По своей архитектуре цифровой мультиплексор представляет собой устройство, оснащенное несколькими цифровыми позиционными переключателями. Целью их работы является коммутация входных сигналов для обеспечения пропуска их в единую выходную линию.
Цифровой мультиплексор, как правило, имеет три группы входных каналов. Адресные, двоичный код которых служит для определения связи между информационным входом и конечным выходом, информационные и , их еще называют стробирующими.
В современных интегральных цифровой мультиплексор максимально оснащен шестнадцатью информационными входами.
Если при проектировании выясняется, что требуется большее количество информационных входов, то проблема решается за счет создания структуры так называемого мультиплексорного дерева, которое оснащается несколькими интегральными микросхемами.
Цифровой мультиплексор предназначается для синтеза фактически любого необходимого логического устройства, что позволяет сократить общее количество используемых логических элементов.
Для определения потребности выполняются следующие действия: на основании выходной функции, согласно значений переменных, строится карта Карно. Далее определяется порядок работы мультиплексора в схеме. Затем строится маскирующая матрица в обязательном порядке, соответствующая порядку примененного мультиплексора.
После этого получившаяся матрица накладывается на карту Карно. Затем проводится минимизация функции для каждой из областей имеющейся матрицы. В конце, уже на основании полученных результатов минимизации, строится . Таковы правила синтеза на основе использования мультиплексора.
Возможности мультиплексора
Применение мультиплексоров многогранно. Например, гибкие мультиплексоры позволяют формировать непрерывные первичные цифровые потоки со скоростью 2048 кбит/с на основе аналоговых сигналов. Также коммутировать данные цифровых интерфейсов методом кроссовой коммутации электронных каналов со скоростями до 64 кбит/с.
Кроме этого, осуществляют передачу цифрового потока по сети IP/Ethernet также обеспечивают конвертацию линейной сигнализации и физических стыков.
Гибкие мультиплексоры, кроме этого, обеспечивают возможность осуществления широковещательных соединений, то есть подачу сигналов с одного из цифровых либо аналоговых источников сразу на несколько других. По этой причине их часто применяют для передачи радиовещательных программ одновременно в несколько различных точек.
МультиплексорМультиплексор
является
устройством,
которое
осуществляет выборку одного из нескольких входов и
подключает его к своему выходу.
Мультиплексор
(от
английского
multiplex
–
многократный) это телекоммуникационное устройство,
объединяющее несколько потоков данных или каналов
в один выходной сигнал (групповой поток).
Определения
Мультиплексор осуществляет выборку одного из нескольких входов иподключает его к своему выходу, в зависимости от состояния двоичного
кода.
Мультиплексор - переключатель сигналов, управляемый двоичным кодом
и имеющий несколько входов и один выход. К выходу подключается тот
вход, чей номер соответствует двоичному коду.
Или мультиплексор - это устройство, преобразующее параллельный код в
последовательный.
Мультиплексор имеет несколько информационных входов (D0, D1, ...), адресные входы (А0 А1, ...), вход для подачи сигнала С и
один выход Q.Каждому информационному входу мультиплексораприсваивается номер, называемый адресом.
При подаче сигнала на вход С мультиплексор выбирает
один из входов, адрес которого задается двоичным
кодом на адресных входах, и подключает его к выходу.
Мультиплексор
Т.о., подавая на адресные входы адреса различныхинформационных входов, можно передавать цифровые
сигналы с этих входов на выход Q.
Число информационных входов nинф и число адресных
входов nадр связаны соотношением nинф = 2nадр.У мультиплексора может быть, например, 16 входов и
один выход.
Если к этим входам присоединить 16 источников
цифровых сигналов – генераторов последовательных
цифровых слов, то байты от любого из них можно
передавать на единственный выход.
Для выбора любого из 16 каналов необходимо иметь 4
входа селекции (24=16), на которые подается двоичный
адрес канала.Для передачи данных от канала номер 9 на входах
селекции необходимо установить код 1001.
Мультиплексоры часто называют селекторами или
селекторами-мультиплексорами.
Таблица истинности мультиплексора
Адресныевходы
Сигнал С
Выход
A1
A0
*
*
0
0
0
0
1
D0
0
1
1
D1
1
0
1
D2
1
1
1
D3
Пример
Например, при задании адреса AlA0 = ll2 = 310 навыход
Q
будет
передаваться
сигнал
информационного входа с адресом 310, т. е. D3.
Управляющий сигнал С
При отсутствии управляющего сигнала (C = 0) связьмежду информационными входами и выходом
отсутствует (Q = 0).
При подаче управляющего сигнала (C = l) на выход
передается
логический
уровень
того
из
информационных входов Di, номер которого i в
двоичной форме задан на адресных входах.
Функции мультиплексора
По таблице истинности можно записать логическое выражение длявыхода Q.
Логическое выражение мультиплексора (*)
Схема функционирования
Использование мультиплексоров для синтеза комбинационных устройств
Мультиплексоры могут быть использованы для синтезалогических функций.
При этом число используемых в схеме элементов
(корпусов интегральных микросхем) может быть
значительно уменьшено.
Логическое выражение мультиплексора
Логическое выражение мультиплексора (*) содержит члены совсеми комбинациями адресных переменных.
Следовательно, если требуется синтезировать функцию трех
переменных f(x1, x2, х3), то две из этих переменных (например, x1,
х2) могут быть поданы на адресные входы А1, и А0, и третья x3 - на
информационный вход.
Таблица истинности
Схема функционирования
Выводы
на четырехвходовых мультиплексорах может быть синтезированалюбая функция трех переменных,
на восьмивходовых мультиплексорах - любая функция четырех
переменных и т. д.
Реализация ЛФ от 4-х переменных
Демультиплексоры
Демультиплексор имеет один информационный вход инесколько выходов.
Он представляет собой устройство, которое осуществляет
коммутацию входа к одному из выходов, имеющему
заданный адрес (номер).
С их помощью сигналы с одного информационного входа
распределяются в требуемой последовательности по
нескольким выходам.При m адресных входах демультиплексор может иметь
до 2m выходов.
В виде микросхемы, специально предназначенной для
этого, демультиплексор не реализуется.
Демультиплексор
реализуется
на
имеющем вход разрешения работы E.
дешифраторе,
Пример реализации демультиплексора на основе дешифратора предлагается на рисунке.
Символическое изображение демультиплексора с четырьмя выходами
Использование демультиплексора можетсущественно упростить построение
логического устройства, имеющего несколько
выходов, на которых формируются различные
логические функции одних и тех же
переменных.
Двухканальный мультиплексора
Реализация заданной функции с помощью мультиплексора
Для реализации функции на мультиплексоре необходимо подать на информационныйвход мультиплексора с номером N сигнал, значение которого равно
соответствующему значению функции F1, т. е. на входы с номерами 1, 2, 4, 5 следует
подать уровень логического нуля, а на остальные - уровень логической единицы.
Постройте схему.
Разработать, собрать и проверить работу схемы на основе мультиплексора 8х1, реализующую заданную логическую функцию Y.
1.Y=C’B’+CA
2.
Y=B’A’+C’B’+C’A’
3.
Y=C’B’A’+CB’A+C’BA
4.
Y=CA+B’A’+C’A’
5.
Y=AC+BA
6.
Y=C’A+B’A’+C’B
7.
Y=C’+AB’+AC
8.
Y=CBA+C’B’A’
9.
Y=AC+A’B’C
10.
Y=C’+B’C+AB
3.7. Мультиплексоры и демультиплексоры
Мультиплексор - это устройство, которое осуществляет выборку одного из нескольких входов и подключает его к своему единственному выходу, в зависимости от состояния двоичного кода. Другими словами, мультиплексор - переключатель сигналов, управляемый двоичным кодом и имеющий несколько входов и один выход. К выходу подключается тот вход, чей номер соответствует управляющему двоичному коду.
Ну и частное определение: мультиплексор - это устройство, преобразующее параллельный код в последовательный.
Структуру мультиплексора можно представить различными схемами, например, вот этой:
Рис. 1 – Пример схемы конкретного мультиплексора
Самый большой элемент здесь это элемент И-ИЛИ на четыре входа. Квадратики с единичками - инверторы.
Разберем выводы. Те, что слева, а именно D0-D3, называются информационными входами. На них подают информацию, которую предстоит выбрать. Входы А0-А1 называются адресными входами. Сюда и подается двоичный код, от которого зависит, какой из входов D0-D3 будет подключен к выходу, на этой схеме обозначенному как Y . Вход С – синхронизация, разрешение работы.
На схеме еще есть входы адреса с инверсией. Это чтобы сделать устройство более универсальным.
На рисунке показан, как еще его называют, 4Х1 мультиплексор. Как мы знаем, что число разных двоичных чисел, которые может задавать код, определяется числом разрядов кода как 2 n , где n – число разрядов. Задавать нужно 4 состояния мультиплексора, а, значит, разрядов в коде адреса должно быть 2 (2 2 = 4).
Для пояснения принципа работы этой схемы посмотрим на её таблицу истинности:
Так двоичный код выбирает нужный вход. Например, имеем четыре объекта, и они подают сигналы, а устройство отображения у нас одно. Берем мультиплексор. В зависимости от двоичного кода к устройству отображения подключается сигнал от нужного объекта.
Микросхемой мультиплексор обозначается так:
Рис. 2 – Мультиплексор как МКС
Демультиплексор - устройство, обратное мультиплексору. Т. е., у демультиплексора один вход и много выходов. Двоичный код определяет, какой выход будет подключен ко входу.
Другими словами, демультиплексор - это устройство, которое осуществляет выборку одного из нескольких своих выходов и подключает его к своему входу или, ещё, это переключатель сигналов, управляемый двоичным кодом и имеющий один вход и несколько выходов.
Ко входу подключается тот выход, чей номер соответствует состоянию двоичного кода. И частное определение: демультиплексор - это устройство, которое преобразует последовательный код в параллельный.
Обычно в качестве демультиплексора используют дешифраторы двоичного кода в позиционный, в которых вводят дополнительный вход стробирования.
Из-за сходства схем мультиплексора и демультиплексора в КМОП сериях есть микросхемы, которые одновременно являются мультиплексором и демультиплексором, смотря с какой стороны подавать сигналы.
Например, К561КП1, работающая как переключатель 8х1 и переключатель 1х8 (то есть, как мультиплексор и демультиплексор с восемью входами или выходами). Кроме того, в КМОП микросхемах помимо переключения цифровых сигналов (логических 0 или 1) существует возможность переключения аналоговых.
Другими словами, это переключатель аналоговых сигналов, управляемый цифровым кодом. Такие микросхемы называются коммутаторами. К примеру, с помощью коммутатора можно переключать сигналы, поступающие на вход усилителя (селектор входов). Рассмотрим схему селектора входов УМЗЧ . Построим её с использованием триггеров и мультиплексора.
Рис. 3 - Селектор входных сигналов
Итак, разберем работу. На триггерах микросхемы DD1 собран кольцевой счетчик нажатий кнопки разрядностью 2 (два триггера - 2 разряда). Двухразрядный двоичный код поступает на адресные входы D0-D1 микросхемы DD2. Микросхема DD2 представляет собой сдвоенный четырехканальный коммутатор.
В соответствии с двоичным кодом к выходам микросхемы А и В подключаются входы А0-А3 и В0-В3 соответственно. Элементы R1, R2, C1 устраняют дребезг контактов кнопки.
Дифференцирующая цепь R3C2 устанавливает триггеры в нулевое состояние при включении питания, при этом к выходу подключается первый вход. При нажатии на кнопку триггер DD1.1 переключается в состояние лог. 1 и к выходу подключается второй вход и т. д. Перебор входов идет по кольцу, начиная с первого.
С одной стороны просто, с другой немного неудобно. Кто его знает, сколько раз нажали на кнопку после включения и какой вход подключен к выходу сейчас. Хорошо бы поставить индикатор подключенного входа.
Вспоминаем семисегментный дешифратор. Переносим дешифратор с индикатором на схему коммутатора и первые два входа дешифратора (на схеме обозначен как DD3), т. е. 1 и 2 (выводы 7 и 1) подключаем к прямым выходам триггеров DD1.1 DD1.2 (выводы 1 и 13). Входы дешифратора 4 и 8 (выводы 2 и 6) соединяем с корпусом (т. е. подаем лог. 0). Индикатор будет показывать состояние кольцевого счетчика, а именно цифры от 0 до 3. Цифра 0 соответствует первому входу, 1 - 2-му и т. д.
Мультиплексором — называют комбинационное устройство, обеспечивающее передачу в желаемом порядке цифровой информации, поступающей по нескольким входам на один выход. Мультиплексоры обозначают через MUX (от англ. multiplexor), а также через MS (от англ. multiplex or selector).
Схематически можно изобразить в виде коммутатора, обеспечивающего подключение одного из нескольких входов (их называют информационными) к одному выходу устройства. Кроме информационных входов в мультиплексоре имеются адресные входы и, как правило, разрешающие (стробирующие). Сигналы на адресных входах определяют, какой конкретно информационный канал подключен к выходу. Если между числом информационных входов n и числом адресных входов m действует соотношение n = 2 m , то такой мультиплексор называют полным. Если n< 2 m , то мультиплексор называют неполным.
Разрешающие входы используют для расширения функциональных возможностей мультиплексора. Они используются для наращивания разрядности мультиплексора, синхронизации его работы с работой других узлов. Сигналы на разрешающих входах могут разрешать, а могут и запрещать подключение определенного входа к выходу, т. е. могут блокировать действие всего устройства.
Функционирование двухвходового мультиплексора
Рассмотрим функционирование двухвходового мультиплексора (2 →1), который условно изображен в виде коммутатора, а состояние его входов Х 1 Х 2 и выхода Y приведено в таблице (рис. 3.41).
Исходя из таблицы, можно записать следующее уравнение:
Y = X 1 A + X 2 A
На рис. 3.42 показаны реализация такого устройства и его условное графическое обозначение.
Основой данной схемы являются две схемы совпадения на элементах И, которые при логическом уровне «1» на одном из своих входов повторяют на выходе то, что есть на другом входе.
Если необходимо расширить число входов, то используют каскадное включение мультиплексоров. В качестве примера рассмотрим мультиплексор с четырьмя входами (4 → 1), построенный на основе мультиплексоров (2 → 1).
Схема и таблица состояний такого мультиплексора приведены на рис.3.43.
Мультиплексоры являются универсальными логическими устройствами, на основе которых создают различные комбинационные и последовательностные схемы. Мультиплексоры могут использоваться в делителях частоты, триггерных устройствах, сдвигающих устройствах и др. Мультиплексоры часто используют для преобразования параллельного двоичного кода в последовательный. Для такого преобразования достаточно подать на информационные входы мультиплексора параллельный двоичный код, а сигналы на адресные входы подавать в такой последовательности, чтобы к выходу поочередно подключались входы, начиная с первого и кончая последним.
Мультиплексор как устройство сдвига
Рассмотрим пример использования мультиплексоров для реализации так называемого комбинационного устройства сдвига, обеспечивающего сдвиг двоичного, числа по разрядам. Принцип функционирования данного устройства понятен из схемы устройства и таблицы состояний его входов и выходов (рис. 3.44).
В обозначении мультиплексоров используют две русские буквы КП, например, промышленностью выпускаются такие мультиплексоры, как К155КП1, К531КШ8, К561КПЗ, К555КП17 и др.
Демультиплексором называют устройство, в котором сигналы с одного информационного входа, поступают в желаемой последовательности по нескольким выходам в зависимости от кода на адресных шинах. Таким образом, демультиплексор в функциональном отношении противоположен мультиплексору. Демультиплексоры обозначают через DMX или DMS.
Если соотношение между числом выходов n и числом адресных входов m определяется равенством n= 2 m , то такой демультиплексор называется полным, при n< 2 m демультиплексор является неполным.
Функционирование демультиплексора с двумя выходами
Рассмотрим функционирование демультиплексора с двумя выходами, который условно изображен в виде коммутатора, а состояние его входов и выходов приведено в таблице (рис. 3.45).
Из этой таблицы следует: Y 1 =X·А Y 2 = X·А т. е. реализовать такое устройство можно так, как показано на рис. 3.46.
Для наращивания числа выходов демультиплексора используют каскадное включение демультиплексоров. В качестве примера (рис. 3.47) рассмотрим построение демультиплексоров с 16 выходами (1 → 16) на основе демультиплексоров с 4 выходами (1 → 4). 
При наличии на адресных шинах А 0 и А 1 нулей информационный вход X подключен к верхнему выходу DМХ 0 и в зависимости от состояния адресных шин А 2 и А 3 он может быть подключен к одному из выходов DMX 1 . Так, при А 2 = А 3 = 0 вход X подключен к Y 0 . При А 0 = 1 и А 1 = 0 вход X подключен к DMX 2 , в зависимости от состояния А 2 и А 3 вход соединяется с одним из выходов Y 4 − Y 7 и т.д.
Функции демультиплексоров
Функции демультиплексоров сходны с функциями дешифраторов. Дешифратор можно рассматривать как демультиплексор, у которого информационный вход поддерживает напряжение выходов в активном состоянии, а адресные входы выполняют роль входов дешифратора. Поэтому в обозначении как дешифраторов, так и демультиплексоров используются одинаковые буквы — ИД. Выпускают дешифраторы (демультиплексоры) К155ИДЗ, К531ИД7 и др.
При использовании КМОП-технологии можно построить двунаправленные ключи, которые обладают возможностью пропускать ток в обоих направлениях и передавать не только цифровые, но и аналоговые сигналы. Благодаря этому можно строить мультиплексоры-демультиплек-соры, которые могут использоваться либо как мультиплексоры, либо как демультиплексоры. Мультиплексоры-демультиплексоры обозначаются через MX. Среди выпускаемых мультиплексоров-демультиплексоров можно выделить такие, как К564КП1, К590КП1. Мультиплексоры-демультиплексоры входят в состав серий К176, К561, К591, К1564.
Мультиплексоры – это специальные сетевые устройства, которые предназначаются для передачи различных потоков информации с большой скоростью. При передаче используется единичная линия связи. Передаваемый поток информации должен обладать маленькой скоростью.
Использование мультиплексоров – актуальная, быстрая и экономная мера. Их применение позволяет отказаться от создания нового канала связи, передающего информацию, независимо проводного или беспроводного.
Особенные черты мультиплексоров
Некоторые моменты влияют на строение мультиплексоров:
1. Количество компонентов, которые являются доступными.
2. Какая технология была применена при создании мультиплексора.
3. Конфигурация мультиплексора. Этот фактор зависит от того, какие задачи будут ставиться перед мультиплексором.
Большой популярностью пользуются модульные мультиплексоры. Это современные конструкции приборов, имеющие некоторое количество сменных модулей. При помощи таких сменных модулей обеспечена возможность, которая позволит изменить конфигурацию мультиплексора, в соответствии с требованиями пользователя и условиями использования.
Работа мультиплексора во многом схожа с работой коммутаторов, обеспечивающих возможность подключения нескольких входов и выхода. Такое сетевое оборудование приводится в действие с помощью двух типов входа. По одному разрешающему и управляющему входу.
На видео: Принцип работы мультиплексора.
Виды мультиплексоров
Мультиплексор – это сетевой специальный прибор. У него несколько простых и управляющих входов и один выход. Наличие определенного числа таких входов определяется имеющимися требованиями пользователя. Обычно количество входов ограничивается максимальным количеством – 16. Сколько будет входов у мультиплексора, столько можно будет каналов для связи. Для обеспечения большего числа входов используют технологию каскадного дерева. Этим обеспечивается создание необходимого пользователю количества сетевых каналов связи на одном сетевом устройстве.
Мультиплексоры могут быть следующих типов:
Цифровой мультиплексор. Такое устройство выполняет копирование сигналов на выходе. Входом и выходом при копировании сигнала не используется связь, работающая с помощью электрических импульсов.
Где применяются мультиплексоры
Мультиплексоры используются во многих областях жизни и работы человека. Очень часто мультиплексоры применяются в телекоммуникационных системах, системах видеонаблюдения и в других областях. Практически все сферы являются очень перспективными для использования мультиплексоров.
Энергетическая сфера очень широко использует мультиплексоры. В этой сфере такие устройства способствуют передаче информационных данных от различных датчиков, которые расположены друг от друга на большом расстоянии.
Информация передается с использованием единичной линии. Коммуникационные сети достаточно часто используют мультиплексоры. Они помогают уменьшить стоимость связи. Именно поэтому операторы связи его часто используют. Результат работы мультиплексора будет более заметным, при условии дальнего расстояния между АТС.
Достаточно популярным становится применение мультиплексоров для проведения видеоконференцсвязи. Это подразумевает двустороннюю передачу, с последующей обработкой, преобразованием и дальнейшим представлением интерактивных информационных данных. Все это происходит в настоящем времени и сигнал передается на достаточно большое расстояние. При организации видеоконференцсвязи учитывается ее вид. От этого вида зависит использование различных специальных сетевых устройств. Могут использоваться специальные групповые или индивидуальные терминалы для проведения видеоконференции.
Индивидуальный терминал применяется при использовании специального режима видеосвязи в реальном времени на своем рабочем месте. Как индивидуальный терминал может использоваться ноутбук, персональный компьютер, смартфон, планшет или специальный терминал, обеспечивающий видеосвязь. Групповой терминал применяется для проведения групповой видеосвязи. Для этого используются комнаты, в которых расположено специальные сетевые приборы. Такие системы имеют только 1 общий выход и некоторое количество входов, которое необходимо для создания видеосвязи. Это могут обеспечить данные сетевые устройства –мультиплексоры.
Для создания новых локальных сетей или расширения возможностей у уже имеющихся всегда используются мульт
