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

84091. Смешанные формы правления в современном мире 24.83 KB
  Так было во время и после буржуазных революций в Европе и Америке: молодая прогрессивная буржуазия возглавлявшая широкие слои населения добилась ограничения власти монарха ликвидации абсолютизма установления дуалистической или парламентарной монархии а иногда и республики например в США. В ходе этого исторического развития были и своеобразные зигзаги: республика при фашизме во главе с фюрером дуче каудильо мало чем по существу отличалась от монархии хотя юридически форма была иной а республики в социалистических странах странах...
84092. Форма правления: понятие и виды 16.75 KB
  Форма правления представляет собой структуру высших органов государственной власти порядок их образование и распределение компетенции между ними. Форма государственного правления дает возможность уяснить: как создаются высшие органы государства и какого их строение; как строятся взаимоотношения между высшими и другими государственными органами; как строятся взаимоотношения между верховной государственной властью и населением страны; в какой мере организация высших органов государства позволяет обеспечивать права и свободы...
84093. Унитарное государство признаки и виды 20.55 KB
  Унитарное государство характеризуется следующими признаками: унитарное устройство предполагает единые общие для всей страны высшие исполнительные представительные и судебные органы которые осуществляют верховное руководство соответствующими органами; на территории унитарного государства действует одна конституция единая система законодательства одно гражданство; составные части унитарного государства области департаменты округа провинции графства государственным суверенитетом не обладают; унитарное государство на территории...
84094. Федерация: понятие и признаки, виды 23.76 KB
  Существуют следующие формы государственного устройства: 1 Унитарное государство 2 Федеративное государство 3 Конфедеративное на данный момент не существует в природе 4 Региональное государство Федеративное государство представляет собой добровольное объединение ранее самостоятельных государственных образований в одно союзное государство государство состоящее из государств членов или государственных образований субъектов федерации. На данный момент в мире насчитывается 24ре федерации. Федерации бывают: а Договорные и...
84095. Форма государственного устройства: понятие и виды 21.73 KB
  Территория федерации состоит из территорий ее отдельных субъектов: штатов кантов земель республик и т. Субъекты федерации имеют право принятия собственной конституции имеют свои высшие исполнительные законодательные и судебные органы 4. В большинстве федерации существует союзное гражданство и гражданство федеральных единиц. При федеральном государственном устройстве в парламенте имеется палата представляющая интересы членов федерации.
84096. Демократический режим и его признакии 22.3 KB
  В демократическом государстве существует взаимная ответственность государства и личности.Предоставление широкой свободы личности предприятиям и организациям в сфере экономической деятельности которая при демократическом политическом режиме составляет основу материального благосостояния граждан.Реальная гарантированность прав и свобод личности и реальная возможность реализовать данные права и свободы.Наличие эффективной и квалифицированной судебной защиты прав и свобод личности от произвола и беззакония со стороны кого бы то ни было.
84097. Антидемократические государственно-правовые режимы 25.92 KB
  Основными чертами тоталитарного политического режима являются следующие: государство стремится к глобальному господству над всеми сферами общественной жизни к всеохватывающей власти; общество полностью отчуждено от политической власти но оно не осознает этого ибо в политическом сознании формируется представление о единстве слиянии власти и народа; господствует монопольный контроль над экономикой средствами массовой информации культурой религией и т. фактически устраняется плюрализм; происходит централизация государственной...
84098. Функции государства: понятие, признаки, содержание 20.68 KB
  Функции государства это основные направления внутренней и внешней деятельности государства в которых выражаются и конкретизируются его классовая и общечеловеческая сущность и социальное назначение. В этом определении выделены наиболее существенные признаки функций государства. Функции государства непосредственно выражают и предметно конкретизируют его классовую и общечеловеческую сущность.
84099. Внутренние функции государства современного государства и их содержание 22.02 KB
  Охранительная функция: Это функция государственной деятельности проявляется в обеспечении государством общественного и правового порядка защите и охране прав и интересов граждан и организаций защите конституционного строя и государства от противоправных посягательств. Обеспечение внутреннего мира и согласия в обществе урегулирования общественных отношений снятие социальных противоречий неизбежных в обществе состоящем из различных классов групп слоев это насущная необходимость одна из тех причин которые вызывали возникновение...