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

10 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

53823. Подвижные игры в детском саду 165.5 KB
  Какое значение имеют подвижные игры Докажите на конкретных примерах. Подвижные игры имеют неоценимое значение во всестороннем развитии личности: 1. В процессе игры двигательная активность детей вызывает деятельное состояние всего организма усиливает процессы обмена веществ повышает жизненный тонус.
53824. Виды дивидендной политики 30 KB
  Дивиденд – это часть прибыли, которую получают акционеры по имеющимся у них акциям. В соответствии с НК «Дивидендом признается любой доход, полученный акционером (участником) от организации при распределении прибыли
53825. Упражнения для развития орфографической зоркости учащихся 63 KB
  Задания: выписать из текста слова где есть мягкие согласные; выписать в 2 столбика слова: а с глухими согласными на конце; б со звонкими согласными на конце. записать слова на букву р т м о и т.; записать слова в алфавитном порядке; записать слова с мягким знаком на конце слова в середине слова; привести примеры с ударением на 1 слоге на 2ом и т.; Догадайся что за словоигра: сорока ворона овес овощи огород из словаря выписать слова на данную тему; чайнворды: с т а к а н а р ц и с с о б с у б о т в а...
53826. Изменение имен прилагательных по родам 29 KB
  Минутка красивого письма на доске показ аяое какие буквы соединения будем писать чем отличаются прописываю на доске Словарь: какую группу слов повторяли дома на доске слова но из каждого слова потерялась буква дети устно называют букву учитель вставляет яблко кпуста гурец грох млина записать в три столбика Жен.Изучение нового материала на доске картинки земляника арбуз яблоко.
53827. Комплексний підхід у корекційній роботі з попередження та подолання вад усного і писемного мовлення учнів 51.5 KB
  Актуальність знань щодо процесу розвитку мовлення дітей визначається завданням гуманізації виховання створенням оптимальних умов для найповнішого розкриття їхніх потенційних можливостей як субєкта спілкування та предметно практичної діяльності. Головні положення лінгвістичних напрямів і напрямів які досліджують спілкування та мовлення як окремий випадок комунікативної діяльності визначають нові завдання щодо практики й теорії мовленнєвого розвитку дітей: потребу показати комплексний підхід до вивчення мови як засобу взаємодії...
53828. Тотожні перетворення виразів, що містять квадратні корені 644 KB
  Мета: Формувати вміння та навички перетворювати вирази що містять арифметичні квадратні корені розвивати вміння аналізувати порівнювати навчальний матеріал виховувати вміння співпрацювати з однокласниками впроваджувати в життя учнів спрямованості на здоровий спосіб життя застосовуючи здоровязберігаючі технології.2 хв Квадратні корені з чисел вавилонські мате тематики вміли добувати ще в 4 тис.
53829. Порядок и источники выплаты дивидендов 31 KB
  Методика постоянного процентного распределения прибыли. Одним из основных аналитических показателей, характеризующих дивидендную политику, является коэффициент «дивидендный выход» (коэффициент выплаты дивидендов), представляющий собой отношение дивиденда по обыкновенным акциям к прибыли, доступной владельцам обыкновенных акций (в расчете на одну акцию).
53830. Внутреннее строение корня в связи с его функциями 39.5 KB
  Сформировать понятие о зонах корня. Развивать понятие о клеточном строении корня. Продолжить формирование понятий о тканях и показать на конкретных примерах зон корня определенные виды тканей.
53831. Властивості арифметичного квадратного кореня 108.15 KB
  Розглянути властивості арифметичного квадратного кореня; розвивати вміння учнів добувати квадратні корені, використовуючи вивчені властивості; виховувати повагу до історії Збройних Сил України, розуміння почесного обов’язку захисника Вітчизни, почуття колективізму.