Практическое занятие №5 Тема: Логические элементы мультиплексоры, пороговые ячейки.
Цели занятия: обобщение, систематизация, углубление, закрепление полученных знаний по теме Логические элементы мультиплексоры, пороговые ячейки.
Основные умения и навыки, которыми должны овладеть студенты в процессе изучения этой темы:
Уметь синтезировать комбинационные устройства: мультиплексоры, пороговые ячейки;
Вопросы для актуализации опорных знаний:
Что такое мультиплексор?
Для чего может использовать стробирующий сигнал в мультиплексоре (вспомните предыдущие темы)?
Что такое пороговая ячейка
Задания для практического занятия и инструктаж по их выполнению
Записать теоретические сведения в тетрадь.
Разобрать материал электронного учебника по данной теме
Разобрать примеры.
Выполнить письменно практические задания по данной теме в тетради и на ПК.
Теоретические сведения
Мультиплексор – коммутатор цифровых сигналов. Мультиплексор представляет собой комбинационное устройство с m информационными, n управляющими входами и одним выходом (Y). Функционально мультиплексор состоит из m элементов конъюнкции, выходы которых объединены с помощью элемента ИЛИ. На одни входы всех элементов конъюнкции подаются информационные сигналы (D), а другие входы этих элементов соединены с соответствующими выходами дешифратора. На дешифратор подаются управляющие сигналы (Х).
Функциональная схема мультиплексора приведена на следующем рисунке:
Из приведенного рисунка видно, что число входов элементов И может быть равным только двум, однако, во многих случаях возникает необходимость стробирования выходного сигнала мультиплексора импульсами независимого источника. В таких случаях в структуре мультиплексора используются элементы И с тремя входами. Одни из входов всех элементов конъюнкции, в последнем случае, объединяются, и по этой линии подается сигнал разрешения работы мультиплексора (стробирующий или тактирующий импульс).
Из устройства мультиплексора видно, что на его выход будет передаваться сигнал только с одного входа, номер которого совпадает с числом, соответствующим кодовой комбинации Х1 и Х2. Если на управляющие входы Х1, Х2 подана двоичная единица (01), то на выходе мультиплексора будет передаваться сигнал с входа D1. Когда на управляющие входы двоичное число три, то на выход будет передаваться сигнал с входа D3 и т.д.
Мультиплексоры нашли широкое применение в вычислительной технике в качестве коммутаторов цифровых сигналов. Они используются в компьютерах и микропроцессорных контроллерах для коммутации адресных входов оперативных запоминающих устройств, в узлах объединения или разветвления шин и т.д. На базе мультиплексоров можно построить различные комбинационные устройства с минимальным числом дополнительных элементов логики. Следует отметить, что мультиплексоры хотя, и предназначены для коммутации цифровых сигналов, но с помощью мультиплексоров, изготовленных по КМОП технологии, можно коммутировать и аналоговые сигналы.
Пороговая ячейка – это комбинационный элемент, у которого на выходе появляется сигнал при переполнении входного буфера. Например, составим логическую цепь трехвходовой пороговой ячейки, сигнал на выходе (F) которой будет равен 1; когда на ее входы (Х) будут поданы одновременно две и более единиц.
Составим таблицу функционирования пороговой ячейки:
-
X1
X2
X3
F
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
2) Для составления логической функции необходимо составить сумму произведений всех логических переменных, соответствующих тем строкам, где логическая функция F равна 1:
3) После минимизации полученного выражения мы получим:
F
=
Это выражение можно реализовать в базисе И-НЕ.
Исходя из полученного выражения, составим следующую схему:
Задание №1. Выполните конспект теоретического материала, изучаемого на данном занятии.
Задание №2. Самостоятельно начертите схему мультиплексора со стробирующим сигналом.
Задание №3. Синтезируйте схему пороговой ячейки с четырьмя входами, на выходе которой появляется сигнал, если на входы ячейки поданы три или более логические единицы.
Задание №4. Проверить таблицу истинности в программе
Покажите результат работы преподавателю.