12808

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ЛОГИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторная работа № 9 ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ЛОГИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ Цель работы: Изучить работу мультиплексоров демультиплексоров. Краткие теоретические сведения Мультиплексором называется логическое устройство которое позволяет выбирать только один из наб

Русский

2013-05-03

532.5 KB

8 чел.

Лабораторная работа № 9

«ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ЛОГИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ»

Цель работы: Изучить работу мультиплексоров, демультиплексоров.

Краткие теоретические сведения

Мультиплексором называется логическое устройство, которое позволяет выбирать только один из набора входных сигналов и передавать его на единственный выход.

С помощью мультиплексора можно осуществлять временное разделение информации, поступающей по разным каналам, а также можно осуществлять преобразование параллельного цифрового кода в последовательный. Мультиплексор можно уподобить бесконтактному многопозиционному переключателю.

В общем случае мультиплексор имеют три группы входов и один выход. Входными сигналами являются так называемые информационные, адресные и разрешающий (стробирующий) входы.

Если мультиплексор имеет n адресных входов, то число информационных входов будет 2n. Набор сигналов на адресных входах определяет конкретный информационный вход, который будет соединен с выходным выводом.

Разрешающий (стробирующий) вход управляет одновременно всеми информационными входами независимо от состояния адресных входов. Запрещающий сигнал на этом входе блокирует действие всего устройства. Наличие разрешающего входа расширяет функциональные возможности мультиплексора, позволяя синхронизировать его работу с работой других узлов. Иногда разрешающий (стробирующий) вход употребляется также для наращивания разрядности мультиплексоров.

Мультиплексоры различаются по числу входов, по способам адресации, наличием дополнительных входов разрешения и различных выходов (прямых и инверсных).

На рисунке 1 показаны условное графическое обозначение и логическая структура реального мультиплексора 4:1 (четыре линии к одной) – половина микросхемы ТТЛ К155КП2.

Рисунок 1 – Мультиплексор вида 4:1:

а) условное графическое обозначение;

б) логическая структура

Как видно из рисунка логическая структура мультиплексора содержит четыре информационных входа , два адресных входа  (причем на вход  подается младший разряд, на вход  – старший) и разрешающий (стробирующий) вход . Если на разрешающем (стробирующем) входе находится высокое напряжение U1, то один из входов всех логических элементов И будет под низким и, следовательно, на их выходах будут нулевые уровни независимо от состояния остальных входов. Выходной сигнал в этом случае также будет .

Схема управления мультиплексора выполнена так, что при разрешающем (стробирующем) сигнале на входе  любые комбинации сигналов на адресных входах  и  создают условия, при которых на входах (а значит, и на выходах) трех логических элементов И существуют потенциалы низкого уровня, неактивные для элемента ИЛИ. Состояние четвертого элемента И определяется сигналом на информационном входе. Тот же сигнал будет и на выходе мультиплексора. Двоичные числа (00, 01, 10, 11), характеризующие сигналы на входах  и , эквивалентны индексу задействованного информационного входа (). Так, например, двоичное число 10 на адресных входах обеспечит селекцию шины D2.

Логическое выражение работы мультиплексора имеет следующий вид:

   (1)

У мультиплексоров, выпускаемых в настоящее время в виде самостоятельных изделий, число информационных входов не превышает шестнадцати. Большее число входов обеспечивается путем наращивания разрядности. Наращивание можно осуществить двумя способами:

1. Объединением нескольких мультиплексоров в пирамидальную (древовидную) систему.

2. Последовательным соединением разрешающих (стробирующих) входов и внешних логических элементов.

Пирамидальные мультиплексоры строятся по ступенчатому принципу, причем, обычно применяются две, реже – три и более ступени. Пирамидальный характер схемы состоит в том, что каждая ступень, начиная с первой, имеет больше входов, чем последующая. Младшие разряды кода адреса подаются на адресные входы первой ступени, а ступеням более высокого ранга соответствуют старшие разряды адресного кода.

Недостатком пирамидального наращивания следует считать повышенный расход микросхем, а также сравнительно невысокое быстродействие из-за суммирования задержек при последовательном прохождении сигналов по ступеням пирамиды.

Еще одно интересное свойство мультиплексоров – работа в качестве универсального логического элемента, реализующего любую логическую функцию, содержащую до  переменных, где  – количество адресных входов мультиплексора. Если на адресные входы мультиплексора подать входные переменные, зная какой выходной уровень должен отвечать каждому сочетанию этих сигналов, то, предварительно установив на информационных входах потенциалы U0 и U1, получим устройство, реализующее требуемую логическую функцию. Применение этого свойства особенно оправдано, когда количество переменных достаточно велико. Один мультиплексор в этом случае может заменить несколько корпусов с логическими элементами вида И, ИЛИ, НЕ, и др.

Например, для логической функции ИЛИ 2-х переменных имеем следующее выражение:

   (2)

Для того чтобы выражение (2) соответствовало выражению (1), необходимо выполнение следующих условий:

;    ;    ;    ;    

Отсюда вытекает схема соединений входов мультиплексора (см. рисунок 2).

Рисунок 2 – Схема соединений входов мультиплексора

при построении логического элемента ИЛИ 2-х переменных

Аналогично для функции ИЛИ 3-х переменных имеем выражение:

 (3)

Для того чтобы выражение (3) соответствовало выражению (1), необходимо выполнение следующих условий:

;    ;    ;    ;    

Тогда схема соединения входов мультиплексора имеет следующий вид (см. рисунок 3):

Рисунок 3 – Схема соединений входов мультиплексора

при построении логического элемента ИЛИ 3-х переменных

Демультиплексор – это логическое устройство, распределяющее сигналы с одного информационного входа по нескольким выходам. Выбор необходимой выходной шины обеспечивается кодом на адресных входах. При  адресных входах демультиплексор может иметь  выходов. Таким образом, в функциональном отношении демультиплексор противоположен мультиплексору. Условное графическое обозначение и логическая структура демультиплексора вида 1:4 показана на рисунке 4.

Здесь  и  – адресные входы,  – информационный вход,  – разрешающий (стробирующий). Работу демультиплексора описывают следующие логические уравнения:

;    ;    ;      (4)

Рисунок 4 – Демультиплексор вида 1:4:

а) условное графическое обозначение;

б) логическая структура

Демультиплексоры также можно использовать для построения схем логических элементов. Например, используя схему демультиплексора 1:4 можно реализовать логическую схему функции ИЛИ 2-х переменных:

Сопоставляя уравнения (4) и (5), имеем, что при ;  ;   всегда . Далее,    .

Тогда логическая схема примет вид, показанный на рисунке 5.

Рисунок 5 – Схема соединений входов демультиплексора

При построении логического элемента ИЛИ 2-х переменных

Порядок выполнения работы

  1.  Ознакомиться с методическими указаниями к лабораторной работе.
  2.  Исследовать работу мультиплексора 4:1 и демультиплексора 1:4. Составить таблицы истинности их работы.
  3.  Нарисовать диаграммы изменений выходных сигналов при изменении сигналов на адресных входах в соответствии с заданной последовательностью 00, 01, 10, 11.
  4.  Используя два мультиплексора 4:1, построить логическую схему на 4 входа, реализующую функцию  в соответствии с заданным вариантом.

№ варианта

при следующих комбинациях входных переменных в двоичном коде

1

1, 2 ,4, 8

2

7, 11, 13, 14

3

0, 3, 4, 12

4

3, 6, 9, 12

5

0, 5, 10, 15

6

3, 5, 7, 12

5. Собрать разработанную схему на стенде и убедиться в ее работоспособности.

6. Составить отчет по данной лабораторной работе.

Содержание отчета

Отчет должен включать:

  1.  Таблицы истинности работы мультиплексора 4:1, демультиплексора 1:4.
  2.  Диаграммы изменений выходных.
  3.  Задание на разработку логической схемы и ее рисунок.
  4.  Краткое описание работы схемы.
  5.  Вывод.

Контрольные вопросы и задания


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

61596. Shopping for clothes 21 KB
  Задачи урока: 1.Общеобразовательные: активизировать словарь учащихся; повторить пройденный материал; усвоить и применить в речи лексику по теме «Одежда»; выработать навык сознательного и выразительного чтения...
61597. Образование мочи 20.47 KB
  Образовательные: 1 показать механизм мочеобразования; 2 изучить этапы образования мочи; 3 рассказать об урологических заболеваниях и их предупреждение.
61598. А. К. Толстой. ”Илья Муромец” 16.98 KB
  Работать над характеристикой героя; развивать речь мышление воображение воспитывать интерес к родной литературе. Любили его отец с матерью да только плакали на него поглядывая: тридцать лет Илья на печи лежит ни рукой ни ногой не шевелит.
61599. Былина «Илья Муромец и Святогор» 24.36 KB
  Цель: сформировать представления детей о былинах и былинных героях. Задачи: Образовательная – способствовать формированию у учащихся целостного представления об основной идеи произведения; организовать деятельность учащихся по восприятию и осмыслению текста нового произведения...
61600. Стихи о Родине 27.14 KB
  Цель: Выразительно читать, анализировать стихотворения Задачи урока: 1. Познакомить детей со стихотворениями С.А. Есенина о Родине. 2. Учить видеть в тексте эпитеты, сравнения, олицетворения.
61601. Правописание звонких и глухих согласных на конце слова 26.23 KB
  ЦЕЛЬ: формировать у учащихся умение находить в слове орфограмму парный согласный на конце слова и правильно графически её обозначать.
61602. Экологическая безопасность 53.39 KB
  Деятельность учителя Деятельность учащихся Учитель: Мы начинаем урок окружающего мира. Учитель: Что необходимо для жизни Свет тепло воздух вода и др. Учитель: Сегодняшний урок я хочу начать с просмотра ролика.
61603. Какие бывают животные? 13.5 KB
  Раздаточный материал в больших и маленьких конвертах; Структура: Организационный момент Актуализация знаний Сообщение задач урока Физкультминутка Закрепление Рефлексия Подведение итогов...