Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
онспект лекції
МУЛЬТИПЛЕКСОРИ І ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРИ
Мультиплексори
Цифровий мультиплексор або селектор даних – комбінаційна логічна схема, яка являє собою керований перемикач, який приймає декілька інформаційних сигналів, вибирає один із них і передає його на вихід (рис. 1).
Рис. 1. Функціональна схема мультиплексора
Номер під’єднаного входу дорівнює числу (адресі), яке визначається комбінацією логічних значень на входах керування. Крім інформаційних входів і входів керування, схема мультиплексора містить вхід дозволу, при подачі на який активного рівня, мультиплексор переходить в пасивний стан, при якому сигнал на виході зберігає постійне значення незалежно від значення інформаційних і керуючих сигналів. Число інформаційних входів у мультиплексора, як правило, є 2, 4, 8 або 16. Якщо, наприклад, у мультиплексора 16 входів і до кожного із них під’єднано 16 джерел числових сигналів – генераторів послідовних цифрових слів, то байти із будь-якого із них можна передавати на єдиний вихід. Для вибору будь-якого із 16 каналів необхідно мати 4 входи вибору (24=16), на які подається двійкова адреса каналу. Так, для передачі даних з каналу номер 10 на входи вибору необхідно подати код 1010.
Мультиплексори застосовуються, наприклад, у мікропроцесорах для видачі на одні і ті ж виводи адреси і даних, що дає можливість істотно скоротити загальну кількість виводів мікросхеми; у мікропроцесорних системах керування мультиплексори встановлюються на віддалених об’єктах для можливості передачі інформації по одній лінії від декількох встановлених на них датчиків.
Базовий мультиплексор з двома входами даних
Розглянемо мультиплексор з двома входами даних І0 і І1 та входом вибору А. Логічне значення, подане на вхід А, визначає, який із елементів І (кон’юнкторів) буде пропускати на свій вхід дані, які через елемент АБО поступають на вихід D.
Нехай І0, І1 – пара інформаційних входів; А – вхід адреси; D – вихід. Тоді можемо записати таблицю істинності (табл. 1).
Користуючись булевою алгеброю можна записати наступний вираз для виходу сигналу
. (1)
При А=0 вираз набуває значення – працює нульовий елемент І, тобто сигнал на виході D буде ідентичний сигналу зі входу І0. Якщо ж А=1, то вираз набуває значення – працює перший елемент І, тобто сигнал на виході D буде ідентичний сигналу зі входу І1.
На рис. 3 наведено схему-модель двоканального мультиплексора, реалізованого в пакеті MAX+plus II.
Рис. 2. Мультиплексор з двома входами даних
Мультиплексор з чотирма входами даних
Умовне графічне позначення мультиплексорів показане на рис. 3.
а) б)
Рис. 3. Умовне позначення мультиплексорів:
а) на функціональних схемах; б) – на принципових схемах
Логіка роботи чотиривходового мультиплексора наведена в табл. 2, де – адресний код; – виходи внутрішнього дешифратора; – вхідна інформація; – загальний інформаційний вихід.
На основі табл. 2 вираз для вихідної функції можна подати з використанням виходів внутрішнього дешифратора у вигляді
, (2)
або з мінтермами адресного коду
. (3)
Схеми мультиплексорів, які відповідають рівнянням (2), (3) показані на рис. 4, 5.
Рис. 5
Рис. 6
На рис. 7 наведено схему і символ внутрішнього дешифратора
Рис. 7
Побудова мультиплексорів з використання мови AHDL
Нижче наведено текстовий файл mux_4_1_t, який реалізовує мультиплексор з використанням внутрішнього дешифратора. Результат моделювання даного дешифратора наведено на рис. 8.
SUBDESIGN mux_4_1_t
(
A[1..0], I[3..0]: INPUT ;
D: OUTPUT;
)
VARIABLE
F[3..0]:NODE;
BEGIN
TABLE
A[]=>F[];
B"00"=>B"0001";
B"01"=>B"0010";
B"10"=>B"0100";
B"11"=>B"1000";
END TABLE;
D=F0&I0#F1&I1#F2&I2#F3&I3;
END;
Рис. 8
Нижче наведений текстовий файл mux_4_1_tm, який реалізовує мультиплексор з використанням адресних мінтермів. Результат моделювання даного мультиплексора наведено на рис. 9.
SUBDESIGN mux_4_1_tm
(
A[1..0], I[3..0]: INPUT ;
D: OUTPUT;
)
BEGIN
D=!A1&!A0&I0#!A1&A0&I1#A1&!A0&I2#A1&A0&I3;
END;
Рис. 9
Текстовий файл mux_8_1_tm реалізовує мультиплексор у шинному виконанні. Реалізація даного мультиплексора з використанням символу та результат його моделювання наведено на рис. 10.
SUBDESIGN mux_8_1_tm
(
A[2..0], I[7..0]: INPUT ;
D: OUTPUT;
)
BEGIN
D=!A2&!A1&!A0&I0#!A2&!A1&A0&I1#!A2&A1&!A0&I2#!A2&A1&A0&I3#
A2&!A1&!A0&I4#A2&!A1&A0&I5#A2&A1&!A0&I6#A2&A1&A0&I7;
END;
Рис. 10
Текстовий файл mux_8_1 реалізовує мультиплексор у провідниковому виконанні. Реалізація даного мультиплексора з використанням символу та результат його моделювання наведено на рис. 11.
SUBDESIGN mux_8_1
(
A2,A1,A0, I7,I6,I5,I4,I3,I2,I1,I0: INPUT ;
D: OUTPUT;
)
BEGIN
D=!A2&!A1&!A0&I0#!A2&!A1&A0&I1#!A2&A1&!A0&I2#!A2&A1&A0&I3#
A2&!A1&!A0&I4#A2&!A1&A0&I5#A2&A1&!A0&I6#A2&A1&A0&I7;
END;
Рис. 11
Текстовий файл mux_8_1_en реалізовує мультиплексор з входом дозволу роботи En. Результат моделювання даного мультиплексора наведено на рис. 12.
При на виході мультиплексора буде формуватися сигнал логічного нуля незалежно від стану інших виходів.
Якщо , то сигнал на виході мультиплексора адресним кодом Adr[] і рівнем сигналу на відповідному інформаційному вході.
SUBDESIGN mux_8_1_en
(
Inf[7..0], Adr[2..0], En: INPUT;
D: OUTPUT;
)
BEGIN
IF En THEN
CASE Adr[] IS
WHEN 0 => D=Inf[0];
WHEN 1 => D=Inf[1];
WHEN 2 => D=Inf[2];
WHEN 3 => D=Inf[3];
WHEN 4 => D=Inf[4];
WHEN 5 => D=Inf[5];
WHEN 6 => D=Inf[6];
WHEN 7 => D=Inf[7];
END CASE;
END IF;
END;
Рис. 12
Нижче наведений файл є прикладом параметризованого опису шинного мультиплексора з одноадресним входом, до інформаційних входів якого підключені дві N-розрядні шини Ain[N..1] і Bin[N..1]. Результат моделювання даного мультиплексора наведено на рис. 13.
PARAMETERS (N=8);
ASSERT (N != 1)
REPORT "Value of parameter N = %" N
SEVERITY INFO;
ASSERT (N > 0)
REPORT "Value of parameter N must be greate then %" N
SEVERITY ERROR;
SUBDESIGN mux_par_bus
(
Ain[N..1], Bin[N..1], Adr: INPUT;
D[N..1]: OUTPUT;
)
BEGIN
IF Adr
THEN D[]=Ain[];
ELSE D[]=Bin[];
END IF;
END;
Рис. 13
Оператор ASSERT використовується для перевірки параметра N. Так, якщо, наприклад, за допомогою команди Global Project Parameters з меню Assing параметру N присвоїти значення одиниці, то при компіляції модуля буде сформоване наступне повідомлення (рис. 14). “Рівень строгості” даного повідомлення INFO.
Рис. 14
Якщо ж параметру N присвоїти нульове значення, то при компіляції модуля буде сформоване повідомлення, показане на (рис. 15). “Рівень строгості” даного повідомлення ERROR.
Рис. 15
Демультиплексори
Демультиплексором називається функціональний вузол комп’ютера, який призначено для комутації (перемикання ) сигналу з одного інформаційного входу на один з інформаційних виходів. Номер виходу, на який в кожний такт машинного часу передається значення вхідного сигналу, визначається адресним кодом . Адресні входи та інформаційні виходи пов’язані співвідношенням або .
Демультиплексор виконує функцію, обернену функції мультиплексора.
В умовних графічних позначеннях функція демультиплексора позначається буквами . Крім цього часто використовують позначення . На рис. 16 наведено умовні графічні позначення демультиплексорів: а) – на функціональних схемах; б) – на принципових схемах.
Рис. 16. умовні графічні позначення демультиплексорів:
а) – на функціональних схемах; б) – на принципових схемах.
Демультиплексори використовуються для наступних операцій:
Логіка роботи двоадресного мультиплексорам на мові мікрооперацій на ведена в табл. 3, де – адресний код; – виходи внутрішнього дешифратора адреси; – вихідна інформація; – загальний інформаційний вхід.
За даними табл. 3 записуємо систему рівнянь для інформаційних виходів:
. (4)
На основі рівнянь (4) з використанням пакету MAX+PLUS побудовані схеми демультиплексорів із внутрішнім дешифратором (рис. 16) та з поєднанням адресних вхідних змінних на тривходових елементах (рис. 18). Результати моделювання даних демультиплексорів наведено, відповідно, на рис. 17 і рис. 19.
Рис. 16
Рис. 17
Рис. 18
Рис. 19
Побудова демультиплексорів з використання мови AHDL
Нижче наведено текстовий файл DMX_1_4_T, який реалізовує демультиплексор з використанням внутрішнього дешифратора. Результат моделювання даного дешифратора наведено на рис. 20.
SUBDESIGN DMX_1_4_T
(
D, A[1..0] : INPUT;
I[3..0] : OUTPUT;
)
VARIABLE
F[3..0]:NODE;
BEGIN
TABLE
A[]=>F[];
B"00"=>B"0001";
B"01"=>B"0010";
B"10"=>B"0100";
B"11"=>B"1000";
END TABLE;
FOR k IN 0 TO 3 GENERATE
I[k]=F[k]&D;
END GENERATE;
END;
Рис. 20
Нижче наведений текстовий файл DMX_1_4_T1, який реалізовує демультиплексор з використанням адресних мінтермів. Результат моделювання даного мультиплексора наведено на рис. 21.
SUBDESIGN DMX_1_4_T1
(
D, A[1..0] : INPUT;
I[3..0] : OUTPUT;
)
BEGIN
I0=!A1&!A0&D;
I1=!A1&A0&D;
I2=A1&!A0&D;
I3=A1&A0&D;
END;
Рис. 21
Нижче наведений файл dmx_par_k є прикладом параметризованого опису шинного демультиплексора, що має інформаційний вхід Inf[N..0], трирозрядний одноадресний вхід Adr[2..0], вхід дозволу En і вісім N-розрядних виходів (D[7..0][N..0]). Опис параметризованого шинного мультиплексора виконано з використанням оператора CASE [1].
У наведеному описі використана двовимірна група D[7..0][N..0], у якій параметризований один діапазон зміни індексів (розрядність шини, що комутується). Результат моделювання даного мультиплексора наведено на рис. 22.
PARAMETERS (N=7);
ASSERT (N != 1)
REPORT "Value of parameter N = %" N
SEVERITY INFO;
ASSERT (N > 0)
REPORT "Value of parameter N must be greate then %" N
SEVERITY ERROR;
SUBDESIGN dmx_par_k
(
Inf[N..0], Adr[2..0], En: INPUT;
D[7..0][N..0]: OUTPUT;
)
BEGIN
IF En THEN
CASE Adr[] IS
WHEN 0 => D[0][N..0]=Inf[N..0];
WHEN 1 => D[1][N..0]=Inf[N..0];
WHEN 2 => D[2][N..0]=Inf[N..0];
WHEN 3 => D[3][N..0]=Inf[N..0];
WHEN 4 => D[4][N..0]=Inf[N..0];
WHEN 5 => D[5][N..0]=Inf[N..0];
WHEN 6 => D[6][N..0]=Inf[N..0];
WHEN 7 => D[7][N..0]=Inf[N..0];
END CASE;
END IF;
END;
Рис. 22
У нижче наведеному файлі виконано опис параметризованого шинного мультиплексора з використанням оператора FOR k IN 0 TO 7 GENERATE.
PARAMETERS (N=7);
ASSERT (N != 1)
REPORT "Value of parameter N = %" N
SEVERITY INFO;
ASSERT (N > 0)
REPORT "Value of parameter N must be greate then %" N
SEVERITY ERROR;
SUBDESIGN dmx_par_
(
Inf[N..0], Adr[2..0], En: INPUT;
D[7..0][N..0]: OUTPUT;
)
BEGIN
IF En THEN
FOR k IN 0 TO 7 GENERATE
CASE Adr[] IS
WHEN k => D[k][N..0]=Inf[N..0];
END CASE;
END GENERATE;
END IF;
END;
Рис. 23
Звернемо увагу на те, два описи параметризованого демультиплексора з використанням оператора циклу FOR k IN 0 TO 7 GENERATE (файл dmx_par_k) і оператор CASЕ (файл dmx_par_) дають однаковий результат моделювання. Однак, використання оператора циклу дало можливість код програми.
Застосування мультиплексора
Пристрій для контролю температури, що керує роботою кондиціонера (Cooler) й отоплювача (Header). Джерело сигналу – стандартний двійковий код. Логіка роботи пристрою задається таблицею істинності (табл. 4).
Схема пристрою і результати моделювання наведено на рис. 24.
Рис. 24
PAGE 15
IN-1
I1
I0
Вихід F
Входи
даних
Керуючі входи
MUX
Код на керуючих входах визначає, який із входів комутується на вихід F
Таблиця 1
|
А |
І0 |
І1 |
D |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
I3 I2 I1 I0
Таблиця 2
|
А0 |
А1 |
F0 |
F1 |
F2 |
F3 |
D |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
F0I0 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
F1I1 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
F2I2 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
F3I3 |
D
A0
A1
DMX
DMX
D
A0
1
A1
3
2
0
Таблиця 3
|
А1 |
А0 |
F0 |
F1 |
F2 |
F3 |
I0 |
I1 |
I2 |
I3 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
F0D |
– |
– |
– |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
– |
F1D |
– |
– |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
– |
– |
F2D |
– |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
– |
– |
– |
F3D |
MUX
A1
0
D
I3 I2 I1 I0
I0
2
3
1
1
0
D
MUX
0
I1
I2
I3
A1
A0
Таблиця 4
|
T2 |
T1 |
T0 |
Temperature |
Cooler |
Header |
|
0 |
0 |
0 |
0C |
0 |
1 |
|
0 |
0 |
1 |
10C |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
20C |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
30C |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
40C |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
50C |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
0 |
60C |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
1 |
70C |
1 |
0 |