați probleme de alegere logică. În primul rând, despre multiplexorul analogic. Acestea conectează intrările și ieșirile direct. Există un multiplexor optic, care este mai complex. Pur și simplu copiază valorile rezultate.

Ce este un demultiplexor?

Un demultiplexor este un dispozitiv cu o singură intrare și mai multe ieșiri. Ce va fi conectat la ceea ce este determinat de codul binar. Pentru a face acest lucru, este citit și ieșirea, care are valoarea necesară, este conectată la intrare. După cum puteți vedea, aceste dispozitive nu trebuie neapărat să funcționeze în perechi pentru o funcționare completă și și-au primit numele datorită funcționalității pe care o îndeplinesc.

Circuit multiplexor

Să ne uităm la circuitul multiplexor. Cea mai mare parte este elementul AND-OR. Poate avea un număr diferit de intrări, variind de la două și teoretic până la infinit. Dar, de regulă, nu sunt făcute pentru mai mult de 8 intrări. Fiecare intrare individuală se numește invertor. Cele din stânga se numesc informații. În mijloc există intrări adresabile. Un element este de obicei conectat la dreapta, ceea ce determină dacă multiplexorul în sine va funcționa. Aceasta poate fi completată cu o intrare de inversare. Pentru a indica în scris numărul de intrări și pentru a arăta că acesta este un multiplexor, se folosesc intrări de acest tip: „1*2”. Prin unitate ne referim la numărul de pini care intră într-un triplu. Cele două sunt folosite pentru a indica ieșirea și sunt de obicei egale cu 1. În funcție de numărul de intrări adresabile, se determină ce bit va avea multiplexorul, iar în în acest caz, se foloseste formula: 2 n. În loc de n, înlocuiți doar valoarea necesară. În acest caz, 2 2 = 4. Dacă pentru un multiplexor binar sau ternar diferența dintre numărul de intrări și de ieșiri este de două, respectiv trei, atunci se spune că acestea sunt complete. La o valoare mai mică sunt incomplete. Acest dispozitiv are un multiplexor. Diagrama este prezentată suplimentar sub forma unei imagini, astfel încât să aveți cea mai completă idee despre structura sa.

Circuit demultiplexor

Pentru a comuta canalele, demultiplexoarele folosesc doar elemente logice „ȘI”. Rețineți că cipurile CMOS sunt adesea construite folosind comutatoare cu tranzistori cu efect de câmp. Prin urmare, conceptul de demultiplexor nu se aplică acestora. Este posibil să se facă astfel încât un dispozitiv să își poată schimba proprietățile cu unele diametral opuse? Da, dacă schimbați ieșirile și intrările de informații, drept urmare prefixul „de-” poate fi adăugat la numele „multiplexor”. În scopul lor, ele sunt asemănătoare decriptoarelor. În ciuda diferențelor existente, ambele dispozitive din microcircuite interne sunt desemnate prin aceleași litere - ID. Demultiplexoarele efectuează funcții logice cu un singur operand (o singură intrare, unitară), care au un număr semnificativ de opțiuni posibile de răspuns la un semnal.

Tipuri de multiplexoare

Practic, există doar două tipuri de multiplexoare:

1. Terminal. Acest tip de multiplexoare este situat la capetele liniei de comunicatie prin care sunt transmise unele date.
2. I/O. Ele sunt folosite ca instrumente care sunt instalate într-un decalaj al liniei de comunicație pentru a elimina mai multe canale de informații din fluxul general. În acest fel, se evită necesitatea instalării multiplexoarelor terminale, care sunt mecanisme mai scumpe.

Costul multiplexoarelor

Este de remarcat faptul că multiplexoarele nu sunt o plăcere ieftină. Cel mai ieftin în acest moment costă mai mult de 12 mii de ruble, limita superioară este de 270.000 Dar chiar și la astfel de prețuri, sunt aproape întotdeauna mai profitabile decât așezarea unei noi linii. Dar un astfel de beneficiu este prezent numai dacă există personal calificat care poate efectua întregul domeniu de activitate în mod corespunzător și poate instala corect multiplexorul. Prețul poate crește ușor dacă nu există un specialist cu normă întreagă. Dar se pot angaja oricând în firme specializate.

Multiplexarea

Multiplexarea semnalelor se realizează datorită costului semnificativ al canalelor de comunicație în sine, precum și din cauza costurilor de întreținere a acestora. Mai mult decât atât, din punct de vedere pur fizic, ceea ce este disponibil acum nu este folosit la întregul său potențial. Instalarea unui multiplexor pentru a funcționa în sistem este mai profitabilă din punct de vedere monetar decât organizarea unui nou canal. În plus, trebuie să petreceți mai puțin timp acestui proces, ceea ce implică și anumite beneficii materiale.

În acest articol, ne vom familiariza cu principiul de funcționare al multiplexării în frecvență. Cu acesta, un interval de frecvență separat este alocat special pentru fiecare flux de intrare într-un canal de comunicație comun. Iar multiplexorul are sarcina de a transfera spectrul fiecăruia dintre spectrele de intrare într-o gamă diferită de valori. Acest lucru se face pentru a elimina posibilitatea traversării diferitelor canale. Pentru a preveni ca acestea să devină un obstacol unul pentru altul chiar și atunci când depășesc limitele alocate, folosesc tehnologia intervalelor de protecție. Constă în lăsarea unei anumite frecvențe între fiecare canal, care va absorbi impactul defecțiunilor și nu va afecta starea generală a sistemului. Multiplexarea FDMA poate fi utilizată în liniile de comunicații optice și electrice.

Resursele limitate au creat oportunitatea de a îmbunătăți mecanismul. Rezultatul final a fost un proces numit multiplexare în timp. Cu acest mecanism, o perioadă scurtă de timp este alocată în fluxul general de mare viteză pentru transmiterea unui semnal de intrare. Dar aceasta nu este singura opțiune de implementare. Se poate, de asemenea, să se aloce o anumită parte de timp, care se repetă ciclic la un interval dat. În general, multiplexorul în aceste cazuri se confruntă cu sarcina de a oferi acces ciclic la mediul de transmisie a datelor, care trebuie să fie deschis fluxurilor de intrare pe intervale scurte.

Concluzie

Un multiplexor este ceva care extinde capacitățile de comunicare. Articolul a examinat dispozitivele utilizate pentru transmiterea datelor, care permit economii semnificative la acest element de cheltuieli. Structura lor schematică și conceptul de multiplexare, caracteristicile și aplicarea acestuia au fost, de asemenea, revizuite pe scurt. Astfel, am revizuit cadrul teoretic. Veți avea nevoie de el pentru a trece la practică dacă doriți să explorați multiplexoarele și demultiplexoarele.

Multiplexor– un dispozitiv care asigură conectarea uneia dintre intrările de informații cu o singură ieșire. Intrările multiplexorului sunt împărțite în două grupe: informații și adresare. Numărul intrării de informații care este conectată la ieșire este specificat în cod binar pe intrările de adresă. Dacă un multiplexor are n intrări de adresă, atunci poate avea 2 n intrări de informații.

Demultiplexor– un dispozitiv care asigură conectarea uneia dintre ieșirile de informații cu o singură intrare de informații. Numărul ieșirii de informații care este conectată la intrare este specificat în cod binar la intrările de adresă. Dacă un demultiplexor are n intrări de adresă, atunci poate avea 2 n ieșiri de informații.

Diagrama funcțională a unui demultiplexor cu patru ieșiri este prezentată în Figura 1.35a și simbol pe schemele de circuit - în Figura 1.35, b.

Schema funcțională a unui multiplexor cu patru intrări este prezentată în Figura 1.35, c, iar simbolul său pe schemele de circuit este prezentat în Figura 1.35, d. Multiplexoarele pot fi echipate cu o intrare suplimentară - o intrare care permite transferul de informații de la intrări la ieșiri.

Pentru a explica principiul de funcționare al multiplexorului, să ne uităm la tabelul de adevăr:

Funcționarea unui multiplexor este descrisă de relația, care se numește uneori formula multiplex . Pentru orice valoare a codului de adresare, toți termenii, cu excepția unuia, sunt egali cu zero. Termenul diferit de zero este egal cu D i, unde i este valoarea codului de adresă curent. Funcția logică care descrie funcționarea multiplexorului:

Multiplexoarele pot fi aplicateîn divizoare de frecvență, dispozitive de declanșare, schimbătoare, etc. Multiplexoarele sunt adesea folosite pentru a converti codul binar paralel în serial. Pentru o astfel de conversie, este suficient să aplicați un cod binar paralel la intrările de informații ale multiplexorului și să aplicați semnale la intrările de adresă într-o astfel de secvență încât intrările să fie conectate alternativ la ieșire, începând de la prima și terminând cu ultimul.

Funcțiile demultiplexoarelor sunt similare cu cele ale decriptoarelor. Decodorul poate fi considerat ca un demultiplexor, în care intrarea de informații menține tensiunea de ieșire în stare activă, iar intrările de adresă servesc ca intrări de decodor. Prin urmare, în desemnarea atât a decodoarelor, cât și a demultiplexoarelor din microcircuite interne, se folosesc aceleași litere - ID.

Creșterea capacității multiplexoarelor cu un număr mare de linii de intrare, se realizează folosind o conexiune în cascadă-piramidă a multiplexoarelor cu un număr mai mic de intrări (se construiește un arbore multiplexer). De exemplu, un multiplexor 16:1 în două etape poate fi construit folosind cinci multiplexere 4:1. Prima cascadă de patru multiplexoare comută 16 intrări la 4 ieșiri, dintre care singura este selectată în a doua cascadă. În același timp, schema de control devine mai complicată.

Aceste dispozitive sunt combinațională.

Criptoare și decriptoare

Aceste dispozitive sunt combinațională.

Sunt numite dispozitivele care convertesc un tip de cod în altul convertoare de coduri. De exemplu, există dispozitive care convertesc codul binar direct în coduri inverse și complementare. Convertoarele includ, de asemenea, codificatoare și decodoare care codifică și decodifică semnale.

Decodoarele binare convertesc codul binar într-un cod 1 din N. În combinația de cod a acestui cod, o singură poziție este ocupată de unul, iar restul sunt zero.

Un decodor binar care are n intrări trebuie să aibă 2 n ieșiri corespunzătoare numărului de combinații diferite din codul binar de n biți. Dacă unele dintre seturile de intrare nu sunt utilizate, atunci decodorul este numit incomplet, iar numărul său de ieșiri este mai mic de 2n.

Literele DC (din engleză Decoder) sunt indicate în simbolul pentru decodor. Intrările decodorului sunt de obicei desemnate prin greutăți binare. În plus față de intrările de informații, decodorul are de obicei una sau mai multe intrări de activare a operațiunii desemnate ca EN (Activare). Dacă există permisiunea pentru această intrare, decodorul funcționează în modul descris mai sus, dacă este absent, toate ieșirile decodorului sunt pasive. Dacă există mai multe intrări de activare, atunci semnalul de activare a operațiunii este format ca o conjuncție a semnalelor intrărilor individuale.

Decodor (decodor) - convertește codul care ajunge la intrările sale într-un semnal doar la una dintre ieșirile sale. Decodorul unui număr binar de n biți are 2n ieșiri. Schema funcțională a unui decodor cu 16 ieșiri este prezentată în Figura 1.34a. Microcircuitul K155ID3 a fost construit conform acestei scheme funcționale. Simbolul pentru acest microcircuit pe diagramele de circuit este prezentat în Figura 1.34b. Pentru a converti semnalul, este necesar să se aplice semnale zero logic la intrările V1 și V2 ale microcircuitului.

Să fie prezent numărul binar 1111 la intrarea decodorului. În acest caz, toate cele cinci intrări ale elementului DD1.15 vor avea semnale logice, iar ieșirea acestui element va fi zero logic. Ieșirile tuturor celor 15 elemente rămase vor conține semnale logice. Dacă cel puțin una dintre intrările V are una logică, atunci toate cele 16 ieșiri vor avea unele.

Un sistem de funcții logice care arată funcționarea decodorului:

unde Z n – iesirile decodorului

X i – intrări decodor

Encryptor (encoder)– un dispozitiv care este un convertor de cod de poziție în binar (zecimal în binar).

Codificator(encoder) convertește semnalul de la una dintre intrări într-un număr binar de n biți. Diagrama funcțională a unui codificator care convertește cifre zecimale într-un număr binar de 4 biți este prezentată în Figura 1.33, a, iar simbolul său este prezentat în Figura 1.33, b. Când un semnal logic apare la una dintre cele zece intrări, numărul binar corespunzător va fi prezent la cele patru ieșiri ale codificatorului. Lăsați semnalul logic să fie aplicat la intrarea 7. Apoi ieșirile elementelor logice DD1.1, DD1.2, DD1.3 vor avea semnale logice, iar ieșirea elementului DD1.4 va avea un semnal logic zero. Astfel, la ieșirile 8, 4, 2, 1 ale codificatorului obținem numărul binar 0111.

Demultiplexoare

Demultiplexorul este un circuit care îndeplinește o funcție inversă celei a unui multiplexor, adică. acesta este un circuit combinațional care are o intrare de informații (D), n ieșiri de informații (y0, y1, ..., yn-1) și k intrări de control (adresă) (A0, A1, ..., Ak-1) . De obicei, la fel ca multiplexoarele, 2k= n. Codul binar care ajunge la intrările de adresă determină una dintre cele n ieșiri, la care este transferată valoarea variabilă de la intrarea de informații (D), adică. Demultiplexorul implementează următoarele funcții:

Tabelul de funcționare al unui demultiplexor având n = 4 ieșiri de informații (y0, y1, y2, y3) și k = 2 intrări de adresă (A0, A1) este prezentat în tabel. 1.2.

Tabelul 1.2

Ecuații care descriu funcționarea demultiplexorului:

Circuitul demultiplexor construit conform acestor ecuații și reprezentarea sa grafică sunt prezentate în Fig. 1.3.

Orez. 1.3 - Diagrama demultiplexorului „1-4” (a) și imaginea sa simbolică (b)

Funcția demultiplexor este ușor de implementat folosind un decodor dacă intrarea sa „Rezoluție” (E) este utilizată ca intrare de informații a demultiplexorului, iar intrările 1, 2, 4 ... sunt utilizate ca intrări de adresă ale demultiplexorului A0, A1, A2, ... Într-adevăr, cu o valoare a semnalului activă la intrarea E, este selectată ieșirea corespunzătoare codului furnizat intrărilor de adresă. Prin urmare, circuitele integrate de decodor care au o intrare de activare sunt uneori numite nu doar decodoare, ci și decodor-demultiplexoare (de exemplu, K155ID4, K531ID7 etc.).

Aplicarea multiplexoarelor și demultiplexarelor

Termenul „multiplexare” se referă la procesul de transmitere a datelor din mai multe surse pe un canal comun, iar un dispozitiv care realizează operația de combinare a datelor într-un canal pe partea de transmisie este de obicei numit multiplexor. Un astfel de dispozitiv este capabil să separe temporar semnalele care provin din mai multe surse și să le transmită către un canal de comunicație (linie) unul după altul în conformitate cu schimbarea codurilor la intrările sale de adresă.

Pe partea de recepție, este de obicei necesar să se efectueze operația inversă - demultiplexare, adică distribuirea datelor primite printr-un canal de comunicare în momente succesive între receptorii lor. Această operație este efectuată de un demultiplexor. PartajareaÎn Fig. 1.4. (În general, numărul de surse de date nu este egal cu numărul de receptori.)

Orez. 1.4

Dacă în circuit (Fig. 1.4) n surse și receptoare diferite sunt înlocuite cu surse și receptoare de n biți, de exemplu, registrele RGist. și RGpr. (prezentat ca linii punctate), circuitul poate fi folosit pentru a converti codul paralel de n biți pe partea de transmisie în cod serial (folosind un multiplexor) și codul serial în cod paralel pe partea receptoare (folosind un demultiplexor).

Când se utilizează un multiplexor și un demultiplexor în acest fel, semnalele de ieșire ale unui contor binar sunt folosite ca coduri de adresă, care generează secvenţial coduri binare de numere de la 0 la n-1 la ieșirile sale.

Un multiplexor poate fi folosit ca element logic universal pentru a implementa orice funcție logică dintr-un număr de argumente egal cu numărul de intrări de adrese ale multiplexorului. Să arătăm acest lucru folosind exemplul unei funcții logice definite de tabelul său de adevăr (Tabelul 1.3).

Selectăm un multiplexor care are trei intrări de adresă (în funcție de numărul de argumente ale funcției) și opt intrări de informații.

Orez. 1.5

Pentru a implementa funcția dată, conectăm intrările de informații ale multiplexorului la nivelurile logice „1” și „0” într-o secvență care copiază complet secvența de unu și zero a funcției din tabelul de adevăr (Fig. 1.5). În acest caz, nu este necesară nici înregistrarea SDNF, nici minimizarea acestuia. Apropo, funcția dată în tabel. 1.3 (paritatea numărului de unități într-un cuvânt de trei biți) nu este simplificată, prin urmare, pentru implementarea sa, de exemplu, pe baza LE-ului „NAND”, necesită patru LE-uri „3I-NOT” și trei invertoare. , adică vor fi necesare în total trei CI. În același timp, pentru a implementa schema conform Fig. 1.5 necesită un singur CI multiplexor „8-1”. Din acest motiv, metoda de implementare a funcțiilor a trei sau mai multe argumente folosind multiplexoare IC este foarte populară în rândul dezvoltatorilor.

Multiplexoarele și demultiplexoarele (mux și demux în prescurtarea engleză) sunt componente destul de comune în electronica digitală. Înțelegerea proceselor logice care au loc în ele ne va permite să înțelegem mai bine circuitele cu participarea lor și să dezvoltăm dispozitive electronice mai complexe.

Multiplexoarele și demultiplexoarele funcționează opus unul față de celălalt, dar după același principiu. Acestea constau din intrări de informații, ieșiri de informații și un comutator (selector).

Imaginea de mai jos prezintă o reprezentare schematică a unui multiplexor și a unui demultiplexor.

Multiplexorul are mai multe intrări de informații. Comutatorul multiplexor selectează care dintre aceste intrări ar trebui să fie utilizată și îl conectează la ieșirea de informații, dintre care multiplexorul are doar una. Această situație poate fi comparată cu dacă o grămadă de oameni ar dori să-ți spună ceva propriu, dar poți să asculți doar unul câte unul.

Un demultiplexor, dimpotrivă, are o singură intrare de informații, iar comutatorul îl conectează la o ieșire de informații la un moment dat. Adică, este la fel ca și cum ai vrea să spui ceva unei mulțimi de oameni, dar în orice moment poți să-l spui doar unei singure persoane din această mulțime.

Există și microcircuite care combină funcțiile multiplexoarelor și demultiplexarelor. În engleză ele sunt de obicei desemnate mux/demux. Ele pot fi numite și multiplexere bidirecționale sau pur și simplu comutatoare. Acestea permit transmiterea semnalului în ambele sensuri. Deci nu numai că poți vorbi cu cineva, dar cineva din mulțime poate vorbi cu tine la un anumit moment în timp.

În acest caz, comutatorul intern are de obicei mai multe intrări de informații care sunt adresate în formă binară. Aproape toate astfel de microcircuite au o linie OE (activarea ieșirii sau ieșirea este activă). Există, de asemenea, un demultiplexor în interiorul cipului cu o intrare și de obicei patru ieșiri. Pentru a selecta o ieșire, microcircuitul are și două linii pentru adresarea ieșirii (00, 01, 10, 11).

Există atât multiplexe digitale, cât și analogice. Comutatoarele digitale sunt întrerupătoare logice a căror tensiune de ieșire va fi aceeași cu tensiunea de alimentare. Cele analogice conectează tensiunea intrării selectate la ieșire.

Principiul multiplexării și demultiplexării a fost folosit în zorii dezvoltării telefoniei la începutul secolului trecut. Atunci cel care a vrut să-și sune prietenul a ridicat telefonul și a așteptat să răspundă operatorul. Aceasta este o parte a multiplexorului, deoarece la un anumit moment în timp operatorul selectează din setul linia pe care „stă” această persoană. Persoana spune că vrea să vorbească cu un prieten al cărui număr este 12345. Aceasta este partea centrală, aici operatorul primește numărul (adresa). Apoi, el conectează conectorul la canalul prietenului său. Aceasta este partea demultiplexor. Aici o linie de la mai multe canale se conectează la unul singur.

Multiplexoarele și demultiplexoarele vă vor ajuta să rezolvați problema extinderii numărului de linii de intrare sau de ieșire dacă numărul de GPIO al microcontrolerului este prea mic. Dacă proiectul dvs. include mulți senzori, atunci îi puteți conecta la un multiplexor. Ieșirea multiplexorului trebuie apoi conectată la ADC și, prin comutarea adreselor liniilor, să citească secvenţial datele de la senzori.

Multiplexoarele sunt utile și atunci când aveți mai multe cipuri de interfață I2C care au aceeași adresă. Pur și simplu conectați liniile SDA/SCL la comutator și controlați-le în serie. Multiplexoarele și demultiplexoarele pot fi, de asemenea, utilizate ca convertoare de nivel.