Лабораторна робота №4

Синтез та дослідження мультиплексорів

Мета роботи: Синтезувати та виконати моделювання схеми мультиплексора. Дослідити його роботу для реалізації заданої функції з використанням пакету програм Micro-Cap.

Теоритичні відомості.

1. Загальна характеристика мультиплексорів.

Мультиплексором називається функціональний вузол комп'ютера, призначе­ний для почергової комутації (перемикання) інформації від одного з п входів на зага­льний вихід. Номер конкретної вхідної лінії, що підключається до виходу в кожний такт машинного часу, визначається адресним кодом А₀, А₁ ... A_m-1. Зв'язок між чис­лом інформаційних n і адресних m входів визначається співвідношенням n=2^m. Та­ким чином, мультиплексор реалізує керовану передачу даних від кількох вхідних лі­ній в одну вихідну.

Умовне графічне позначення мультиплексорів показане на рис. 1. Функція мультиплексорів записується буквами MUX(multiplexor).

Мультиплексори застосовують для таких операцій: комутації як окремих ліній, так і груп ліній (шин); перетворення паралельного коду в послідовний; реалізації логічних функцій; побудови схем порівняння, генераторів кодів. Мультиплексор символічно часто позначають: "n-1".

Рис.1. Умовне позначення мультиплексора:

а – на функціональних схемах;

б – на принципових схемах

Логіка роботи чотиривходового мультиплексора наведена в табл. 1, де A₀, A₁ - адресний код; F₀, F₁, F₂, F₃ - виходи внутрішнього дешифратора; X₀, Х₁, Х₂, Х₃ — вхідна інформація; D — загальний інформаційний вихід.

Таблиця 1

A1	A0	F0	F1	F2	F3	D
0	0	1	0	0	0	F0X0
0	1	0	1	0	0	F1X1
1	0	0	0	1	0	F2X2
1	1	0	0	0	1	F3X3

На основі табл. 1. вираз для вихідної функції D можна представити з використанням виходів F₀-F₃ внутрішнього дешифратора у вигляді:

, (1)

або з мінтермами адресного коду:

. (2)

Схеми мультиплексорів, відповідні рівнянням (1) і (2), показані на рис. 2.

Рис. 2. Схеми мультиплексорів: а — з внутрішнім дешифратором; б — з адресними мінтермами

При побудові схеми мультиплексорів з внутрішнім лінійним дешифратором потрібні логічні елементи з меншим числом входів, проте при цьому збільшується час встановлення вихідного сигналу. При виключенні дешифратора швидкодія підвищується, однак потрібні схеми збігу з більшим числом входів.

2. Каскадування мультиплексорів

В інтегральному виконанні мультиплексори випускають на чотири, вісім або шістнадцять входів. Каскадування дозволяє реалізувати комутацію довільного числа вхідних ліній на базі серійних мікросхем мультиплексорів меншої розрядності.

---

Приклад побудови схеми мультиплексора на 16 входів на основі типових чотиривходових мультиплексорів показаний на рис. 3.

Рис. 3. Каскадування мультиплексорів

Молодші розряди адреси А₁, A₀ підключаються до адресних входів усіх мультиплексорів першого рівня, на виходах яких виробляються такі функції:

де F0-F1 — виходи внутрішніх дешифраторів: - вхідні змінні.

Старші розряди адреси A₃, A₂ подаються на адресні входи мультиплексора другого рівня, на виході якого формується остаточна функція

де внутрішні виходи дешифратора визначаються такими мінтермами:

Нехай, наприклад, значення адреси А₃ А₂ А₁ А₀ = 1011₂ = 11₁₀. При цьому функція молодшої частини адреси приймає значення F₃ = А₁А₀ =1 і на виходах мультиплексорів першого рівня одночасно формуються сигнали . Функція старшої частини адреси забезпечує передачу на вихід значення сигналу , тобто

3. Реалізація логічних функцій мультиплексорами

За допомогою мультиплексорів реалізуються логічні функції з числом змінних m, що дорівнює розрядності адресного коду. Функція, що виконується, має бути представлена в ДДНФ. При цьому змінні поступають на адресні входи, а інформаційні входи використовуються як настроювальні — на них подаються константи нуля і одиниці залежно від функції, яка реалізується.

Вихідна функція триадресного мультиплексора на вісім входів описується рівнянням:

Я кщо потрібно отримати логічну функцію з десятковими еквівалентами мінтермів 1, 3, 5 і 7, то на парні входи Х₀, Х₂, Х₄ і Х₆ необхідно подати константу "0", а на непарні Х₁, Х₃, Х₅ і Х₇ - константу "1". У результаті отримаємо (рис. 4):

За допомогою додаткових логічних перетворень можна реалізувати логічні функції з числом змінних m+1, тобто на одиницю більше розрядності адресного коду мультиплексора.

М

Рис.4. Схема мультиплексора для реалізації логічної функції трьох змінних з десятковими еквівалентами мінтермів 1,3,5, і 7

ожливі й інші схемотехнічні застосування мультиплексорів. Мультиплексор може виконувати функції перетворювача n-розрядного двійкового паралельного коду в послідовний.

Для цього потрібно подати паралельний код на інформаційні входи мультиплексора і потім змінювати код на адреси в необхідній послідовності.

Хід роботи

1. У викладача отримати варіант завдання для виконання роботи.

2. Ознайомитися з принципами побудови та характеристиками мультиплексорів.

3. Синтезувати схему мультиплексора для реалізації заданої функції відповідно до завдання.

4. Створити схему мультиплексора в прикладному програмному пакеті (ППП) Micro-Cap.

4.1 Створити в ППП Micro-Cap файл з новою назвою.

4.2 Розмістити в створеному файлі генератор на чотири виходи. Для цього в текстовому меню вибрати генератор (Component - Digital Primitives – Stimulus Generator - Stim4) та описати його параметри.

4.3 Створити групу ліній для прямих та інверсних значень сигналів генератора. Для отримання інверсних значень сигналів використати інвертори (Component - Digital Primitives – Standart gates – Inverters - Inverter).

---

4.4 Побудувати схему мультиплексора у створеному файлові з використанням логічних елементів І (And) на 5 входів без використання затримки (Component - Digital Primitives - Standart gates - And gates - And 5 ).

4.4 Побудувати додаткову комбінаційну схему для об’єднання виходів логічних елементів І, використовуючи елементи АБО на 9 входів та на 2 входи (Component - Digital Primitives - Standart gates – Or gates – Or 9 та Component - Digital Primitives - Standart gates – Or gates – Or 2).

4.5 Розмістити в створеному файлі додатково генератор на один вихід, який формує сигнал логічної одиниці. Для цього в текстовому меню вибрати генератор (Component - Digital Primitives – Stimulus Generator – Stim1) та описати його параметри. Підключити вихід генератора до п’ятих входів відповідних логічних елементів І.

4.6 Розмістити в створеному файлі ще один генератор на один вихід, який формує сигнал логічного нуля. Для цього в текстовому меню вибрати генератор (Component - Digital Primitives – Stimulus Generator – Stim1) та описати його параметри. Підключити вихід генератора до п’ятих входів відповідних логічних елементів І.

4.7 Присвоїти імена вхідним та вихідній лініям, наприклад, вхідні X1, X2, X3, X4 та вихідна Y1.

5. Виконати моделювання і отримати часові діаграми роботи мультиплексора.

5.1 Перейти до виконання програми моделювання роботи мульти-плексора. Для цього в текстовому меню вибрати опцію Analysis – Transient і визвати таблицю для опису полів часової діаграми.

5.2 Описати вхідні та вихідний сигнали з використанням полів X і Y Expression (вказати точки для побудови часової діаграми, наприклад, описати точки d(X1), d(X2), d(X3), d(X4)) та X і Y Range (вказати часовий діапазон перегляду сигналів).

5.3 Отримати часові діаграми (використати піктограму Run для побудови діаграм).

6. Вказати затримку сигналів для логічних елементів схеми відповідно до завдання. Отримати нові часові діаграми.

7. Порівняти часові діаграми, зробити висновки.

8. Оформити звіт по лабораторній роботі та захистити його у викладача.

Варіанти завдань

1. F = {U (1,2,4,7,14) = 1}. 11. F = {U (1,3,4,7,14) = 1}.

2. F = {U (0,4,7,9,11) = 1}. 12. F = {U (0,3,4,7,13) = 1}.

3. F = {U (1,5,7,8,12) = 1}. 13. F = {U (2,4,7,12,15) = 1}.

4. F = {U (2,5,7,8,14) = 1}. 14. F = {U (0,3,5,9,13) = 1}.

5. F = {U (1,4,7,12,15) = 1}. 15. F = {U (1,2,5,11,14) = 1}.

6. F = {U (1,3,8,12,14) = 1}. 16. F = {U (3,5,6,11,13) = 1}.

7. F = {U (3,7,9,13,15) = 1}. 17. F = {U (3,6,8,11,15) = 1}.

8. F = {U (4,7,9,13,14) = 1}. 18. F = {U (4,6,9,12,13) = 1}.

9. F = {U (2,6,9,11,14) = 1}. 19. F = {U (2,6,7,12,15) = 1}.

10. F = {U (1,6,8,12,15) = 1}. 20. F = {U (1,7,8,11,14) = 1}.

Затримки логічних елементів

Варіанти	Елемент І (нс)	Елемент АБО (нс)	Елемент НІ (нс)
1-5	5	10	5
6-10	10	10	10
11-15	5	15	10
16-20	10	5	5
21-25	15	10	10

Список літератури

1. Башков Е. А. Аппаратное и программное обеспечение зарубежных микро ЭВМ: Учеб. Пособие. – К.: Выща шк., 1990. –207 с.

2. Майоров С. А., Новиков Г. И. Структура электронных вычислительных машин. – Л.: Машиностроение. Ленинград отд-ние, 1979. – 384 с.

3. Смит Б. Э., Джонсон М., Т. Архитектура и программирование микропроцессора Intel 80386 /Пер. с англ. В. Л. Григорьева. – М.: Конкорд, 1992. – 334 с.

---

4. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника. – СПб.: БХВ-Петербург, 2002. - 528 с.

5. Бабич М.П., Жуков І.А. Комп’ютерна схемотехніка. ‘МК-Прес’, Київ, 2004.- 412 с.

Контрольні запитання.

1. Дайте означення мультиплексора.

2. Яке застосування мультиплексорів?

3. На яких логічних елементах будуються мультиплексори?

4. Що дозволяє реалізувати каскадування мультиплексорів?

5. В якій формі повинні бути представлені функції для реалізації на мультиплексорах?

---

Смотрите также файлы

• Шифр-1.doc

• ПерКодів-1.doc

• Sumatori.doc

• Дешиф-1.doc

• Регiстри.doc