Мультиплексор

редактировать
Эта статья о переключении электроники. Для телекоммуникаций см. Мультиплексирование. Схема мультиплексора 2: 1. Его можно приравнять к управляемому переключателю. Схема демультиплексора 1-2. Как и мультиплексор, его можно приравнять к управляемому переключателю.

В электронике, A мультиплексор (или мультиплексор ; пишется иногда как мультиплексор), также известный как селектор данных, является устройством, которое осуществляет выбор между несколькими аналоговым или цифровыми входными сигналами и передают выбранный входом на одной выходной линию. Выбор осуществляется отдельным набором цифровых входов, известных как линии выбора. Мультиплексор входов имеет строки выбора, которые используются для выбора, какую входную строку отправить на выход. 2 п {\ displaystyle 2 ^ {n}} п {\ displaystyle n}

Мультиплексор позволяет нескольким входным сигналам совместно использовать одно устройство или ресурс, например один аналого-цифровой преобразователь или одну среду передачи данных, вместо того, чтобы иметь одно устройство на каждый входной сигнал. Мультиплексоры также могут использоваться для реализации логических функций нескольких переменных.

И наоборот, демультиплексор (или демультиплексор) - это устройство, принимающее один вход и выбирающее сигналы выхода совместимого мультиплексора, который подключен к одному входу и общей линии выбора. Мультиплексор часто используется с дополнительным демультиплексором на принимающей стороне.

Электронный мультиплексор можно рассматривать как переключатель с несколькими входами и одним выходом, а демультиплексор - как переключатель с одним входом и несколькими выходами. Схематическое обозначение мультиплексора представляет собой равнобедренную трапецию с более длинной параллельной стороной, содержащей входные контакты, и короткой параллельной стороной, содержащей выходной контакт. На схеме справа показан мультиплексор 2: 1 слева и эквивалентный переключатель справа. Провод подключается нужный вход к выходу. s е л {\ displaystyle sel}

СОДЕРЖАНИЕ
  • 1 Приложения
  • 2 цифровых мультиплексора
    • 2.1 Объединение мультиплексоров
    • 2.2 Список микросхем, обеспечивающих мультиплексирование
  • 3 цифровых демультиплексора
    • 3.1 Список микросхем, обеспечивающих демультиплексирование
  • 4 мультиплексора в качестве PLD
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки
  • 7 Дальнейшее чтение
  • 8 Внешние ссылки
Приложения
Основная функция мультиплексора: объединение нескольких входов в один поток данных. На приемной стороне демультиплексор разделяет единый поток данных на несколько исходных сигналов.

Одно из применений мультиплексоров - это экономия подключений по одному каналу путем подключения одного выхода мультиплексора к одному входу демультиплексора. Изображение справа демонстрирует это преимущество. В этом случае стоимость реализации отдельных каналов для каждого источника данных выше, чем стоимость и неудобство предоставления функций мультиплексирования / демультиплексирования.

На принимающей стороне канала передачи данных обычно требуется дополнительный демультиплексор, чтобы разбить единичный поток данных обратно на исходные потоки. В некоторых случаях удаленная система может иметь более широкие функциональные возможности, чем простой демультиплексор; и хотя демультиплексирование все еще происходит технически, оно никогда не может быть реализовано дискретно. Это будет иметь место, например, когда мультиплексор обслуживает несколько пользователей IP- сети; а затем подает непосредственно в маршрутизатор, который немедленно считывает содержимое всей ссылки в свой процессор маршрутизации ; а затем выполняет демультиплексирование в памяти, откуда он будет преобразован непосредственно в разделы IP.

Часто мультиплексор и демультиплексор объединяются в единое оборудование, которое называют просто мультиплексором. Оба элемента схемы необходимы на обоих концах линии передачи, поскольку большинство систем связи передают данные в обоих направлениях.

В аналоговой схеме мультиплексор - это особый тип аналогового переключателя, который соединяет один сигнал, выбранный из нескольких входов, с одним выходом.

Цифровые мультиплексоры

В конструкции цифровых схем селекторные провода имеют цифровое значение. В случае мультиплексора 2-к-1 логическое значение 0 будет подключаться к выходу, а логическое значение 1 будет подключаться к выходу. В более крупных мультиплексорах количество контактов переключателя равно, где - количество входов. я 0 {\ displaystyle I_ {0}} я 1 {\ displaystyle I_ {1}} бревно 2 ( п ) {\ Displaystyle \ влево \ lceil \ log _ {2} (п) \ вправо \ rceil} п {\ displaystyle n}

Например, для 9–16 входов потребуется не менее 4 контактов переключателя, а для 17–32 входов потребуется не менее 5 контактов переключателя. Двоичное значение, выраженное на этих контактах селектора, определяет выбранный входной контакт.

Мультиплексор 2-к-1 имеет логическое уравнение, где и - два входа, - вход селектора, а - выход: А {\ displaystyle A} B {\ displaystyle B} S 0 {\ displaystyle S_ {0}} Z {\ displaystyle Z}

Z знак равно ( А ¬ S 0 ) ( B S 0 ) {\ Displaystyle Z = (A \ клин \ neg S_ {0}) \ vee (B \ клин S_ {0})}
Мультиплексор 2 к 1

Что можно выразить в виде таблицы истинности :

S 0 {\ displaystyle S_ {0}} А {\ displaystyle A} B {\ displaystyle B} Z {\ displaystyle Z}
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 1 1

Или, проще говоря:

S 0 {\ displaystyle S_ {0}} Z {\ displaystyle Z}
0 А
1 B

Эти таблицы показывают, когда тогда, но когда тогда. Простая реализация этого мультиплексора 2 к 1 потребует 2 логических элемента И, логического элемента ИЛИ и элемента НЕ. Хотя это математически правильно, прямая физическая реализация будет подвержена условиям гонки, которые потребуют дополнительных шлюзов для подавления. S 0 знак равно 0 {\ displaystyle S_ {0} = 0} Z знак равно А {\ displaystyle Z = A} S 0 знак равно 1 {\ displaystyle S_ {0} = 1} Z знак равно B {\ Displaystyle Z = B}

Мультиплексоры большего размера также распространены и, как указано выше, требуют контактов селектора для входов. Другие распространенные размеры: 4 к 1, 8 к 1 и 16 к 1. Поскольку цифровая логика использует двоичные значения, используются степени двойки (4, 8, 16), чтобы максимально контролировать количество входов для заданного количества входов селектора. бревно 2 ( п ) {\ Displaystyle \ влево \ lceil \ log _ {2} (п) \ вправо \ rceil} п {\ displaystyle n}

  • Мультиплексор 4 к 1

  • Мультиплексор 8 к 1

  • Мультиплексор 16: 1

Логическое уравнение для мультиплексора 4: 1:

Z знак равно ( А ¬ S 0 ¬ S 1 ) ( B S 0 ¬ S 1 ) ( C ¬ S 0 S 1 ) ( D S 0 S 1 ) {\ Displaystyle Z = (A \ клин \ neg {S_ {0}} \ клин \ neg S_ {1}) \ vee (B \ клин S_ {0} \ клин \ neg S_ {1}) \ vee (C \ клин \ neg S_ {0} \ клин S_ {1}) \ vee (D \ клин S_ {0} \ клин S_ {1})}

Следующий мультиплексор 4-к-1 состоит из буферов с 3 состояниями и вентилей И (вентили И действуют как декодер):

Схема мультиплексора 4: 1 с использованием 3 входов И и других вентилей Схема мультиплексора 4: 1 с использованием 3 входов И и других вентилей

Mux from 3 state buffers.png

Нижние индексы на входах указывают десятичное значение двоичных управляющих входов, через которые этот вход пропускается. я п {\ displaystyle I_ {n}}

Объединение мультиплексоров

Мультиплексоры большего размера могут быть созданы с использованием мультиплексоров меньшего размера, объединяя их в цепочку. Например, мультиплексор 8-к-1 может быть выполнен с двумя мультиплексорами 4-к-1 и одним мультиплексором 2-к-1. Два выхода мультиплексора 4-к-1 подаются на 2-к-1 с контактами селектора на 4-к-1, подключенными параллельно, что дает общее количество селекторных входов до 3, что эквивалентно 8-к. -1.

Список микросхем, обеспечивающих мультиплексирование

Signetics S54S157 quad 2: 1 мультиплексор

Для номеров деталей серии 7400 в следующей таблице «x» обозначает семейство логики.

IC No. Функция Состояние выхода
74x157 Quad 2: 1 мультиплексор. Выход такой же, как и данный вход
74x158 Quad 2: 1 мультиплексор. Выход инвертирован входом
74x153 Двойной мультиплексор 4: 1. Выход такой же, как вход
74x352 Двойной мультиплексор 4: 1. Выход инвертирован входом
74x151A 8: 1 мультиплексор. Доступны оба выхода (т. Е. Дополнительные выходы)
74x151 8: 1 мультиплексор. Выход инвертирован входом
74x150 16: 1 мультиплексор. Выход инвертирован входом
Цифровые демультиплексоры
См. Также: Обратный мультиплексор

Демультиплексоры принимают один вход данных и несколько входов выбора, и у них есть несколько выходов. Они направляют входные данные на один из выходов в зависимости от значений входов выбора. Демультиплексоры иногда удобны для разработки логики общего назначения, потому что, если вход демультиплексора всегда истинный, демультиплексор действует как двоичный декодер. Это означает, что любая функция битов выбора может быть построена путем логической операции ИЛИ с правильным набором выходов.

Если X - вход, S - селектор, а A и B - выходы:

А знак равно ( Икс ¬ S ) {\ Displaystyle А = (Икс \ клин \ neg S)} B знак равно ( Икс S ) {\ Displaystyle В = (Х \ клин S)} Пример: однобитный демультиплексор с 1 на 4 линии

Список микросхем, обеспечивающих демультиплексирование

Fairchild 74F138

Для номеров деталей серии 7400 в следующей таблице «x» обозначает семейство логики.

№ IC (7400) № IC (4000) Функция Состояние выхода
74x139 Двойной демультиплексор 1: 4. Выход инвертирован входом
74x156 Двойной демультиплексор 1: 4. Выход - открытый коллектор
74x138 1: 8 демультиплексор. Выход инвертирован входом
74x238 1: 8 демультиплексор.
74x154 1:16 демультиплексор. Выход инвертирован входом
74x159 CD4514 / 15 1:16 демультиплексор. Выход - открытый коллектор, такой же, как и вход
Мультиплексоры как ПЛИС

Мультиплексоры также могут использоваться как программируемые логические устройства для реализации логических функций. Любая логическая функция от n переменных и одного результата может быть реализована с помощью мультиплексора с n входами селектора. Переменные связаны со входами селектора, а результат функции, 0 или 1, для каждой возможной комбинации входов селектора связан с соответствующим входом данных. Если одна из переменных (например, D) также доступна в инвертированном виде, достаточно мультиплексора с n -1 входами селектора; входы данных подключены к 0, 1, D или ~ D, в соответствии с желаемым выходом для каждой комбинации входов селектора.

Смотрите также
использованная литература
дальнейшее чтение
  • М. Моррис Мано; Чарльз Р. Кайм (2008). Основы логики и компьютерного дизайна (4-е изд.). Прентис Холл. ISBN   978-0-13-198926-9.
внешние ссылки
  • Словарь определения мультиплексора в Викисловаре
  • СМИ, связанные с мультиплексорами, на Викискладе?
Последняя правка сделана 2023-03-31 05:17:19
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте