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3 Datenselektoren

3.1 Multiplexer



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";
1Dweist auf speichernde Übernahme hin (D-Flipflop), Übernahme mit C1, der ansteigenden Taktflanke;
2die 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:

Code
Typ
#
Ausgänge
74150
16 auf 1
1
Totem Pole
74151
8 auf 1
1
Totem Pole
74157/258
2 auf 1
4
Tristate
74251
8 auf 1
1
Tristate
74253
4 auf 1
2
Tristate
74257/258
2 auf 1
4
Tristate
# Anzahl der Funktionseinheiten pro Baustein

Abb. 3.6: Typische Multiplexer-Bausteine.


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