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

58 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



Данной работой Вы можете всегда поделиться с другими людьми, они вам буду только благодарны!!!
Кнопки "поделиться работой":

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

49303. MathML как средство разметки 86.64 KB
  MathML реализует две точки зрения на математическую разметку. Один из ее видов - это разметка представления (Presentation Markup), которая описывает визуальную форму представления математической формулы. Второй - разметка содержания (Content Markup), выражающая семантическое содержание.
49304. Обзорный диспетчерский радиолокатор 60.03 KB
  Построение зоны обзора РЛС в вертикальной плоскости без учета влияния земной поверхности. Построение зоны обзора РЛС в вертикальной плоскости с учетом влияния земной поверхности . Построение зоны РЛС в горизонтальной плоскости с учетом углов закрытия . Условные обозначения Pu – импульсная мощность РЛС; – длительность импульса; G – коэффициент усиления антенны; λ – длина волны; ϭц – эффективная поверхность рассеивания ЭПР цепи; rэ – радиус экрана индикатора; Pn.
49308. Усилительное устройство 969.96 KB
  Усилительное устройство - устройство, усиливающее мощность сигнала. С точки зрения схемотехнического построения усилители бывают транзисторные и на базе интегральных микросхем (ИМС). Преимуществами усилителей на базе ИМС являются: меньшие размеры, меньшее потребление и более высокое качество.
49309. Решение математических задач с помощью циклов в среде Delphi 405.18 KB
  Найти количество тех элементов, значения которых нечетны и по модулю превосходят заданное число А. Найти номер последней пары соседних элементов, сумма которых больше заданного числа. Данный проект решено реализовать в среде программирования Borland Delphi.
49310. ДИСКРЕТНАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ И ЦИФРОВАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ 1.32 MB
  Тема работы: Дискретная обработка сигналов и цифровая фильтрация 2. Дискретная обработка сигналов и цифровая фильтрация: Методические указания по выполнению курсовой работы. Цифровая фильтрация.
49311. Исследование повышения продаж продукта в гостинице яхонт 110 KB
  Бурное развитие сферы услуг и туризма в россии в последнее десятилетие способствовало формированию системы продвижения сервисных и туристских услуг и, в частности, созданию рекламного рынка. В рыночных условиях предприятия сервиса должны качественно удовлетворять