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

75 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

54823. Клуб внимательных пешеходов 60.5 KB
  Сегодня мы проверим насколько хорошо вы знаете правила дорожного движения и умело применяете знания на практике Юные пешеходы Будущие водители Дети и родители Велосипедисты и автомобилисты. Азбуку эту помни всегда чтобы с тобой не случилась беда Везде и всюду правила Их надо знать всегда Свои имеют правила шофер и пешеход Как табличку умножения как урок Помни правила движения назубок Внимание Внимание Вас ожидает состязание На лучшее знание и выполнения Правил дорожного движения Перед нами 2 команды. Послушайте правила игры.
54824. Воспитательный час по ПДД 46 KB
  Денис: Приветствую Вас ребята Здесь в лесу проходит дорога. Вот теперь идите смело Пешеходам путь открыт Проходите разрешаю Не беда что я один Я надежно защищаю От трамваев и машин Денис Ну что ребята запомним сигналы Светофора. Заяц Денис помоги Денис Что случилось Зайчик Заяц Большая беда может произойти Денис Я слушаю рассказывай.
54825. Правила дорожнього руху знай – життя і здоров’я зберігай 49.5 KB
  Мета заходу: закріпити навички учнів з ПДР; навчити їх постійно дотримуватися правил ПДР, аналізувати їх значення, не ризикувати своїм життям і здоров’ям, перебуваючи на дорозі; виховувати почуття відповідальності, свідомого ставлення до реальних подій, дисциплінованості; формувати соціальну і здоров’язберігаючу компетенцію.
54826. МИР У ВСЬОМУ СВІТІ 73 KB
  Preparation: To create props for the assembly, which say: «To Peace in the world» and «People become terrorists because…», and will be displayed on the stage of the Assembly Hall. Pictures about terrorism will be displayed on the screen. Materials needed: Multimedia equipment, notebook, cards with the songs and poems about «To Peace in the world»
54827. Основні складові трудової діяльності дошкільників 50.5 KB
  Сьогодні ми знову зібралися для того щоб поговорити про дуже важливу проблему трудове виховання дітей дошкільного віку. Щоб поліпшити його необхідно переглянути систему знань про працю дорослих членів суспільства які отримують діти змінити ставлення до людей праці і сформувати у дітей працелюбність як одну з базових якостей особистості. Знання стимулюють розвиток моральних почуттів дітей та спонукають їх до діяльності. Залишаючись актуальною протягом всієї історії розвитку людства проблема трудового...
54828. Педагогіка орієнтована на дитину 89.5 KB
  Що мається на увазі під поняттям діти с особливими потребами Це діти які в силу різних причин потребують посиленої уваги педагогів що здійснюють навчання виховання соціальну підтримку цих дітей тобто діти яких природа позбавила можливості на достатньому рівні сприймати світ й відчувати свою належність до нього через хвороби вади чи патологічний стан. Сьогодні ми поділимося досвідом як проходить процес навчання та виховання таких дітей у нашому закладі: якою повинна бути звичайна освіта для особливих дітей. Тому сьогодні на...
54829. Методика преподавания режиссуры театрализованных представлений и праздников на примере темы: «Приемы активизации аудитории» 36 KB
  Учебнохудожественные задачи: познакомить с методами активизации испробовать методы на аудитории и проверить их эффективность.Основная часть: Назначение методов активизации аудитории привлечение внимания формирование интереса создание доверия возбуждение желания призыв к действию. Методы активизации аудитории подсадка.
54830. Эластичность спроса на ресурсы. Факторы эластичности спроса на ресурсы 32.04 KB
  Если у ресурса много хороших заменителей, то эластичность спроса на него будет высокая, поскольку повышение цены заставит производителя резко сократить спрос и использовать альтернативные факторы производства. И наоборот, если у ресурса нет серьезных заменителей...
54831. Видатні педагоги про збереження здоров’я дитини 269.5 KB
  Але для того щоби насолоджуватися скарбами природи людина має бути здоровою сильною та розумною. Павлов Зміцнити здоровя людини в дитинстві не допустити щоб дитина вступила в юність кволою і млявою це означало дати їй усю повноту життєвих радощів В. Особливого значення набуває формування гармонійно розвиненої суспільно активної фізично досконалої здорової особистості.