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Der 4:1-Multiplexer wird durch das
folgende DIN-Schaltsymbol beschrieben; seine Funktion kann an
Hand eines achtelementigen KV-Diagrammes dargestellt werden.
Abb. 3.2: DIN-Symbol und KV-Diagramm des Multiplexers.
Die Boolesche Funktion des Multiplexers ergibt sich aus dem KV-Diagramm:
. | (3.1) |
Die Eingänge des Multiplexers
können ihrer Funktion entsprechend in drei Gruppen aufgeteilt werden:
Die Selektoreingänge dienen der Auswahl (Selektion) des Dateneinganges, der mit dem Ausgang Y logisch verbunden werden soll. Der Enable-Eingang hat die Aufgabe die gesamte Funktion des Multiplexers freizugeben bzw. zu sperren, um z.B. das Zusammenschalten mehrerer Multiplexer zu erleichtern.
Im obigen Beispiel muß das
Enable-Signal zur Freigabe des Multiplexers auf den logischen
Pegel "0" gelegt werden (active low).
3.1.1 Multiplexer: TTL-Bausteine
Sowohl innerhalb der TTL-Familie
als auch in anderen Bauteil-Familien stehen unterschiedliche Multiplexer-Typen
zur Verfügung.
Der oben eingeführten Beschreibung
eines Standard-Multiplexers kommt der TTL-Baustein 74x153 sehr
nahe (x: entspricht je nach Bauteil-Familie "LS", "ALS",
etc.):
Abb. 3.3: Multiplexer Baustein (74LS153).
Abb. 3.4: Nach DIN (bzw. den Standards ANSI/IEEE Std. 91-1984 und IEC Publication 617-12) wird dieser Multiplexer durch das nebenstehend gezeigte Schaltsymbol beschrieben: |
Wie die Bezeichnung andeutet, sind
in diesem TTL-Baustein zwei gleichwertige, vollständige Multiplexer-Funktionseinheiten
ent-halten. Beide Multiplexereinheiten haben ihren eigenen "Enable"-Eingang,
der in diesem Fall als "Strobe"-Eingang bezeichnet wird.
Die Selektor-Eingänge s0,
s1
allerdings sind für beide Multiplexer zusammengefaßt
worden; in der Praxis heißt dies, daß in beiden Multiplexern
jeweils simultan die gleichen Kanäle ausgewählt werden.
Wird bei diesem Baustein das "Enable"-Signal
auf "1"-Pegel gelegt, so wird der entsprechende Ausgang
"y" passiv, d.h. er wird in diesem Fall "0"-Pegel
annehmen. Ein derartiges Bauteil kann deshalb natürlich nicht
in einem Bus-System eingesetzt werden. Außerdem fehlt die
Möglichkeit der Unterscheidung dieses passivierten Ausgangspegels
von einem (aktiv) übertragenen "0"-Datenpegel.
Modernere Bausteine überwinden
diese Nachteile durch Anwendung von "Open-Collector"-
bzw. "Tristate"-Ausgängen, deren Vorteile sich
gerade bei Bus-Anwendungen aufzeigen.
Beispiel:
Die Bausteine 74LS604/606/607
Diese Bauteile wurden in LSI-Technologie
realisiert, was ihren wesentlich höheren Grad an Komplexität
andeutet.
Sie existieren in Versionen mit "Tristate"-Ausgang (74LS604/606) sowie mit "Open-Collector"-Ausgang (74LS607), ihre Anwendung in Bus-Systemen ist also möglich.
Eingangsseitig werden die Bausteine mit zwei Datenbussen A und B verbunden, die jeweils 8 Bit (1 Byte) "breit" sind. Die Daten werden vor der Ausgabe intern gespeichert. Diese Betriebsart, die als gepufferte Ausgabe bezeichnet wird, erklärt die Kennzeichnung der Bauteile als "multiplexed latches".
Abb. 3.5: Byteweise organisierter Multiplexer-Baustein.
Funktionsbeschreibung:
Am Eingang wird der Eingabebus ausgewählt. Da es sich um einen "zwei auf ein Datenselektor/Multiplexer" handelt (achtmal realisiert), reicht offenbar ein einziges Signal aus.
Der Zeitpunkt der Datenübernahme und die Ausgabe an Yi
werden durch Takteingang CLK ("clock") gesteuert;
die ansteigende Impulsflanke des Signals (01) bestimmt die Übernahme
der Daten, die gespeichert werden und an den Ausgängen Yi
zur Verfügung stehen, solange CLK = "1"
bleibt.
Zur Symbolik:
kennzeichnet "Schmitt-Trigger"-Eingänge (zur Störimpuls-Unterdrückung); | ||
weist auf die steigende Flanke hin; | ||
charakterisiert die Ausgänge als "tristate"; | ||
1D | weist auf speichernde Übernahme hin (D-Flipflop), Übernahme mit C1, der ansteigenden
Taktflanke; | |
2 | die Auswahl A/B erfolgt durch Eingang G2. |
Die hier eingeführten Multiplexer-Typen stellen nur zwei Beispiele aus einer sehr umfangreichen Bausteingruppe dar, die sich durch sehr unterschiedliche Konfigurationen auszeichnet.
Zu dieser Gruppe gehören u.a.
auch die folgenden Bauteile:
74150 | Totem Pole | ||
74151 | Totem Pole | ||
74157/258 | Tristate | ||
74251 | Tristate | ||
74253 | Tristate | ||
74257/258 | Tristate |
# Anzahl der Funktionseinheiten pro Baustein |
Abb. 3.6: Typische Multiplexer-Bausteine.
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