Головна

Мультиплексори.

Мультиплексор - комбінаційна логічна схема, що є керованим перемикачем, який підключає до виходу один із інформаційних входів даних. Номер входу, що підключається, дорівнює числу (адресі), яке визначається комбінацією логічних рівнів на входах управління. Окрім інформаційних і керуючих входів, схеми мультиплексорів містять вхід дозволу, при подачі на який активного рівня мультиплексор переходить в активний стан. При подачі на вхід дозволу пасивного рівня мультиплексор перейде в пасивний стан, для якого сигнал на виході зберігає постійне значення, незалежно від значень інформаційних та керуючих сигналів. Число інформаційних входів у мультиплексорів зазвичай 2, 4, 8 або 16. На рис. 3.1 представлено мультиплексор 8x1 з інверсним входом дозволу G, прямим Y та інверсним W- виходами (W = ).

Рисунок 3.1.

3.2. Рівняння мультиплексора.

Функціонування мультиплексора, який показано на рис. 3.1, описується характеристичним рівнянням, що зв'язує сигнал на виході (Y) із дозволяючим (G), вхідними інформаційними (D0...D7) сигналами, та керуючими (А, В, С):

Як видно з рівняння, на мультиплексорі можна реалізувати логічні функції, для чого потрібно визначити, які сигнали та логічні константи слід подавати на входи мультиплексора.

3.3. Реалізація заданої функції за допомогою мультиплексора.

Логічна функція n змінних визначена для 2n комбінацій значень змінних. Це дозволяє реалізувати функцію n змінних на мультиплексорі, що має n керуючих і 2n інформаційних входів. У цьому випадку кожній комбінації значень аргументів відповідає єдиний інформаційний вхід мультиплексора, на який подається значення функції.

Наприклад, потрібно реалізувати логічну функцію . Ця функція визначена лише для 8 комбінацій значень змінних, тому для її реалізації можна використовувати мультиплексор 8x1 із трьома керуючими входами. Складемо таблицю істинності функції:

N с b а F1

Із таблиці бачимо, що для реалізації функції на мультиплексорі необхідно подати на інформаційний вхід мультиплексора з номером N сигнал, значення якого дорівнює відповідному значенню функції F1, тобто на входи з номерами 1, 2, 4, 5 слід подати рівень логічного нуля, а на інші - рівень логічної одиниці. Таким чином, при подачі комбінації логічних рівнів на керуючі входи мультиплексора до його виходу підключиться вхід, значення сигналу на якому дорівнює відповідному значенню функції. Схемна реалізація зображена на рис. 3.2. При реалізації логічних функцій на інформаційні входи можна подавати не лише константи, але й вхідні сигнали, що змінюються. Так, наприклад, покажемо інший спосіб реалізації функції F1, розглянутої вище. Для цього мінімізуємо вираз функції: .

Рисунок 3.2.

Складемо таблицю істинності функції залежно від значень змінних а і b:

N b а F1
с

Задану такою таблицею функцію реалізують, як і у попередньому випадку, подавши на вхід із номером N сигнал, значення якого відповідає значенню функції F1. У даному випадку сигнали cі , що відповідають змінній с, подаються на інформаційні входи, як вказано в таблиці істинності. При цьому скорочується число керуючих входів.

Схемна реалізація такого способу задання функції представлена на рис. 3.3. Оскільки використовуються тільки два адресні входи, керуючий вхід С можна заземлити. При цьому стан інформаційних входів D4...D7 не має значення. Рівень сигналу на виході схеми визначається комбінацією рівнів сигналів у точках А, В, С, відповідних змінним а, b, с. Схема рис. 3.3. по суті є мультиплексор 4x1 із двома керуючими і чотирма інформаційними входами.

Рисунок 3.3.

Якщо функцію можна представити у вигляді добутку одночлена на многочлен, то її також можна реалізувати за допомогою мультиплексора. Як випливає з рівняння мультиплексора, сигнал, що відповідає одночлену, треба подати на вхід дозволу. Наприклад, необхідно реалізувати функцію F2, що описується наступним виразом:

При реалізації цієї функції на мультиплексорі сигнал, відповідний змінній х, слід подати на його дозволяючий вхід. Розглянемо, які сигнали необхідно подати на керуючі входи мультиплексора. Вираз у дужках можна розглядати як деяку функцію f п'яти змінних: а, b, с, d, e, із яких найчастіше використовуються змінні a, b і с. Тому сигнали, відповідні цим змінним, треба подати на керуючі входи мультиплексора.

Визначимо, які сигнали слід подати на інформаційні входи, щоб реалізувати функцію f. Для цього складемо таблицю істинності функції залежно від значень змінних a, b і с.

N с b а f
d
е
d

Із таблиці видно, що на інформаційні входи з номерами N = 0, 2, 4, 6 треба подати рівень логічного нуля. Сигнал, відповідний змінній d, треба подати на входи з номерами N = 1,5, сигнал, відповідний змінній е, - на вхід із номером 3. Відповідна схемна реалізація представлена на рис. 3.4.

Рисунок 3.4.

3.4. Порядок проведення експериментів

Експеримент 1. Дослідження мультиплексора.

а) Відкрийте файл с13_06 із схемою, зображеною на рис. 3.5. Увімкніть схему. За допомогою ключа G встановіть на вході G мультиплексора рівень логічного нуля. По черзі подаючи усі можливі комбінації логічних рівнів за допомогою ключів А, В, С на відповідні входи мультиплексора, для кожної комбінації за допомогою логічних пробників визначіть, перемикання якого із ключів у лівій частині схеми змінює стан виходів мультиплексора.

Рисунок 3.5.

Позначення відповідного входу мультиплексора запишіть у таблицю 3.1 у розділі "Результати експериментів", вказавши при цьому, як передається вхідний сигнал на виходи мультиплексора (безпосередньо або з інверсією). Наприклад, якщо перемикання ключа 4 змінює стан виходів мультиплексора, у таблиці в рядку з відповідною комбінацією рівнів сигналів на входах А, В, С слід записати для виходу Υ - D4, для виходу W - D4.

б) Установіть за допомогою ключа G рівень логічної одиниці на вході G мікросхеми. У розділ "Результати експериментів" запишіть позначення виводів, які при перемиканні ключів у лівій частині схеми не впливають на стан виходів мікросхеми.

Експеримент 2. Дослідження мультиплексора за допомогою генератора слів.

Відкрийте файл с13_07 із схемою, зображеною на рис. 3.6. Увімкніть схему. Подаючи в покроковому режимі слова від генератора слів на входи мультиплексора та спостерігаючи рівні сигналів на виходах Υ і W за допомогою логічних пробників, заповніть таблицю 3.2 у розділі "Результати експериментів".

Рисунок 3.6.

Експеримент 3. Реалізація заданої функції за допомогою мультиплексора.

а) Визначіть значення функції F1 для кожної комбінації значень аргументів і заповніть графу F1РОЗР у розділі "Результати експериментів". Відкрийте файл с13_08 із схемою, зображеною на рис. 3.7. Увімкніть схему. Подайте за допомогою ключів А, В, С усі можливі комбінації логічних сигналів на входи мультиплексора і, визначаючи рівень сигналу на виході Υ логічним пробником F1, заповніть графу F1а) в таблиці 3.3 в розділі "Результати експериментів". Переконайтеся, що функція, яка реалізовується мультиплексором, описується виразом:

Рисунок 3.7.

б) Відкрийте файл с13_09 із схемою, що зображена на рис. 3.8. Увімкніть схему. Подаючи в покроковому режимі слова від генератора слів на входи мультиплексора та спостерігаючи рівень сигналу на виході Υ логічним пробником F1, заповніть графу F1б) в таблиці 3.3 в розділі "Результати експериментів". Переконаєтеся, що сигнал на виході також визначається функцією F1.

Рисунок 3.8.

в) Відкрийте файл с13_10 із схемою, зображеною на рис. 3.9. Послідовно подаючи на входи схеми всі можливі комбінації рівнів логічних сигналів, переконайтеся, що рівень логічної одиниці на виході з'являється тільки у випадках, коли на входах схеми діють комбінації, що описуються шістнадцятирічними еквівалентами 07Н, 09Н, 0СН, 0DH, 0FH, 13H, 17Н, 19Н, 1ВН, 1СН, 1DH, 1FH, при яких функція F2 набуває значення 1.

Рисунок 3.9.

Експеримент 4. Дослідження мультиплексора 74153.

а) Відкрийте файл с13_11 із схемою, зображеною на рис. 3.10. Досліджуйте роботу здвоєного чотирьох канального мультиплексора (мікросхема 74153). Складіть таблицю функціонування схеми для виходів Y1 і Y2. Для цього встановіть ключами 1 і 2 рівень логічного нуля на входах G1 і G2. Потім у покроковому режимі послідовно подайте від генератора всі слова послідовності для кожної комбінації логічних рівнів на входах А і В. Для кожного кроку визначте входи, сигнали з яких проходять на виходи мікросхеми. Позначення входів занесіть в таблицю 3.4 у розділі "Результати експериментів".

Рисунок 3.10.

б) За допомогою ключа 1 установіть рівень логічної одиниці на вході 1G мікросхем. Подаючи на входи мікросхеми слова від генератора, визначіть, який із виходів мікросхеми перестав реагувати на зміну стану входів. Запишіть позначення цього виводу в розділ "Результати експериментів".

в) Повторіть дії пункту б), встановивши на вході 2G рівень логічної одиниці, а на вході 1G - рівень логічного нуля.

Питання.

1. Функцію якого електричного пристрою виконує мультиплексор для логічних сигналів?

2. Яким аналітичним рівнянням описується робота мультиплексора 2x1 із керуючим входом? У рівнянні використовуйте наступні позначення: входи - А, В, вихід - Y дозволяючий вхід G. Які та в якій кількості логічні елементи необхідні для реалізації цього рівняння?

3. Як реалізувати схему мультиплексора 2x1 з керуючим входом на елементах І-НІ?

4. Як можна на основі двох мультиплексорів 2x1 зробити один мультиплексор 4x1? Які додаткові елементи знадобляться для цього?

5. Функції скількох змінних можна реалізувати без додаткових елементів (за виключенням інверторів) на одному мультиплексорі 4x1? На мультиплексорі 8x1? На мультиплексорі 16x1?

6. При якій формі аналітичного подання логічної функції, призначеної для реалізації на мультиплексорі, керуючий вхід G може бути використаний для подачі одного з вхідних сигналів?

7. Якими логічними рівняннями описується робота мікросхеми здвоєного мультиплексора 74153?




  286   287   288   289   290   291   292   293   294   295   296   297   298   299   300   301   Наступна

Мета роботи. | Прилади та елементи. | Дешифратори. | Тригер типу RS |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати