Mediante una señal de control deseamos seleccionar una de las entradas y que ésta aparezca a la salida. Haciendo una analogía eléctrica, podemos comparar un multiplexor con un conmutador de varias posiciones, de manera que, situando el selector en una de las posibles entradas, ésta aparecerá en la salida.
Los multiplexores son circuitos combinacionales con varias entradas y una salida de datos, y están dotados de entradas de control capaces de seleccionar una, y sólo una, de las entradas de datos para permitir su transmisión desde la entrada seleccionada a la salida que es única.
La entrada seleccionada viene determinada por la combinación de ceros (0) y unos (1) lógicos en las entradas de control. La cantidad que necesitaremos será igual a la potencia de 2 que resulte de analizar el número de entradas. Así, por ejemplo, a un multiplexor de 8 entradas le corresponderán 3 de control.
Podemos decir que la función de un multiplexor consiste en seleccionar una de entre un número de líneas de entrada y transmitir el dato de un canal de información único. Por lo tanto, es equivalente a un conmutador de varias entradas y una salida.
Dentro de un multiplexor hay que destacar tres tipos de señales: los datos de entrada, las entradas de control y la salida
El diseño de un multiplexor se realiza de la misma manera que cualquier sistema combinatorio desarrollado hasta ahora. Veamos, como ejemplo, el caso de un multiplexor de cuatro entradas y una salida que tendrá, según lo dicho anteriormente, dos entradas de control. Esta tabla de verdad define claramente cómo, dependiendo de la combinación de las entradas de control, a la salida se transmite una u otra entrada de las cuatro posibles. Así:
Si deducimos de esta tabla de verdad la expresión booleana que nos dará la función salida, tendremos la siguiente ecuación:
S = (/A*/B*I0) + (/A*B*I1) + (A*/B*I2) + (A*B*I3)
Con la que podremos diseñar nuestro circuito lógico.
La estructura de los multiplexores es siempre muy parecida a esta que hemos descrito, aunque a veces se añade otra entrada suplementaria de validación o habilitación, denominada «strobe» o «enable» que, aplicada a las puertas AND, produce la presentación de la salida.
Tipos de multiplexores
Dentro de la gran variedad de multiplexores que existen en el mercado, hay varios tipos que conviene destacar a causa de su gran utilidad en circuitos digitales, éstos son:
Multiplexor de 8 entradas.
Multiplexor de 16 entradas.
Doble multiplexor de 4 entradas.
Dentro del primer tipo podemos hacer la distinción entre tener la entrada de «strobe» o no. La tecnología utilizada para su diseño es TTL, de alta integración, y la potencia que disipan suele ser de unos 150 mW. El tiempo de retardo típico es de unos 25 nanosegundos y tienen un "fan - out" de 10. Normalmente, estos circuitos suelen darnos dos tipos de salida: una afirmada y la otra negada.
En cuanto al segundo tipo de multiplexores, señalaremos que se diferencian de los primeros en el número de entradas, que es el doble, y que no existe la posibilidad de tener dos salidas, sino que sólo podemos optar por la negada y, en consecuencia, a la salida únicamente se tendrán los datos de la entrada complementados. La potencia de disipación para estos multiplexores viene a ser de aproximadamente unos 200 mW. El tiempo de retardo y el "fan - out" son más o menos iguales que en el caso del multiplexor de 8 entradas.
Diagrama básico de un multiplexor de 16 entradas y 2 señales de control
En la ilustración correspondiente podemos ver un multiplexor de 16 entradas, donde, si hacemos 0 el «strobe», en la salida se obtiene el dato negado de la entrada seleccionada mediante las cuatro entradas de control.
En el último de los tipos, dentro del mismo encapsulado del circuito integrado, tenemos dos multiplexores de cuatro entradas de datos: dos de control y una señal de «strobe» cada uno.
Doble multiplexor de cuatro entradas donde las señales de control son comunes
Las entradas de control son comunes para ambos multiplexores, como podemos ver en el circuito de la figura. Al igual que los anteriores, se suelen realizar con tecnología TTL de alta integración, y tienen una disipación media de unos 180 mW.
Con estos tres tipos de multiplexores trabajaremos habitualmente, incluso en el caso de tener que emplear algún otro de orden superior, es decir, con mayor número de entradas. Para ello, necesitaremos utilizar más de un multiplexor de los descritos anteriormente.
Multiplexor de 32 entradas construido a partir de cuatro multiplexores de 8 entradas y uno de 4 entradas
La forma de conectarlos entre sí depende de la aplicación concreta de que se trate, pero siempre habrá que disponer de más de una etapa de multiplexores, lo cual acarrea un tiempo de retardo. Así, por ejemplo, para seleccionar un dato de entre las 32 entradas de que disponemos, deberemos diseñar un sistema análogo al representado en la figura correspondiente.
El primer multiplexor de 8 entradas sitúa secuencialmente los datos de entrada I0 a I7 en la línea de salida de éste, a medida que el código de las señales de control va variando. Análogamente, el segundo multiplexor, también de 8 entradas, transmitirá los datos I8 a I15 a su línea de salida, dependiendo de las señales de control.
Diagrama de conexión de un circuito integrado que contiene un multiplexor de 8 entradas y señal de <
Estas entradas de control están unidas entre sí de manera que cuando, por ejemplo, aparece en la línea de salida del primer multiplexor I1, en la salida del segundo estará I9, en la del tercero I17 y en la del último I25. Si queremos sacar a la salida del conjunto de multiplexores cualquiera de las líneas de salida anteriormente citadas, necesitaremos utilizar un multiplexor de 4 entradas y, con sus señales de control, activaremos la entrada que nosotros deseemos. Así, por ejemplo, para tener en la salida final la línea de entrada I1, habría que poner en
el último multiplexor de 4 entradas la combinación 00 en sus señales de control.
CIRCUITOS MULTIPLEXORES
Circuitos que envían por un solo canal de salida alguna de las informaciones presentes en varias lineas de salida
LOS DEMULTIPLEXORES
Una de las aplicaciones más características de los decodificadores era su transformación en los circuitos digitales denominados demultiplexores.
El demultiplexor es un circuito destinado a transmitir una señal binaria a una determinada línea, elegida mediante un seleccionador, de entre las diversas líneas existentes. El dispositivo mecánico equivalente a un demultiplexor será un conmutador rotativo unipolar, de tantas posiciones como líneas queramos seleccionar. El seleccionador determina el ángulo de giro del brazo del conmutador.
Un decodificador se convierte en un demultiplexor añadiéndole una señal más a su circuitería interna. Si se aplica esta señal, la salida será el complemento de dicha señal, ya que la salida es 0 si todas las entradas son 1, y aparecerá únicamente en la línea seleccionada.
Se puede aplicar a un demultiplexor una señal de habilitación o "enable", conectándose en cascada el decodificador con el circuito compuesto de una puerta AND y dos puertas NOT cuyas entradas son la señal de habilitación y el dato que queremos transmitir.
Si la entrada de habilitación es 0, la salida será el complemento del dato, es decir, que el dato aparecerá en la línea con el código deseado. Si la entrada de "enable" es 1, la salida será 0, se inhiben los datos en cualquier línea y todas las entradas permanecen en 1.
Veamos, de otra manera, en qué consiste la función de un circuito demultiplexor. Estos son circuitos que realizan una función contraria a la de los multiplexores, es decir, tienen una única entrada de datos que, mediante unas entradas de control, se pone en comunicación con una de entre varias salidas de datos. La salida concreta seleccionada depende de la combinación de valores lógicos presentada en las entradas de control.
De la definición ya se desprende que cualquier decodificador que excite sólo una salida entre varias, y esté provisto de entrada de inhibición o "enable", puede utilizarse como demultiplexor, ya que las entradas del código se pueden emplear como entradas de control y la señal de inhibición como entrada de datos.
Por el contrario, los decodificadores del tipo BCD a 7 segmentos que dan varias de sus salidas para cada combinación de entrada, no pueden ser utilizados como demultiplexores.
En la práctica, no existen circuitos integrados demultiplexores, sino que se fabrican circuitos decodificadores/demultiplexores, que en realidad son decodificadores con entrada de inhibición ("enable" o "strobe"). En la figura se muestra la construcción mediante puertas lógicas de un decodificador/demultiplexor de 2 a 4 líneas.
A continuación, veremos el funcionamiento de un decodificador como demultiplexor. Suponemos que se ha representado una combinación de entradas, como por ejemplo 1 0 1, es decir, A /B C, y con ellas se selecciona la salida número 5. Cuando se ponga 1 en la entrada de "enable" se tendrá 1 en la salida 5, y cuando se ponga 0 en la señal de "strobe" aparecerá 0 en 5, es decir, que la salida sigue a la entrada de datos y ésta es, precisamente, la función del demultiplexor.
Dentro de los demultiplexores existen varios tipos característicos y utilizados dentro de nuestro PC. Describamos algunos de ellos.
Demultiplexor de 4 a 16 líneas
Si un valor correspondiente a un número decimal que exceda de nueve se aplica a las entradas de un demultiplexor, la orden queda rechazada, por lo tanto, las diez salidas quedarán a 1. Si se desea seleccionar una de 16 líneas de salida, el sistema se ampliará añadiendo seis puertas NAND más y se emplearán los 16 códigos posibles con cuatro bit binarios.
El demultiplexor de 4 a 16 líneas tiene 4 líneas de selección, 16 de salida, una entrada de "enable", una entrada de datos, una toma de tierra y otra para la alimentación, de modo que en total se precisa un encapsulado de 24 patillas.
También existen demultiplexores de 2 a 4 y 3 a 8 líneas encapsulados e integrados individuales.
Un demultiplexor de 1 a 2 líneas se forma con dos puertas NAND de otras tantas entradas. La línea de salida 0 proviene de la NAND, cuyas entradas son la de datos y la línea A; mientras que la salida 1 está conectada a la NAND, cuyas entradas son la de datos y la señal A. Esta última entrada se denomina de control, ya que si A es 0, en la línea 0 aparecerá el complemento del dato.
Demultiplexores de gran número de líneas
Si el número de salidas excede de 16 se emplean demultiplexores de 16, 8, 4 ó 2 líneas, dispuestos formando una cascada para conseguir el número de salidas deseado.
Para construir un demultiplexor superior a 16 líneas, es necesario combinar los distintos tipos de multiplexor de 2, 4, 8 ó 16 líneas. Este es el caso del multiplexor de 32 líneas
Por ejemplo, para un demultiplexor de 32 líneas podemos emplear uno de cuatro líneas del que se ramifican cuatro demultiplexores de 8 líneas, como se indica en la figura correspondiente. Observemos que el número total de salidas es el producto del número de líneas de los cuatro multiplexores por el número de ellos, es decir, 4 * 8 = 32. Las líneas 0 a 7 se decodifican en el primer demultiplexor, mientras que el segundo decodifica las ocho siguientes, y así sucesivamente.
Para el valor de las señales de control del demultiplexor de cuatro líneas igual a 01, las líneas 8 a 15 se decodifican secuencialmente a medida que las señales de control A B C pasan desde 0 0 0 hasta 1 1 1. Por ejemplo, la línea 12 se decodificará con la selección de todas las señales de control de los demultiplexores de cuatro y ocho líneas, con el siguiente resultado 0 1 1 0 0, que no es más que la representación binaria del número decimal 12.
Puesto que en un encapsulado hay dos demultiplexores de 2 a 4 líneas, para el sistema representado se necesitará el equivalente a 4,5 encapsulados. Este mismo sistema se puede lograr con un demultiplexor de 8 líneas y ocho de 4 líneas o con uno de 2 líneas y dos de 16. El diseño más apropiado viene determinado por el coste total.
Aplicaciones de los demultiplexores
La transferencia de información es una operación básica en cualquier sistema digital. Aunque los detalles internos del registro, la forma en que se transfiere la información desde el exterior al registro y cómo sale de éste hacia el exterior, serán estudiados en su tema correspondiente, consideraremos en este caso la utilización de multiplexores y demultiplexores en el proceso de transferencia entre registros.
