Интегральные микросхемы преобразователей кодов, шифраторов и дешифраторов

Мультиплексоры.Мультиплексором называют функциональный узел, кото­рый обеспечивает передачу цифровой информации, поступающей по нескольким входным линиям связи, на одну выходную линию. Выбор входной линии, инфор­мация с которой поступает на выход, осуществляется при помощи сигналов, поступающих на адресные входы.

Обобщенная схема мультиплексора приведена на рис. 16.1. Мультиплексор MUX (Multiplexer) в общем случае можно представить в виде коммутатора, управ­ляемого входной логической схемой. Входные логические сигналы поступают на входы коммутатора и через коммутатор передаются на выход Y. Управление коммутатором осуществляется входной логической схемой. На вход логической схемы подаются адресные сигналы A_k (Adress). Мультиплексоры могут иметь дополнительный управляющий вход Е (Enable), который может выполнять стробирование выхода Y. Кроме этого некоторые мультиплексоры могут иметь выход с тремя состояниями: два состояния 0 и 1 и третье состояние — отключенный выход (выходное сопротивление равно бесконечности). Перевод мультиплексора в третье состояние производится сигналом ОЕ (Output Enable).

Большинство мультиплексоров способно передавать сигналы информации X_t

только в одном направлении — от входа на выход. Однако имеются мультиплексоры, которые могут пе­редавать информационные сигналы в обоих направлениях. Такие мульти­плексоры называются двунаправлен­ными. Двунаправленные мультиплек­соры способны передавать не только цифровые, но и аналоговые сигналы. В литературе такие мультиплексоры часто называют селекторами-мульти­плексорами (Data Selector-Multi­plexer).

Мультиплексоры со стробирующим входом Е выполняют функции передачи сигнялов только при поступлении сигнала строба Е. Мультиплексоры, име­ющие три состояния выхода, можно каскадировать.

Для обозначения коммутационных возможностей мультиплексора можно пользоваться условно записью , где п — число входов. Так, например, мультиплексор с функцией является одиночным ключом, а мультиплексор имеет четыре входа и один выход.

В зависимости от соотношения числа информационных входов п и числа адресных входов т мультиплексоры делятся на полные и неполные. Если вы­полняется условие , то мультиплексор будет полным. Если это условие не выполняется, т.е. п < 2^т , то мультиплексор будет неполным. Наибольшее распро­странение получили мультиплексоры с п=2и m=1, с n=4 и m= 2, с n=8 и т=3 и с n=16 и m= 4. Для неполных мультиплексоров число входных линий может быть любым, но, разумеется, не больше 2^т.

В качестве примера рассмотрим функционирование мультиплексора , состояние входов и выходов которого приведено в табл. 16.1. Используя таблицу состояний этого мультиплексора, получим выражение для его выходной функции

В общем виде выходная функция мультиплексора может быть пред­ставлена как

где называется минитерм ( = 0 или 1) и равно логическому произведению сиг­налов на адресных линиях, соответствующих сигналу .

Для расширения числа входных линий можно использовать каскадирование мультиплексоров. На рис. 16.2 показано пирамидальное каскадирование мульти­плексоров.

На этом рисунке приведен двухкаскадный мультиплексор типа с уп­равлением по четырем адресным линиям А₀... . Первая группа мультиплексоров MUXQ...MUX3 управляется младшими разрядами адресных сигналов А₀ и .

Таблица 16.1 Состояние мультиплексора

Выходной мультиплексор MUX4 управляется стар­шими разрядами адресных сигналов А₂ и А₃. Такое каскадирование мультиплексоров почти вдвое уве­личивает задержку выходных сигналов.

		Y
		Х2

Реализация четырехвходового мультиплексора может выполняться по уравнению (16.1) или в об­щем случае - по уравнению (16.2). Так, например, для двухвходового мультиплексора можно записать уравнение, которое реализуется на двувходовых элементах И и ИЛИ, как показано на рис. 16.3. я.

Аналогично реализуется че-тырехвходовой мультиплексор, однако для него потребуются че­тыре трехвходовых элемента И и один четырехвходовой элемент ИЛИ. Схема такого мультиплек­сора, построенного по уравнению (16.1), приведена на рис. 16.36. Для получения прямых и инверс­ных адресных сигналов использу­ются два дополнительных инвер­тора. Поскольку для построения мультиплексоров с большим чис­лом входов требуются элементы И и ИЛИ с числом входов больше четырех, то их проще выполнять путем каскадирования.

Интегральные микросхемы мультиплексоров можно разде­лить на группы по следующим признакам:

· по числу входов: 2-, 4-, 8- и 16-входовые;

· по числу мультиплексоров в
одном корпусе (числу разря­
дов);

· по наличию стробирующего
входа Е;

· по наличию выхода с тремя состояниями (наличию входа ОЕ);

· по способности передавать сигналы в двух направлениях.
Промышленность выпускает большое количество различных микросхем муль­
типлексоров, некоторые из которых приведены в табл. 16.2.

Применение мультиплексоров с тремя состояниями выходов позволяет легко увеличить число коммутируемых каналов. На рис. 16.4 показана схема мульти­плексора , выполненная на мультиплексорах (8-Ч) и дешифраторе 1x2. Выходы Y мультиплексоров DD1 и DD2 соединены вместе для организации функции «монтажное ИЛИ». При значении адресного сигнала A₄=Q включается микросхема DD1, а при значении A₄=1 - микросхема DD2. При включении мик­росхемы DD1 на общий выход поступает один из информационных сигналов ... , подключенных к входам DD1. При включении микросхемы DD2 на общий выход поступают сигналы x₈...x₁₅. В качестве элементов DD1 и DD2 в этой схеме можно использовать интегральные микросхемы КР531КП15 (или более медленные ИМС К555КП15).

Другой способ каскадирования ИМС мультиплексоров основан на использовании пирамидальной схемы, приведенной на рис. 16.2. Если взять восемь

мультиплексоров , не имеющих третьего состояния выхода (например, К555КП7), на их адресные входы A₀...A₂, подать одни и те же адресные сигналы, производящие выбор одного из восьми каналов в каждом мультиплексоре, то общее число входов будет равно 64 (рис. 16.5).

Последний мультиплексор DD9 управляется адресными сигналами А₃, А₄, А₅ и определяет, какой из восьми мультиплексоров DD1...DD8 будет подключен к выходу Y. Вход стробирования Е можно использовать только у последнего муль­типлексора DD9. Таким образом, на рис. 16.5 показана схема (пробируемого мультиплексора с форматом .

Помимо основного назначения коммутации входных сигналов мультиплексо­ры находят применение в сдвигающих устройствах, делителях частоты, триггер-ных устройствах и др.

Демультиплексоры.Демультиплексором (DMX) называют функциональный узел, который обеспечивает передачу цифровой информации, поступающей по одной линии, на несколько выходных линий. Выбор выходной линии осуществляет­ся при помощи сигналов, поступающих на адресные входы. Таким образом, демультиплексор выполняет преобразование, обратное действию мультиплексора.

Обобщенная схема демультиплексора, приведенная на рис. 16.6, сходна со схе­мой мультиплексора. Входной сигнал x поступает на вход коммутатора и через него передается на выходы У₀... У_n. Адресные сигналы A₀...A_k имеют то же

Таблица 16.2

Интегральные микросхемы мультиплексоров

назначение, что и у мультиплексора. Сигнал стробирования Е разрешает передачу входного сигнала через коммутатор.

Для обозначения коммутационных возможностей демультиплексоров можно пользоваться записью, аналогичной мультиплексорам , где п - число выхо­дов демультиплексора. Так, например, демультиплексор имеет два выхода, а демультиплексор - четыре выхода. Демультиплексоры, как и мульти­плексоры, могут быть полными и неполными. Деление мультиплексоров на эти две категории производится так же, как и у мультиплексоров, с той лишь разни­цей, что под я понимается число выходов, а не входов, как в мультиплексоре.

В качестве примера рассмотрим функционирование демультиплексора , состояния входа и выходов которого приведены в табл. 16.3. Используя данные этой таблицы, получим выражение для выходных сигналов демультиплексора:

Структура демультиплексора на элементах И, реализующая уравнения , приведена на-рис. 16.7 б. Схема демультиплек­сора , также выполненная на элементах И, приведена на рис. 16.7 а. Инверторы в этих схе­мах обеспечивают формирование необходимых сигналов управления. В каждой схеме И два входа задей­ствованы для адресных сигналов и а на третий вход подается входной сигнал X,

Как следует из уравнений

(16.3), реализация демультиплексора возможна также на элементах ИЛИ. Схема демультиплексора с четырьмя выходами на элементах ИЛИ, построенная по урав­нениям (16.3), приведена на рис. 16.8.

Интегральные микросхемы демультиплексоров, так же, как и схемы мульти­плексоров, можно разделить на группы по следующим признакам:

• по числу выходов;

• по числу демультиплексоров в одном корпусе;

• по наличию стробирующего импульса Е,

• по способности передавать сигналы в двух направлениях.

Поскольку функции демультиплексоров сходны с функциями дешифраторов, их условное обозначение сделано одинаковым, а именно ИД. Поэтому такие мик­росхемы часто называют дешифраторами-демультиплексорами. Так, например, дешифратор К155ИДЗ можно использовать в качестве демультиплексора с форма­том . При этом входы разрешения дешифрации используются в качестве основного входа демультиплексора X, а адресные входы и выходы используются по прямому назначению. В табл. 16.4 приведены некоторые схемы демультиплексоров и дешифраторов, которые можно использовать качестве демультиплексоров.

Мультиплексоры-демультиплексоры. Среди схем коммутации можно особо выделить схемы, которые способны пропускать сигналы в обоих направлениях. К таким элементам относится коммута­ционные микросхемы, выполненные по технологии КМОП. Коммутаторы КМОП способны пропускать как ана­логовые, так и цифровые сигналы, в них можно менять местами вход и вы­ход. Такие элементы выпускаются в следующих сериях интегральных мик­росхем: К176, К561, К564, КР1561, 1564, 590 и 591.

Для обозначения коммутацион­ных возможностей мультиплексоров-