Démultiplexeur
Vue d'ensemble
- Objectif : Le démultiplexeur (DEMUX) est un composant numérique qui achemine un seul signal d'entrée vers l'une de deux sorties possibles en fonction d'une entrée de sélection. Il fonctionne comme un distributeur de données, dirigeant l'information d'une source vers l'une de deux destinations.
- Symbole : Le démultiplexeur est représenté par un bloc rectangulaire avec une seule entrée de données, une entrée de sélection et deux lignes de sortie.
- Rôle dans DigiSim.io : Sert de composant fondamental de distribution de données 1 vers 2 dans les circuits numériques, permettant le routage de signaux, le décodage d'adresses et l'implémentation de systèmes numériques complexes.
Description fonctionnelle
Comportement logique
Le démultiplexeur dirige le signal d'entrée vers l'une des deux sorties en fonction de la valeur de l'entrée de sélection. Lorsque Sel=0, l'entrée Data est acheminée vers Y0 tandis que Y1 reste à 0. Lorsque Sel=1, l'entrée Data est acheminée vers Y1 tandis que Y0 reste à 0.
Table de vérité (démultiplexeur 1 vers 2) :
| Data | Sel | Y0 | Y1 |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
Remarque : lorsque Data vaut 0, les deux sorties valent 0 quel que soit l'état de l'entrée de sélection.
Entrées et sorties
Entrées (2 au total) :
- Data : entrée de données 1 bit qui sera dirigée vers l'une des deux sorties.
- Sel : entrée de sélection 1 bit qui détermine quelle sortie reçoit le signal de données.
Sorties (2 au total) :
- Y0 : sortie qui reçoit l'entrée Data lorsque Sel=0.
- Y1 : sortie qui reçoit l'entrée Data lorsque Sel=1.
Paramètres configurables
- Délai de propagation : temps nécessaire pour que les sorties changent après une modification de la sélection ou d'une entrée.
Représentation visuelle dans DigiSim.io
Le démultiplexeur est affiché sous la forme d'un bloc rectangulaire avec une seule entrée de données sur un côté (typiquement à gauche), une entrée de sélection généralement en bas et deux sorties (Y0, Y1) sur le côté opposé. Une fois connecté dans un circuit, le composant indique visuellement le chemin de sortie actif par des changements de couleur sur les fils de connexion.
Valeur pédagogique
Concepts clés
- Distribution de données : démontre comment un seul signal peut être acheminé vers différentes destinations.
- Décodage binaire : illustre comment des valeurs binaires peuvent être décodées pour sélectionner des sorties spécifiques.
- Commutation numérique : montre comment les systèmes numériques peuvent rediriger dynamiquement les signaux.
- Opérations un-vers-plusieurs : introduit le concept de distribution d'un signal à plusieurs destinataires potentiels.
Objectifs d'apprentissage
- Comprendre comment les démultiplexeurs dirigent le flux de données d'une source vers plusieurs destinations.
- Apprendre la relation entre codes de sélection binaires et sorties actives.
- Reconnaître comment les démultiplexeurs peuvent servir au décodage d'adresses dans les systèmes mémoire.
- Appliquer les démultiplexeurs à la conception de systèmes de distribution de données.
- Comprendre la relation complémentaire entre multiplexeurs et démultiplexeurs.
Exemples d'utilisation / Scénarios
- Décodage d'adresses : sélectionner des puces mémoire ou périphériques spécifiques en fonction de valeurs d'adresse.
- Distribution de données : acheminer les données d'une source unique vers plusieurs périphériques de destination.
- Conversion série vers parallèle : distribuer les bits d'un flux série vers des sorties parallèles.
- Routage de signaux de commande : diriger des signaux de commande vers des composants spécifiques d'un système plus large.
- Systèmes d'affichage : sélectionner des segments ou chiffres individuels dans les afficheurs multi-éléments.
Notes techniques
- Le nombre de lignes de sélection (S) et le nombre de sorties (Y) ont la relation : 2^S = Y. Le démultiplexeur 1 vers 2 de DigiSim.io utilise 1 ligne de sélection (2^1 = 2 sorties).
- Les démultiplexeurs sont souvent utilisés conjointement avec des multiplexeurs pour créer des systèmes complets de routage de données.
- Un démultiplexeur peut être considéré comme un décodeur dont l'entrée d'enable joue le rôle d'entrée de données.
- Pour les systèmes actifs à l'état bas, les sorties inactives peuvent être HIGH au lieu de LOW, seule la sortie sélectionnée passant à LOW lorsque l'entrée est LOW.
Caractéristiques
- Nombre de canaux : décrit comme 1:N (par exemple 1:2, 1:4, 1:8, 1:16)
- Lignes de sélection : log₂(N) entrées de sélection pour choisir parmi N sorties
- Délai de propagation : temps entre un changement d'entrée et la sortie stable
- Fan-Out : nombre de portes logiques qu'il peut piloter depuis chaque sortie
- Consommation électrique : augmente typiquement avec le nombre de canaux
- Commande d'activation : certains démultiplexeurs incluent une entrée d'enable
- Largeur de données : peut être 1 bit ou multi-bits (démultiplexeurs de bus)
- Immunité aux glitchs : qualité d'éviter les sorties incorrectes transitoires lors des transitions
Types de démultiplexeurs
Démultiplexeurs binaires
- 1:2 (1 ligne de sélection)
- 1:4 (2 lignes de sélection)
- 1:8 (3 lignes de sélection)
- 1:16 (4 lignes de sélection)
Démultiplexeurs de bus
- Gèrent plusieurs bits en parallèle
- Largeurs courantes : 4 bits, 8 bits, 16 bits, 32 bits
Démultiplexeurs actifs à l'état bas
- Sortie active à l'état bas
- Courants dans certaines familles logiques
Démultiplexeurs actifs à l'état haut
- Sortie active à l'état haut
- Comportement standard dans la plupart des systèmes numériques
Démultiplexeurs en arbre
- Construits par mise en cascade de démultiplexeurs plus petits
- Utilisés pour les implémentations à grande échelle
Applications
Distribution de données
- Distribution de signaux vers plusieurs destinations
- Sélection de banc mémoire
- Sélection de port E/S
Décodage d'adresses
- Décodage d'adresses mémoire
- Sélection de périphériques
- Génération de chip select
Systèmes de communication
- Démultiplexage temporel
- Séparation de canaux
- Distribution de flux de données
Systèmes de commande
- Distribution de mode opératoire
- Routage de signaux de commande
- Implémentations de machines à états
Stockage de données
- Commande de write enable mémoire
- Sélection de banc de stockage
- Adressage de fichier de registres
Systèmes d'affichage
- Sélection de segment dans les afficheurs
- Adressage matriciel
- Sélection de pixels
Implémentation
Les démultiplexeurs peuvent être implémentés en utilisant :
Portes logiques de base
- Portes ET avec structure de décodeur
- Combinaison de décodeur et portes ET
Circuits intégrés
- Série 74xx :
- 74139 : double démultiplexeur 1:4
- 74138 : démultiplexeur 1:8
- 74154 : démultiplexeur 1:16
- Série 74xx :
Niveau transistor
- Réseaux de transistors CMOS
- Transistors de passage
- Tampons trois-états
Conceptions HDL (Verilog/VHDL)
- Instructions case
- Assignations conditionnelles
- Conceptions paramétrées
Implémentation du circuit (DEMUX 1:2)
Un démultiplexeur 1 vers 2 de base peut être implémenté à l'aide de portes logiques de base :
graph TB
Data[Data] --> AndGate0[AND Gate]
Data --> AndGate1[AND Gate]
Sel[Sel] --> NotGate[NOT Gate]
Sel --> AndGate1
NotGate --> AndGate0
AndGate0 --> OutputY0[Y0]
AndGate1 --> OutputY1[Y1]
Équations booléennes (DEMUX 1:2)
Pour le démultiplexeur 1 vers 2 avec entrée de données D, sorties Y0 et Y1 et entrée de sélection S :
- Y0 = D • S̅
- Y1 = D • S
Où • représente le ET logique et ̅ représente le NON logique
Composants associés
- Multiplexeurs : effectuent l'opération inverse (routage N vers 1)
- Décodeurs : convertissent un code binaire en plusieurs lignes de sortie
- Encodeurs : convertissent plusieurs lignes d'entrée en code binaire
- Émetteurs-récepteurs de bus : transfert de données bidirectionnel avec commande de direction
- Distributeurs de données : similaires aux démultiplexeurs mais avec une logique de commande différente
- Décodeurs d'adresses : démultiplexeurs spécialisés pour l'adressage mémoire
- Commutateurs numériques : équivalents électroniques des commutateurs mécaniques
- Arbres de démultiplexeurs : démultiplexeurs en cascade pour grands nombres de sorties
