Лабораторная работа №5

Тема: «Ознакомление с мультиплексорами. Синтез схем на логических элементах и библиотечных микросхемах».

Цель работы: Исследование мультиплексоров на логических элементах, исследование микросхем мультиплексоров с помощью ключей и индикаторов.

Приборы и оборудование: персональный компьютер и программа EWB.

Мультиплексор – это управляемый переключатель цифровых сигналов, обеспечивающий передачу одного из многих входных сигналов, чей номер задан двоичным кодом, на единственный выход. Слово «мультиплексор» (англ. Multiplexer, сокращённо - MUX) родственно двум латинским словам: multi – много, multiplication – умножать, multiplex – сложный. Поскольку на входные линии мультиплексора подаются двоичные данные, то его также называют селектором данных. Операция переключения из множества данных на одну носит название мультиплексирование.

Мультиплексоры применяются для выдачи на один и те же выводы МП адреса данных, что позволяет существенно сократить общее количество выводов микросхемы; в микропроцессорных системах управления мультиплексоры устанавливают на удалённых объектах для возможности передачи информации по одной линии от нескольких установленных на них датчиков.

Рассмотрим мультиплексор, имеющий два входа данных D₀ и D₁, одну управляющую линию их адресации A и выход Y. Этот двухвходовый мультиплексор можно назвать 2×1. Состояния подобного мультиплексора описываются следующей таблицей:

A	Y
0	D0
1	D1

Видно, что Y=AD₀+AD₁, а логическая структура, реализующая мультиплексор, должна иметь два элемента И, один инвертор и один элемент ИЛИ. Откуда нетрудно собрать соответствующую схему.

Можно также воспользоваться описанным ранее логическим конвертором программы EWB. Для этого, придётся преобразовать таблицу состояний в более подробную ТИ с учётом всех возможных вариантов комбинаций сигналов, приведя в соответствие обозначения входов с регламентированной в программе EWB. Пусть А – первый адресный вход (для последующих зарезервируем B и С), D - первая линия данных (Соответствует D₀), выбираемая адресом А=0, Е- вторая линия данных, которая соответствует D₁, выбираемая адресом А=1 (для более сложных мультиплексоров зарезервируем обозначения входов данных F и G). Перепишем в этих переменных логическую функцию:Y=AD+AE и введём ее в логический конвертер, нажав клавишу

Таким образом, ТИ мультиплексора 21 пример следующий вид (см. рис.1).

Нажав далее на клавишу , получим соответствующую схему (смотри рис. 2а, где приведён неотредактированный снимок схемы, выведенной на экран).

Отредактировав эту схему и дополнив его источниками сигналов и выходным индикатором, получим виртуальную модель мультиплексора 2 (рис. 2б).

Включим моделирование и задав А=0, видим, что выход повторяет сигнал на D, при А=1 - Y=E.

№	А	D	E	Y
0	0	0	0	0
1	0	0	1	0
2	0	1	0	1
3	0	1	1	1
4	1	0	0	0
5	1	0	1	1
6	1	1	0	0
7	1	1	1	1

Рис.1. Таблица истинности мультиплексора 21.

Рис.2(а, б). Мультиплексор 2×1.

Реализация мультиплексора 2×1 в виде микросхем рассмотрим на примере ТТЛ 74157, которая представляет собой четыре подобных мультиплексора, собранных в одном корпусе. Выбрав эту микросхему в программе WEB из библиотеки, открываемой пиктограммой , соберём на первом мультиплексоре (1А, 1B, 1Y) соответствующую схему (рис.3)

Для преемственности с предыдущей схемой (см. рис. 3) на ключах сохранены прежние буквенные метки. На микросхеме DD1 корпусной вывод 1 является адресным входом, что обозначено на поле УГО микросхемы как А/B. Дополнительный вход G, служит для подачи сигнала Strobe. Стробом называют тактовый импульс. Вход строба является приоритетным управляющим входом разрешения: если на нём установить 1, то на всех выходах будет 0 независимо от состояния других входов.

Рис.3. Мультиплексор 2×1 на МС ТТЛ 74157

Для мультиплексора 4×1 состояние (в обозначениях микросхемы 74153) описывается таблицей

B	A	Y
0	0	C0
0	1	C1
1	0	C2
1	1	C3

и соответственно, уравнением: Y=C₀AB+C₁AB+C₂AB+C₃AB.

Рис.4.Мультиплексор 41 на ЛЭ.

Отсюда, по аналогии с предыдущим, нетрудно построить логическую структуру мультиплексора (см. рис.4). Используя стандартную микросхему ТТЛ74153, содержащую в корпусе два мультиплексора , также можно продемонстрировать его работу (см. рис.5). Так, на рис. 5 на адресных входах набрано в двоичном коде число 3 и сигнал с входного канала 3 (равный 1) попадает на выход - выходной индикатор горит.

Рис.5. Мультиплексор 41 на МС 74153

Порядок выполнения работы.

1. С помощью конвертора составьте таблицу истинности для мультиплексора 21 и синтезируйте схему мультиплексора, откорректируйте ее и проанализируйте ее работу.

2. Соберите мультиплексор 21 на МС 74153 и проверьте работу МС.

3. Соберите мультиплексор 41 на логических элементах и проанализируйте его работу.

4. Соберите мультиплексор 41 на МС 74153 и исследуйте работу МС. Из сопоставления обозначений выводов этой ИМС и её отечественного аналога К155КП2 следует, что их функциональное назначение таково: А, В – адресные входы, 1G, 2G – инверсные входы разрешения первого и второго мультиплексоров, 1С0…1С3 и 2С0…2С3, 1Y и 2Y входы и выходы первого и второго мультиплексоров соответственно.

Контрольные вопросы:

1. Что такое мультиплексор?

2. В каких устройствах цифровой техники он используется?

3. Опишите назначение МС 74153, а также ее выводов.

Содержание отчета.

1. Схема мультиплексора 21 на логических элементах по ГОСТ и ее таблица истинности.

2. Схема мультиплексора на микросхеме 74157.

3. Схема мультиплексора 41 на логических элементах по ГОСТ и ее таблица истинности.

4. Схема мультиплексора на микросхеме 74153.

5. Ответы на контрольные вопросы.