3953

Синтез мультиплексорів та демультиплексорів

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лабораторна робота №15 Тема: синтез мультиплексорів та демультиплексорів Мета: спроектувати комбінаційні схеми і дослідити роботу мультиплексора та демультиплексора. Теоретичні відомості. Мультиплексор призначений для комутації в певному порядку на...

Украинкский

2012-11-10

412.29 KB

72 чел.

Лабораторна робота №15

Тема: синтез мультиплексорів та демультиплексорів

Мета: спроектувати комбінаційні схеми і дослідити роботу мультиплексора

та демультиплексора.

Теоретичні відомості.

Мультиплексор призначений для комутації в певному порядку на один вихід

одного з декількох вхідних сигналів, в залежності від стану адресних входів. За

допомогою мультиплексора здійснюється часове розділення інформації, що

надходить по різним каналам. Мультиплексор можна порівняти з безконтактним

багатопозиційним перемикачем. Мультиплексор має один або два

взаємодоповнюючі виходи (прямий і інвертований) і дві групи входів:

– інформаційні;

– керуючі (адресні і входи дозволу).

Якщо мультиплексор має n адресних входів, то кількість інформаційних

входів буде 2n.

Набір сигналів на адресних входах визначає конкретний інформаційний вхід,

який буде з’єднаний з виходом мультиплексора. Вхід дозволу (строб) керує

одночасно всіма інформаційними входами незалежно від стану адресних входів.

Заборонений сигнал на цьому вході блокує роботу всього пристрою. Наявність

входу дозволу розширює функціональні можливості мультиплексора, дозволяє

синхронізувати його роботу з роботою інших вузлів. Вхід довзолу

використовується також для нарощування розрядності мультиплексора.

Адресні входи мультиплексора позначимо літерами Ai ∈{1, 0}, а

інформаційні входи Di ∈ {1, 0} (рисунок 15.1).

Рисунок 15.1 – Графічне зображення мудьтиплексора

Мультиплексори набули широкого використання в обчислювальній техніці в

якості комутаторів цифрових сигналів. Вони застосовуються в комп’ютерах і

мікропроцесорних контролерах для комутації адресних входів динамічних

1


оперативних запам’ятовуючих пристроїв, у вузлах об’єднання або розгалуження

шин і т.д. На базі мультиплексорів можна будувати різноманітні комбінаційні

пристрої з мінімальною кількістю додаткових елементів логіки. У

мікропроцесорних системах керування мультиплексори встановлюють на

віддалених об’єктах для забезпечення можливості передачі інформації по одній

лінії від кількох встановлених на них датчиків. Слід відмітити, що

мультиплексори, які виготовлені за технологією КМОН, можуть комутувати як

цифрові, так і аналогові сигнали.

На рисунку 15.2 наведено схема двохканального мультиплексора, що

складається з елементу АБО, двох елементів НІ і двох елементів І.

Рисунок 15.2 – Схема двохканального мультиплексора

Входи D0, D1 – інформаційні, на них знаходяться розряди двійкового слова,

заданого у паралельному форматі. Вхід A – адресний, який дозволяє звертатись до

одного з інформаційних входів і передавати його сигнал на вихід Y, вхід Е – вхід

дозволу.

Схема включення ідеального мультиплексора Generic 1-of-8 MUX для

дослідження показна на рисунку 15.3. Призначення виводів пристрою наступні:

D7…D0 – вхідна інформаційна шина; A, B, C – входи адресації; G' – вхід дозволу;

Y – прямий вихід, а W – інверсний. При подачі на адресні входи мультиплексора

керуючого двійкового слова ABC (старший розряд С) на вихід пристрою буде

переданий сигнал з того входу, номер якого відповідає десятковому еквіваленту

цього слова. Керуючий сигнал G' своїм низьким вхідним рівнем дозволяє

мультиплексору виконувати закладену в нього функцію, а високим – забороняє

його роботу.

2


Рисунок 15.3 – Схема моделювання ідеального мультиплексора

Завдяки наявності входу дозволу існує можливість синхронізації роботи

мультиплексора з іншими пристроями, а також – можливість нарощування

розрядності адресного простору. Приклад такого нарощування мультиплексора

наведено на рисунку 15.4. Вхід дозволу, об’єднаний в обох мультиплексорах

через інвертор, виступає старшим розрядом D адресної шини. При D = 0 зміна

сигналів на A, B, C дозволяє вибирати входи шини даних першого

мультиплексора і через елемент АБО передавати на прямий вихід; другий

мультиплексор при цьому відключений високим рівнем сигналу на вході G'. При

D = 1 зміна сигналів A, B, C забезпечує комутацію входів другого мультиплексора

і передачу на вихід через елемент ВИКЛ. АБО, у той час як відключений перший

мультиплексор. При наявності в мультиплексорах інверсних виходів їх

об’єднання забезпечується елементом ВИКЛ. АБО-НІ.

3


Рисунок 15.4 – Приклад нарощування мультиплексорів

При необхідності суттєвого нарощування інформаційного простору

використовується пірамідальний спосіб нарощування. Адресні входи

мультиплексорів нижнього рівня з’єднуються паралельно і керуються молодшими

розрядами адресного простору. Їх кількість визначається тільки кількістю

інформаційних входів кожного мультиплексора. Мультиплексор верхнього

ступеню задає старші розряди адресного простору, завдяки яким він забезпечує

комутацію виходу кожного з мультиплексорів на загальний вихід.

Ще одним способом нарощування інформаційного простору мільтиплексорів

є застосування дешифратора, кожен з виходів якого підключається до входу G'

відповідного мультиплексора і дозволяє або забороняє його роботу.

4


Приклад 1

Синтезувати мультиплексор 4:1.

Розв’язання

Нехай мультиплексор має такі чотири інформаційні входи D0, D1, D2, D3.

Складемо таблицю істинності мультиплексора 4:1.

Таблиця 15.1 – Таблиця істинності мультиплексора 4:1.

Адресні входи Вихід

А1

А0

Q

0

0

D0

0

1

D1

1

0

D2

1

1

D3

Робота мультиплексора 4:1 описується логічним рівнянням, складеним на

основі таблиці істинності

Q  A1 A0 D0  A1 A0 D1  A1 A0 D2  A1 A0 D3 .

За одержаним рівнянням розробляємо функціональну схему мультиплексора

(рисунок 15.5).

Рисунок 15.5 – Функціональна схема мультиплексора 4:1

5


У загальному випадку, коли кількість входів складає більше 8, доцільно

застосовувати узагальнену схему побудови мультиплексорів, яка ґрунтується на

використанні дешифраторів (рисунок 15.6).

а)

б)

Рисунок 15.6 – Функціональна схема дешифратора (а)

та побудованого на його основі мультиплексора 4:1 (б)

Часова діаграма роботи мультиплексора показано на рисунку 15.7.

Рисунок 15.7 – Часова діаграма роботи мультиплексора

Рівняння мультиплексора зі входом дозволу Е (від англ. Enable) матиме

наступний вигляд

Q  A1 A0 D0 E  A1 A0 D1 E  A1 A0 D2 E  A1 A0 D3 E .

Реалізація логічних функцій на базі мультиплексорів. Окрім виконання

комутаційних функцій, мультиплексори дозволяють реалізовувати комбінаційні

пристрої на m входів і один вихід. Якщо комбінаційний пристрій, побудований на

базі мультиплексора, не вимагає підключення додаткових елементів логіки, то

мультиплексор виступає універсальним логічним модулем (УЛМ). Для отримання

УЛМ адресні входи мультиплексора представляють як входи аргументів логічної

6


функції, а інформаційні – як входи налаштовування (так, мультиплексор 8:1

можна використати як УЛМ з трьома входами аргументів логічної функції (A, B,

C) і вісьмома входами налаштовування D0…D7). На рисунку 15.8 наведено схему

УЛМ, який реалізує логічну функцію y   0,2,4,5,7 , правильність чого

підтверджує пристрій Logic Converter після натискання кнопки

.

а)

б)

Рисунок 15.8 – Схема логічної функції, реалізованої за допомогою

мультиплексора (а) та таблиця його істинності (б)

Як показує рисунок 15.8, побудова комбінаційного пристрою на базі

мультиплексора зводиться до об’єднання входів налаштування так, щоб

утворилися дві групи: на одну групу входів, відповідно до заданої функції,

подають сигнал лог. 0, а на іншу – лог. 1. На базі мультиплексорів також можливо

синтезувати комбінаційні пристрої, які реалізують логічні функції більшої

кількості змінних, ніж кількість адресних входів мультиплексора. У цьому

випадку частина змінних логічної функції подається безпосередньо на

інформаційні входи мультиплексора.

Демультиплексор – комбінаційна схема, яка комутує сигнал з одного

інформаційного входу на один з декількох виходів в залежності від стану

адресних входів. При n адресних входах демультиплексор може мати 2n виходів

(рисунок 15.5).

Рисунок 15.5. Графічне позначення демультиплексора

7


Приклад 2

Синтезувати демультиплексор 1:4 з інверсним входом дозволу E. Схему

реалізувати у базисі І, АБО, НЕ.

Розв’язання

Робота демультиплексора 1:4 з інверсним входом E описується таблицею

істинності 15.2.

Таблиця 15.2 – Таблиця істинності демультиплексора 1:4

Входи

Виходи

А1 А0 E Q0 Q1 Q2 Q3

0 0 0 D 0 0 0

0 1 0 0 D 0 0

1 0 0 0 0 D 0

1 1 0 0 0 0 D

0 0 1 0 0 0 0

0 1 1 0 0 0 0

1 0 1 0 0 0 0

1 1 1 0 0 0 0

За наведеною таблицею будуються рівняння для кожного з виходів

Q0  A1 A0 D E ; Q1  A1 A0 D E ; Q2  A1 A0 D E ; Q3  A1 A0 D E .

Рисунок 15.6 – Функціональна схема демультиплексора 1:4

8


Результати моделювання

представлено на рисунку 15.7.

роботи

спроектованого

демультиплексора

Рисунок 15.7 – Часова діаграма роботи демультиплексора

Завдання до лабораторної роботи

Завдання 1. Синтезувати мультиплексор із заданою кількістю входів у

відповідному базисі логічних функцій, побудувати часові діаграми роботи. Вхід

дозволу обрати згідно з таблицею варіантів.

Завдання

№ варіанту

Розрядність

Логічний

мультиплексора

базис

1

4:1

І, АБО, НЕ

2

5:1

І-НЕ

3

6:1

АБО-НЕ

4

3:1

АБО-НЕ

5

5:1

І-НЕ

6

6:1

І, АБО, НЕ

7

4:1

І-НЕ

8

3:1

І, АБО, НЕ

9

5:1

І-НЕ

10

4:1

АБО-НЕ

11

4:1

АБО-НЕ

12

5:1

І-НЕ

13

6:1

І, АБО, НЕ

14

3:1

І-НЕ

15

5:1

І, АБО, НЕ

16

6:1

І-НЕ

17

4:1

АБО-НЕ

18

3:1

АБО-НЕ

19

5:1

І-НЕ

9

Вхід дозволу

Е

прямий

інверсний

інверсний

прямий

інверсний

інверсний

прямий

прямий

інверсний

інверсний

прямий

інверсний

інверсний

прямий

прямий

інверсний

інверсний

прямий

інверсний


Завдання

№ варіанту

Розрядність

Логічний

мультиплексора

базис

20

6:1

І, АБО, НЕ

21

4:1

І-НЕ

22

5:1

І, АБО, НЕ

23

6:1

І-НЕ

24

3:1

АБО-НЕ

25

5:1

АБО-НЕ

26

6:1

І-НЕ

27

4:1

І, АБО, НЕ

28

3:1

І-НЕ

29

5:1

АБО-НЕ

30

3:1

І-НЕ

Вхід дозволу

Е

інверсний

прямий

прямий

інверсний

інверсний

прямий

інверсний

інверсний

прямий

прямий

інверсний

Завдання 2. Використовуючи мультиплексор 16:1 (мікросхему 74154 із

бібліотеки компонентів EWB), розробити схему для реалізації логічної функції

відповідно до варіанту.

№ варіанту

Завдання

№ варіанту

Завдання

1

y   0,5,8,9,10,15

16

y   0,1,2,11,13,15

2

y   0,1,4,5,6,8,14

17

y   5,6,10,14,15

3

y   4,5,7,9,11,15

18

y   0,5,7,13,14,15

4

y   2,3,4,5,9,11,13

19

y   0,4,9,11,15

5

y   0,1,2,8,10,11,15

20

y   9,12,13,14,15

6

y   5,6,7,8,10,14,15

21

y   1,2,5,7,12,13

7

y   0,5,7,13,14,15

22

y   0,3,10,11,13,15

8

y   0,2,9,11,15

23

y   1,3,5,7,9,11

9

y   10,12,13,14,15

24

y   1,4,5,8,10,13

10

y   1,2,5,7,12,13

25

y   3,9,11,12,14

11

y   0,3,10,11,13,15

26

y   1,3,6,7,8,13,15

12

y   1,3,5,7,9,11

27

y   0,5,8,9,10,15

10


№ варіанту

Завдання

№ варіанту

Завдання

13

y   1,4,6,8,10,13

28

y   0,1,4,5,6,8,14

14

y   3,9,11,12,14

29

y   4,5,9,11,15

15

y   0,3,6,7,8,13,14,15

30

y   2,3,4,9,11,13

Завдання 3. Синтезувати демультиплексор із заданою кількістю виходів у

відповідному базисі логічних функцій, побудувати часові діаграми.. Вхід дозволу

обрати згідно з таблицею варіантів.,

Завдання

№ варіанту

Розрядність

Логічний

демультиплексора

базис

1

1:7

АБО-НЕ

2

1:5

АБО-НЕ

3

1:6

І-НЕ

4

1:4

І, АБО, НЕ

5

1:7

І-НЕ

6

1:5

І, АБО, НЕ

7

1:4

І-НЕ

8

1:4

АБО-НЕ

9

1:5

АБО-НЕ

10

1:6

І-НЕ

11

1:8

І, АБО, НЕ

12

1:5

І-НЕ

13

1:6

І, АБО, НЕ

14

1:4

І-НЕ

15

1:8

АБО-НЕ

16

1:8

АБО-НЕ

17

1:6

І-НЕ

18

1:4

І, АБО, НЕ

19

1:5

І-НЕ

20

1:6

І, АБО, НЕ

21

1:7

І-НЕ

22

1:5

АБО-НЕ

23

1:6

АБО-НЕ

24

1:4

І-НЕ

11

Вхід дозволу

Е

інверсний

інверсний

прямий

інверсний

інверсний

прямий

прямий

інверсний

інверсний

прямий

інверсний

інверсний

прямий

прямий

інверсний

інверсний

прямий

інверсний

інверсний

прямий

прямий

інверсний

інверсний

прямий


Завдання

№ варіанту

Розрядність

Логічний

демультиплексора

базис

25

1:7

І, АБО, НЕ

26

1:5

І-НЕ

27

1:8

АБО-НЕ

28

1:4

І-НЕ

29

1:8

І, АБО, НЕ

30

1:5

І-НЕ

Вхід дозволу

Е

інверсний

інверсний

прямий

прямий

інверсний

прямий

Завдання для самостійної роботи

З використанням довідників зробити огляд мікросхем вітчизняного та

зарубіжного виробництва відповідно до варіанту: навести таблицю істинності,

схему розміщення виводів мікросхеми, призначення всіх виводів та короткий

опис роботи мікросхеми.

№ варіанту

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

1.

2.

3.

4.

Мікросхеми

№ варіанту

К155КП1

54153FM

16

К155КП2

54ALS151EA

17

К155КП7

54F151AB2A

18

К555КП11

54F151AF

19

К555КП12

54F153D

20

К555КП13

54F153F

21

К555КП14

54LS151J

22

К555КП15

74150PC

23

К555КП16

74151J

24

К555КП17

74153J

25

К555КП18

74157PC

26

К555КП19

74F151AP

27

К555КП2

74F151DC

28

К555КП7

74LS215N

29

КР1531КП14 74S151DC

30

Мікросхеми

КР1531КП18 74S153DC

КР1531КП7 CDB4151E

КР1533КП11 DL253D

КР1533КП12 DM54151J

КР1533КП13 DM74153N

КР1533КП14 DM74AS253N

КР1533КП15 DM74S151J

КР1533КП16 HD74LS153P

КР1533КП17 HD74S153

КР1533КП18 M74AS151

КР1533КП19 MB74151

КР1533КП2 MC74153W

КР531КП12 MC54F153J

КР531КП14 N73F153N

КР531КП15 SN54153J

Контрольні питання

Дайте визначення мультиплексора.

Дайте визначення демультиплексора.

Які назви і призначення мають входи мультиплексора?

Як мультиплексор і демультиплексор позначаються на схемах?

12


5. Яка максимальна кількість інформаційних входів у мультиплексора з

трьома адресними входами?

6. Яким чином реалізуються функції алгебри логіки на основі

мультиплексорів?

7. Як забезпечується нарощування мультиплексорів?

13



 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20529. Измерение мощности и энергии 44 KB
  [Вт] [Вт] 100 Вт = 1 гектоватт [гВт] 1000 Вт = 1 киловатт [кВт] 1000000 Вт = 1 мегаватт [МВт] Электрическая мощность измеряется ваттметром Электрическая энергия измеряется счетчиком электрической энергии.1 № опыта Данные наблюдений Результаты вычислений U I tc P Wэнер R Pобщ 1 220 07 600 154 924 гВт 3143 704 2 220 11 3600 242 8712 гВт 1222 3 220 14 4900 308 15092 гВт 714 Р=UI=22007 = 154; W1=154600=92400=924 гВт P2=UI2=2201.1 = 242; W2=2423600=871200=8712 гВт P3=UI3=2201.4 =...
20530. Определение удельного сопротивления материалов 56 KB
  Цель работы: Опытным путем определить удельное сопротивление проводниковых материалов. Теоретическое основание: Сопротивление проводника характеризует его способность препятствовать прохождения тока. Для того чтобы при расчетах учесть способность разных проводников проводить ток вводится понятие удельное сопротивление. Удельное сопротивление – это сопротивление проводника длиной 1м и поперечное сечение 1 мм2 Сопротивление проводника зависит не только от материала из которого он изготовлен оно зависит и от его размеров длины и поперечного...
20531. Создание и редактирование простейших таблиц в EXEL 91.5 KB
  Интервал или блок ячеек задается адресами левой верхней и правой нижней ячеек разделенных двоеточием например А1:C4; B1:B10. Для выделения блока ячеек можно использовать мышь перемещать при нажатой левой кнопке или клавиши управления курсором при нажатой клавише Shift. Для удобства представления данных в EXСEL применяются различные форматы ячеек числовой денежный научный процент дата и др. Присвоить формат ячейке или блоку ячеек предварительно выделив их можно с помощью команды Ячейки меню Формат или нажав правую кнопку мыши и...
20532. Создание и редактирование различных видов диаграмм в Excel 74 KB
  Диаграмма – это графическое представление числовых данных. Ряды данных – это наборы значений которые требуется изобразить на диаграмме. Например при построении диаграммы дохода компании за последнее десятилетие рядом данных является набор значений дохода за каждый год. Математический аналог рядов данных это значения функции Y.
20533. Встроенные функции EXCEL. Статистический анализ 101 KB
  Встроенные функции EXCEL. Простейший способ получения полной информации о любой из них заключается в переходе на вкладку Поиск из меню после чего необходимо напечатать имя нужной функции и нажать кнопку Показать. Для удобства функции в EXCEL разбиты по категориям матаматические финансовые статистические и т. Зная к какой категории относится функция справку о ней можно получить следующим образом: Щелкните на закладке Содержание в верхней части окна а затем последовательно пункты Создание формул и проверка книг Функции листа.
20534. Создание, дополнение и чтение файла данных 80 KB
  Создать файл данных со следующей структурой: шифр товара наименование план выпуска на каждый квартал фактический выпуск в каждом квартале. выпуск Факт. выпуск План. выпуск Факт.
20535. Обработка файла данных 23.5 KB
  Данные по машинам автобазы: номер марка план перевозок факт. Макет исходных данных номер марка план факт о 367 нр ГАЗ 105 100 л 577 ор ЗИЛ 185 185 н 705 ар КамАЗ 220 220 в 368 еу ЛИАЗ 343 340 а 859 ср МАЗ 368 368 у 364 ар УАЗ 373 373 м 290 ао КамАЗ 288 287 н 390 ал ГАЗ 100 99 Алгоритм программы Программа по разработанному алгоритму Командный файл Обработка файла данных CLEAR {Очистка экрана} SET TALK OFF {Команда запрета выполнения отдельных команд} USE Imfd...
20536. Изучение принципов микропрограммного управления 23 KB
  Владимир 2000 Цель работы: Изучение принципов построения микропрограммного устройства управления. Развитие методов параллельной обработки данных и параллельного программирования показало что сложные алгоритмы могут быть эффективно реализованы при микропрограммном управлении что обусловило применение принципов микропрограммного управления в ЭВМ высокой производительности. Микропрограммный принцип управления обеспечивает реализацию одной машинной команды путем выполнения микрокоманд записанных в постоянной памяти.
20537. КЭШ память с прямым распределением 32 KB
  Владимир 2000 Цель работы: Изучение принципа построения кэшпамяти с пря мым распределением. Введение Кэшпамять это быстродействующая память расположенная между центральным процессором и основной памятью. В больших универсальных ЭВМ основная память которых имеет емкость порядка 3264 Мбайт обычно используется кэшпамять емкость 64256 Кбайт т.