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

81772. Тема героя и толпы в произведениях отечественной литературы 31.76 KB
  Горький Старуха Изергиль Герои притч старухи Изергиль – Ларра и Данко – являются по сути вариациями на одну и ту же тему: оба они герои байронического типа сильные личности противопоставленные толпе посредственностей. И толпа губит и положительного Данко и отрицательного Ларру. Геройромантик либо гибнет как Данко либо замыкается в своем страдании и одиночестве отвергнутый обществом против условностей которого протестовал как Ларра. Свобода Данко напротив это свобода взять на себя ответственность за коллектив свобода...
81773. Основные мотивы и образы лирики М.Ю.Лермонтова ( на примере 3 – 4 стихотворений). Чтение наизусть и разбор одного стихотворения 34.41 KB
  Мотив одиночества возникает у Л. в трактовку темы одиночества это прежде всего его абсолютный и глубоко личный характер связанный с неприятием лермонтовским героем мира коренных основ миропорядка. В этой благодарности за все чем я обманут в жизни был обнажается двойственная природа лермонтовского одиночества; враждебный человеку мир с отъединенностью от врагов и друзей и волевое гордое непримиренное Я поэта не желающее пойти на какойлибо компромисс с этим миром ни перед чем не останавливающееся в противостоянии ему...
81774. Сатирическое мастерство М. А. Булгакова 32.21 KB
  Удивительный талант Михаила Афанасьевича Булгакова позволяет ему следуя традициям писателейсатириков XIX века использовать этот художественный прием в своих произведениях Примером таких сатирических произведений могут служить повести Роковые яйца и Собачье сердце такой же прием использует автор и в своем романе Мастер и Маргарита . В основе повести Собачье сердце рискованный эксперимент. Отсюда ирония звучащая на страницах повести. Самым ярким представителем этой жизни на страницах повести является Швондер который норовит немедленно...
81775. Роль отцовского завета в судьбах героев произведений отечественной классики 19 века 33.3 KB
  Главный герой Петр Гринев отправляясь на службу получает наказ от отца: Прощай Петр. Петр Гринев являясь главным участником событий повествователеммемуаристом следует завету своего отца. Сын своего отца честного служаки времен Елизаветы который ушел в отставку чтобы не присягать Екатерине продолжает традиции своей семьи построенных на любви к ближним уважении к родителям любви к своей Родине и с честью выходит из всех испытаний. Главная героиня романа Маша Миронова дочь бедных дворян бесприданница олицетворение любви и...
81776. Художественные приемы создания образа Печорина в романе М. Лермонтова «Герой нашего времени» 47.87 KB
  Образ Печорина одно из главных открытий Лермонтова. Изображению и раскрытию образа Печорина как героя особой исторической эпохи и подчинена своеобразная композиционносюжетная структура романа. Одна представляет собою объективное повествование о Печорине извне в записках странствующего офицера Бэла Максим Максимыч Предисловие к Журналу Печорина другая субъективноисповедальное самораскрытие героя изнутри в его Журнале Тамань Княжна Мери Фаталист .
81777. Символизм как литературное направление. Анализ стихотворения одного из поэтов-символистов 47.33 KB
  Бальмонта Ю. В поэтических формулах Бальмонта Сологуба Гиппиус Мережковского отрицается истинность реального мира объявляемого лишь комплексом ощущений творцахудожника: . Бальмонта М. В 90х годах вышли сборники его стихотворений: Под северным небом 1894 В безбрежности 1895 Тишина 1897; в 900е годы в период творческого взлета Бальмонта Горящие здания 1900 Будем как солнце 1903 Только любовь 1903.
81778. Образ метели в произведениях отечественной литературы 32.93 KB
  Все ее действие развертывается на фоне разгулявшихся природных стихий: Ветер ветер На всем божьем свете Ветер хлесткий гуляет свищет и зол и рад Разыгралась чтойто вьюга ох пурга какая спасе Вьюга долгим смехом Заливается в снегах Очевидно что образы ветра метели романтичны и имеют символический смысл. Ветер ветер На ногах не стоит человек. Ветер ветер – На всем Божьем свете. Во второй строфе напор стихии как бы смягчается ее действия становятся не гневны а почти нежны и появляются уменьшительноласкательные...
81779. Наука и философия. Статус научной философии 28.69 KB
  Многолетний спор философии и науки о том в чем больше нуждается общество в философии или науке и какова их действительная взаимосвязь породил множество точек зрения обилие возможных трактовок и интерпретаций этой проблемы. Остановимся на основных тезисах раскрывающих суть соотношения философии и науки: Специальные науки служат отдельным конкретным потребностям общества: технике экономике искусству врачевания искусству обучения законодательству и др. Частные науки ограничиваются отдельными частями мира. Философия задумывается о...
81780. Функции науки. Роль науки в современном образовании и формировании личности 28.41 KB
  Роль науки в современном образовании и формировании личности. Проблема связанная с классификацией функций науки до сих пор остается спорной отчасти потому что последняя развивалась возлагая на себя новые и новые функции отчасти в силу того что выступая в роли социокультурного феномена она начинает больше заботиться не об объективной и безличностной закономерности а о коэволюционном вписывании в мир всех достижений научнотехнического прогресса. В качестве особой и приоритетной проблемы выделяют вопрос о социальных функциях науки...