мультиплексоры ([МиС] Лабораторная №4)

Государственный комитет СССР по народному образованию В.Ф. Жирков

МУЛЬТИПЛЕКСОРЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЦИФРОВЫХ КОДОВ

Методические указания по курсу "Схемотехника ЭВМ"

Под редакцией Ю.М.Смирнова

Издательство МГТУ 1989

ВБК 32.97

Ж66

Жбб Жирков В.Ф. Мультиплексоры и преобразователи цифровых кодов: Метод, указания / Под ред. Ю.М.Смирнова. - М.: Изд-во МГГУ, 1989. - 28 о., ил.

138Ы 5-7038-0218-0

Приведены необходимые теоретические сведения, методики оценки параметров узлов теоретическим и экспериментальным спо­собами, варианты заданий, а также конкретные указания по поряд­ку выполнения каждой работы.лабораторным йёследрваниям предшест­вует самостоятельная проработка студентами теоретической части методических указаний. Результаты работ оформляются в виде от­четов.

Для студентов специальности Вычислительные машины, комп­лексы, системы и сети".

Рецензент Шигин А.В.

ББК 32.97

МГТУ им.И.Э.Баумана, 1989.

133А/ 5-7038-0218-0

Работа * 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕШИФРАТОРОВ

Цель работы: изучение принципов построения и методов син­теза дешифраторов; макетирование и экспериментальное исследо- . вание дешифраторов.

В процессе самостоятельной подготовки к работе необходимо ознакомиться с теоретическими сведениями и подготовить по каж­дому пункту раздела "Задание и порядок выполнения работы" рас­четные и теоретические материалы, выполнить синтез десятичного дешифратора и составить схемы исследуемых дешифраторов. Перед началом работы необходимо предъявить преподавателю рабочие ма­териалы для их проверки и обсуждения. После выполнения работы каждый студент обязан представить преподавателю аккуратно оформ­ленный отчет.

Продолжительность работы -4 ч.

Теоретические сведения

Дешифратором называется комбинационный узел, преобразующий каждый набор двоичных входных сигналов в информационный сигнал на выходе, соответствующем этому набору.

Число выходов дешифратора равно числу разрешенных наборов входных сигналов. В дешифраторе с п входами и К выходами

к*г^п.

Дешифратор, имеющий 2^п выхода, называется полным, при . меньшем числе выходов - неполным.

Наборам двоичных входных сигналов дешифратора можно поста­вить в соответствие п -разрядные двоичные числа. Если выходы дешифратора обозначить буквами ^уО-3*"~Л ^л'~/ = 2^п-1) , .то информационный сигнал появляется на том выходе, у которого зна­чение индекса у" (т.е. номер выхода) равно двоичному числу, об­разованному набором входных Сигналов. Таким образом, дешифратор преобразует поданный на его входы код числа с выдачей информа­ционного сигнала на один из выходов.

В ЭВМ дешифраторы применяются: для преобразования кодов операций в управляющие сигналы, адресов ячеек памяти - в сиг­налы выборки ячеек при записи и считывании информации из них; для переключения каналов в многоканальных коммутаторах электри­ческих сигналов и т.д.

Функционирование дешифратора описывается системой логичес­ких функций:

' 3

<1)

где

• входные переменные (сигналы);

• выходы дешифратора.

основными параметрами дешифраторов являются:

а) число входов и выходов;

б) входные и выходные токи и напряжения лог. О и 1:

в) коэсррициент разветвления по выходу Кр_а, »

г) напряжение помехи статической &_псг ',

д) потребляемая мощность ^/О_пог (или ток 1_пог );

е) время задержки распространения сигнала при включении и
выключении, характеризующее быстродействие дешифратора.

Параметры дешифратора (см. пункты "б", "в", "г") определяв ются аналогичными параметрами логических элементов, на которых они строятся.

Быстродействие и потребляемая мощность зависят как от ис­пользуемой элементной базы, так и от способа построения схемы дешифратора. Существуют три основных способа построения дешиф­раторов: линейный, пирамидальный, ступенчатый. Линейный дешифра­тор строится непосредственно в соответствии с системой функ­ций (I) и состоит из 2 коныонкторов с п входами каждый.

Для п » 3 система функций (I) имеет следующий вид:

(2)

Функционирование дешифратора поясняется табл. I.

Таблица I

Электрическая функциональная схема и условное графическое изображение дешифратора приведены соответственно на рис. I и 2. Назначение 6 -входа будет пояснено далее. В данном дешифрато­ре каждый набор входных сигналов преобразуется в сигнал I на соответствующем выходе. При этом на остальных выходах действу­ют сигналы 0. Такой дешифратор называется дешифратором с пря­мыми выходами.

При построений дешифратора на элементах И - НЕ реализуется система функций:

(3)

Такой дешифратор называется дешифратором с инверсными вы­ходами. Его условное обозначение приведено на рис. 3.

Время задержки распространения сигнала в линейном дешифра­торе равно времени задержки распространения сигнала в цепи пос­ледовательно включенных элемента И (И - НЕ) и инвертора.

П^щашздальный^детиф^атоЕг Строится на основе последова­тельной (каскадной) реализации выходных функций.

; ■ ' ■' , ' .-'■■■ ••. "■ •;■ '. .'.;■■■- . . 5

Рис. 3

Рис. I

На первом этапе реализуются конъюнкции двух переменных:

На втором - все конъюнкции трех переменных путем логического умножения каждой ранее полученной конъюнкции двух переменных

на переменную

6

На •третьем этапе каждую из полученных выше конъюнкций трех переменных умножают на А₃(А₃) и т.д. Таким образом, на каждом следующем этапе получают вдвое больше конъюнкций, чем на предыдущем.

Пирамидальные дешифраторы независимо от числа их входов строятся на основе только двухвходовых конъюнкторов. Величина коэффициента разветвления конъюнкторов по выходу равна двум.

Функциональная схема пирамидального дешифратора для п ■ 3 приведена на рис. 4,

Рис. 4

7

Для построения пирамидального дешифратора на п входов требуется 2(2 ^п -Z) двухвходовых конъюнкторов. Число после­довательно включенных элементов равно ( п. - I). Так как время задержки распространения сигнала в дешифраторе в (п - i ) раз больше времени задержки распространения сигнала в коныонкторе, быстродействие такого дешифратора оказывается низким при/?»!. Поэтому в настоящее время такие дешифраторы находят ограничен­ное применение.

Ступенчатый дешифратор строится на основе двух дешифрато­ров на гп и ( п. - т) входов и 2 двухвходовых конъюнкторов. Если п. - четное, то гп =■ nl2 » при нечетном /? величины т и (/7 -л?) отличаются на единицу:

т **(ri+/)/2, n-m = (n-j)/2.

Электрическая функциональная схема двухступенчатого дешиф­ратора приведена на рис. 5.

Рис. 6
8 •

Г rtPM- » ji-n^lJL-. * "■! ■"■ ■■ п.- -■ i...■— , и — -..A I, ,i, .I., ...и... i —... i i.—..

При большом числе входов п. ступенчатые дешифраторы имеют существенно меньшие аппаратурные затраты, чем линейные и пира­мидальные.

Устранение гонок в дешифраторах. Вследствие переходных про-цессов и временных задержек сигналов в цепях логических элемен­тов могут возникнуть так называемые гонки (состязания), приво­дящие к появлению ложных сигналов на выходах схемы. Основным средством, позволяющим исключить гонки, является стробирование (выделение из информационного сигнала той части, которая сво­бодна от искажений, вызываемых гонками). На рис. 4 показан стро-бирующий вход £ . Стробирующий сигнал на этом входе не должен действовать во время переходных процессов в дешифраторе. Функци­онирование дешифратора со стробированием определяется системой логических функций:

Дешифраторы различных серий интегральных микросхем (ШС), как правило, имеет несколько входов стробирования; сигналы на этик входах внутри схемы объединены логической функцией. Например, в ШС К155ИД4 два входа объединены конъюнктивно:

Стробирующий вход используется также для наращивания де­шифратора» На рис. 6 приведена схема ступенчатого дешифратора с двумя £-входами. При этом один стробирующий вход использу­ется для наращивания дешифратора, а второй - для стробирования выходной ступени. При увеличении числа входов на единияу получим схему, показанную на рис. 7₄

ИЫС К155ЦД4 - сдвоенный дешифратор с общими адресными вхо­дами А_о , А_у . Первый дешифратор имеет прямой £_у и идаерсныП £g стробирующие входы, второй - два инверсных входа £₃ ъ £ ,

■•■ ■' ■ ■-■ ■■ ■■ ' '.'■-.■ '': ■■'". •■ ■■' 9

при наращивании дешифратора объединенное входы £_у и £₃ явля­
ются адресным входом A_s , а объединенные етробирующие входы
£_р и £^ - входом опробирования (рис, 8).

Рис. 6 Рис, 8

%™^£ат^2-дем^льтиплексо£. Стробируемый дешифратор может выполнять функцию демультиплексирования, т.е. передавать сигна­лы (поступающие на стробирупций вход) на выход, номер которого задается входными сигналами. Поэтому /^ -сигналы и входы, на которые они поступают, называются также адресными.