2 Практическая работа № 2. Реализация логических функций на мультиплексорах

2.1 Цель работы

• Изучить принцип работы мультиплексора.

• Освоить навыки построения функциональных схем на мультиплексорах с заданным количеством входов.

2.2 Общие сведения

Устройство, которое осуществляет выборку одного из нескольких входов и подключает его к своему выходу по действием управляющего (адресного) кода, называется мультиплексором. Мультиплексор имеет информационные входы (Х0, Х1…. Хn), адресные входы (A0, A1…Am), вход для подачи разрешающего сигнала Е и один выход F. Вход стробирования Е позволяет избежать появления на выходах ложных сигналов при чередующихся на входе наборах, кодовое расстояние между которыми больше единицы. Символически мультиплексор можно представить многоканальным коммутатором, имеющим одностороннюю передачу данных (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Символическое изображение мультиплексора (а), реализация мультиплексора на элементах И-НЕ (б)

Адресующий код А задает переключателю определенное положение, соединяя с выходом F один из информационных входов Х. При нулевом адресующем коде переключатель занимает верхнее положение Х0, с увеличением кода на единицу переходит в соседнее положение Х1 и т. д. Работа мультиплексора описывается соотношением:

которое иногда называется мультиплексной формулой. При любом значении адресующего кода все слагаемые, кроме одного, равны нулю. Ненулевое слагаемое равно Xi, где i — значение текущего адресного кода. На рис. 2.1, б показан мультиплексор с четырьмя информационными входами, двумя адресными входами и входом разрешения работы. При отсутствии разрешения работы (Е = 0) выход F становится нулевым независимо от информационных и адресных сигналов.

Д ля обозначения коммутационных возможностей мультиплексора пользуются условной записью (n 1), где n – это число информационных входов. В зависимости от соотношения числа информационных входов n и числа адресных входов m мультиплексоры делятся на полные и неполные. Если выполняется условие, что n=2^m , то мультиплексор полный, в противном случае – неполный. Наибольшее распространение получили мультиплексоры:

( 2 1) n=2 m=1;

(4 1) n=4 m=2;

( 8 1) n=8 m=3;

( 16 1) n=16 m=4.

Для неполных мультиплексоров число входов может быть любым, но не больше, чем n=2^m. Выходы мультиплексора называют разрядами. Например, 4-канальный 2-разрядный мультиплексор имеет 2 выхода, на каждый из которых может передаваться один из 4-х входных сигналов.

Некоторые мультиплексоры могут иметь выход с тремя состояниями: 0; 1; третье состояние - отключенный выход (выходное сопротивление равно бесконечности), обозначается ОЕ.

Наращивание размерности. Наращивание размерности мультиплексоров возможно с помощью пирамидальной структуры из нескольких мультиплексоров. При этом первый ярус схемы представляет собою столбец, содержащий столько мультиплексоров, сколько необходимо для получения нужного числа информационных входов. Все мультиплексоры столбца адресуются одним и тем же кодом, составленным из соответствующего числа младших разрядов общего адресного кода (если число информационных входов схемы равно 2ⁿ, то общее число адресных разрядов равно n, младшее поле n1 адресного кода используется для адресации мультиплексоров первого яруса). Старшие разряды адресного кода, число которых равно n – n1, используются во втором ярусе, мультиплексор которого обеспечивает поочередную работу мультиплексоров первого яруса на общий выходной канал. Пирамидальная схема, выполняющая функции мультиплексора «32-1» и построенная на мультиплексорах меньшей размерности, показана на рисунке 2.2.

Рисунок 2.1- Схема наращивания мультиплексоров

Мультиплексоры могут использоваться в качестве многофункциональных элементов для реализации различных логических функций.