Тема 8 Мультиплексоры и демультиплексоры. Универсальные логические модули на основе мультиплексоров. Компараторы

Мультиплексоры осуществляют подключение одного из входных каналов к выходному под управлением управляющего (адресующего) слова.

Рисунок 8.1 Упрощенное представление мультиплексора многопозиционным ключом Адресующий код А задает переключателю определенное положение, соединяя с выходом F один из информационных входов х i. При нулевом адресующем коде переключатель занимает верхнее положение х о, с увеличением кода на единицу переходит в соседнее положение x 1 и т. д. A х0х0 х1х1 х2х2 x [n] a1a1 a0a0 a n-1 F 2 n -1

Работа мультиплексора описывается соотношением: которое иногда называется мультиплексной формулой. При любом значении адресующего кода все слагаемые, кроме одного, равны нулю. Ненулевое слагаемое равно хi, где i значение текущего адресного кода.

Универсальные логические модули на основе мультиплексоров Универсальные логические модули (УЛМ) на основе мультиплексоров относятся к устройствам, настраиваемым на решение той или иной задачи. Универсальность их состоит в том, что для заданного числа аргументов можно настроить УЛМ на любую функцию.

Первый способ Настройки УЛМ Фиксация некоторых входов. Для этого способа справедливо следующее соотношение между числом аргументов и числом настроечных входов. Пусть число аргументов n и требуется настройка на любую из функций. Тогда число комбинаций для кода настройки, равное числу функций, есть 2n. Для двоичного кода число комбинаций связано с разрядностью кода выражением 2m, где m разрядность кода. Приравнивая число воспроизводимых функций к числу комбинаций кода настройки, имеем для числа настроечных входов соотношение m = 2n.

Рисунок 8.2 Схема использования мультиплексора в качестве УЛМ (а), примеры воспроизведения функций при настройке константами (б) и при переносе одного аргумента в число сигналов настройки (в) (а) (б) (в) Рисунок 8.2 а - иллюстрирует возможность воспроизведения с помощью мультиплексора любой функции n аргументов. Действительно, каждому набору аргументов соответствует передача на выход одного из сигналов настройки. Если этот сигнал есть значение функции на данном наборе аргументов, то задача решена. Разным функциям будут соответствовать разные коды настройки. Алфавитом настройки будет {0,1} настройка осуществляется константами 0 и 1. На рисунке 8.2 б показан пример воспроизведения функции неравнозначности x 1 х 2 с помощью мультиплексора "41".

Второй способ настройки УЛМ Большее число входов настройки наталкивает на поиск возможностей их уменьшения. Такие возможности существуют и заключаются в расширении алфавита настроечных сигналов. Рисунок 8.3 Логический блок выработки сигналов настройки УЛМ с переносом двух аргументов в сигналы настройки (а) и пример схемы воспроизведения функции четырех аргументов на мультиплексоре "41" (б) (а) (б)

Демультиплексоры

Демультиплексорами называются устройства, которые позволяют подключать один вход к нескольким выходам.

Демультиплексор можно построить на основе точно таких же схем логического "И", как и при построении мультиплексора. Существенным отличием от мультиплексора является возможность объединения нескольких входов в один без дополнительных схем. Однако для увеличения нагрузочной способности микросхемы, на входе демультиплексора для усиления входного сигнала лучше поставить инвертор.

В этой схеме для выбора конкретного выхода демультиплексора, как и в мультиплексоре, используется двоичный дешифратор. Рисунок 5. Принципиальная схема демультиплексора, управляемого двоичным кодом.

Если рассмотреть принципиальную схему самого дешифратора, то можно значительно упростить демультиплексор. Достаточно просто к каждому логическому элементу 'И', входящему в состав дешифратора просто добавить ещё один вход – In. Такую схему часто называют дешифратором с входом разрешения работы. Условно-графическое изображение демультиплексора приведено на рисунке 6.

Рисунок 6. Условно графическое обозначение демультиплексора с четырьмя выходами. В этом обозначении вход In обозначен как вход E, а выходы не названы никак, оставлены только их номера.

В МОП микросхемах не существует отдельных микросхем демультиплексоров, так как МОП мультиплексоры, описанные ранее по информационным сигналам не различают вход и выход, т.е. направление распространения информационных сигналов, точно также как и в механических ключах, может быть произвольным. Если поменять входы и выход местами, то КМОП мультиплексоры будут работать в качестве демультиплексоров. Поэтому их часто называют просто коммутаторами.

Компараторы

(устройства сравнения) определяют отношения между двумя словами. Основными отношениями, через которые можно выразить остальные, можно считать два "равно" и "больше". Компараторы (устройства сравнения) определяют отношения между двумя словами. Основными отношениями, через которые можно выразить остальные, можно считать два "равно" и "больше".

Рисунок 8.4 Условное обозначение компаратора с тремя выходами

Устройства сравнения на равенство строятся на основе поразрядных операций над одноименными разрядами обоих слов. Слова равны, если равны все одноименные их разряды, т. е. если в обоих нули или единицы. Признак равенства разрядов:

Признак неравенства разрядов Признак равенства слов R = r n-1 r n-2 … r 0.

Рисунок 8.5 Схема компаратора на равенство в базисе И-НЕ Рисунок 8.6 Схема без парафазных входов Схема без парафазных входов (рис. 8.6) основана на выражениях для r i преобразованных следующим образом:

Подобный же подход справедлив и для слов любой разрядности к анализу следующего разряда нужно переходить только при равенстве предыдущих. Таким образом, для общего случая n-разрядных слов имеем