Коммутаторы
Мультиплексор – комбинационная схема, которая передает на свой выход значение одной из (n + 1) логических переменных [выполняет преобразование (n + 1) ® 1]. Выбор передаваемой переменной производится с помощью кода А, поступающего на адресные входы узла.
На рис. 1.9, а представлено УГО мультиплексора 4 ® 1, работу которого описывает табл. 1.2. Как видим, он предназначен для коммутации на выход у одного из четырех входных сигналов хk
у = хk при А = k, k = 
.
Рис. 1.9. УГО и вариант функциональной схемы мультиплексора 4 ® 1, ступень конъюнкторов
Таблица 1.2
Работа мультиплексора 4 ® 1 (рис. 1.9, а)
| a1 | a0 | Y |
| 0 | 0 | x0 |
| 0 | 1 | x1 |
| 1 | 0 | x2 |
| 1 | 1 | x3 |
На рис. 1.9, б приводится вариант функциональной схемы такого мультиплексора. Синтез этой схемы выполнен не по классической методике, когда функция устройства задается в терминах булевой алгебры, затем минимизируется и, наконец, разрабатывается функциональная схема. В данном случае это практически невозможно, хотя бы потому, что у зависит от семи аргументов: x3x2x1x0a1a0z. Здесь используется инженерный подход к синтезу КС. Он состоит в том, что заданная словесно функция устройства детализируется путем разбиения ее на подфункции. Последние, при необходимости, можно разбить на более мелкие фрагменты. Каждая подфункция связывает некоторую промежуточную величину с тем или иным подмножеством аргументов. А подфункции, как ПФ меньшей размерности, уже реализуются известными методами. В нашем случае можно выделить две подфункции. Первая состоит в коммутации четырех логических переменных на один выход. Она реализуется логическими элементами И, ИЛИ. Вторая подфункция заключается в трансформации кода а в унитарный код, цифры которого будут поданы на конъюнкторы. Эта подфункция реализуется декодером. К двум основным подфункциям можно добавить еще и такую, как стробирование мультиплексора сигналом z. Она реализуется на выходном конъюнкторе.
Схема, разработанная таким методом, должна заведомо выполнять заданную функцию. Но она, скорее всего, допускает усовершенствования (оптимизацию), направленные на снижение аппаратурных затрат, на повышение быстродействия устройства. Так, в данном случае основу дешифратора составляют конъюнкторы, они же используются и для коммутации входных сигналов. Выполнение этих функций можно совместить в одной ступени конъюнкторов, как это показано на рис. 1.9, в. Эта схема оказалась более компактной, да и с меньшей задержкой, чем исходная. Ее уже можно приводить к заданному базису.
Мультиплексоры выпускают на малое число входов. К примеру, ИС 1533КП2 – это два мультиплексора 4 ® 1 с общими входами для двухразрядного кода а, а ИС 1554КП16 – четыре двухвходовых мультиплексора (рис. 1.10, а). С помощью такой ИС можно выполнять коммутацию двух четырехразрядных кодов X0 и X1 на один четырехразрядный выход Y
Инверсный вход Е – стробируюший. На рис. 1.10, б показан способ построения из таких ИС мультиплексора для коммутации шестнадцатиразрядных слов.
Мультиплексор нередко применяют как универсальную КС для реализации произвольной ПФ, число аргументов которой не превышает разрядности кода А. Пусть, например, некоторая ПФ трех переменных задана табл. 1.3.
Таблица 1.3
ПФ трех переменных
| x2 | x1 | x0 | Y |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
Рис. 1.10. Четыре двухвходовых мультиплексора и мультиплексор для коммутации шестнадцатиразрядных слов
На рис. 1.11 показан мультиплексор, реализующий эту ПФ. При таком способе реализации ПФ минимизировать ее не нужно. Просто на информационные входы мультиплексора подаются константы 0 и 1 в том порядке, как нули и единицы распределены в таблице истинности ПФ. Если на наборе α = i ПФ принимает значение 0, то на вход Di мультиплексора подаем 0, который при А = i коммутируется на выход у. Если же на наборе α = j ФАЛ принимает значение 1, то на вход Dj мультиплексора подаем j и при А = j на выходе получаем у = 1.
Рис. 1.11. Мультиплексор, реализующий ПФ, заданную табл. 1.3
Демультиплексор – комбинационная схема, передающая на один из выходов значение логической переменной, подаваемой на вход [КС, выполняющая коммутацию значения входной логической переменной на один из (n + 1) выходов]. Таким образом, данная схема выполняет преобразование 1 ® (n + 1). Выбор выхода (направление коммутации) производится кодом А на адресных входах демультиплексора.
На рис. 1.12, а приведено условное графическое обозначение демультиплексора 1 ® 4, а на рис. 1.12, б – его функциональная схема. Нетрудно заметить, что схема на рис. 1.12, б представляет собою декодер 2 ® 4, когда x – его стробирующий сигнал. Следовательно, дешифратор со стробированием и демультиплексор – это одна и та же схема. Поэтому для декодера с разрешающим входом используют название дешифратор-демультиплексор. Скажем, ИС 1533ИД7 (рис. 1.12, в) работает как декодер 3 ® 8 с инверсными выходами (поскольку это – ТТЛШ-ИС). При этом входы Е2, E1 и Е0 являются стробирующими. Когда ИС работает как демультиплексор, кодом х = x2x1x0 сигнал z на прямом входе Е2 коммутируется на выход уx, а сигналы на инверсных входах E1 и Е0 – стробирующие.
Рис. 1.12. УГО и функциональная схема демультиплексора 1 ® 4, декодер 3 ® 8 с инверсными выходами