Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 107
Текст из файла (страница 107)
На одном краю ряда мультиплексоров стоит показанная на рис. 563 ИС 74х! 51, в которой осуществляется выбор сигнала на одном из восьми! -разрядных входов. Входы выбора обозначены буквами С, В и А, где С является старшим разрядом в числовом представлении, Сигнал на входе разрешения Е)4 Е имеет низкий активный уровень; у схемы есть выходы как с высоким активным уровнем сигнала (у), так и с низким активным уровнем сигнала (У Е). Таблица истинности мультиплексора 74х!5 ! приведена в табл. 5.34.
Здесь мы снова расширили нашу систему обозначений для таблиц истинности. До сих пор в наших таблицах истинности каждой входной комбинации соответствовал сигнал на выходе, равный О или 1. В таблице для мультиплексора 74х!5! в графе «Входы» часть входов отсутствует. Сигная на каждом выходе задан как О, 1 или простая логическая функция остальных входов (например, ()О или 1)0 ' ). при такой системе обозначений размеры таблицы сокращаются на восемь столбцов и восемь строк, а логическая функция представляется более наглядно, чем в случае, если бы таблица былаа полной. 466 1иаааб. Практическая разработка схем комбинационной логики гл Рис. 5.83. 8-входовой 1-разрядный мультиплексор 74х151: (а) принципиальная схема с цо кол ее кой для стандартного корпуса 0)Р с 16 вы в сдам и; (Ь) тради цион- ное условное обозначение Табл.
5. 34. Таблица истинности 8- входового 1-разрядного мульти- плексора74х151 Выходы Вхады ЕЙ 1. С В А У У). 1 х х х 0 0 0 0 0 0 0 ! 0 0 1 0 0 0 ! 1 0 1 0 0 0 ! 0 1 0 1 ! 0 0 ! 1 1 0 1 00 00' 01 01' 02 02' 03 03' 04 04' 05 05* 06 06' 07 07' 5.7. Мультиплексоры 467 Другим крайним представителем мультиплексоров в корпусах с 1б выводами является микросхема 74х157, показанная парис. 5.64, в которой осуществляется выбор сигналов, поступающих на один из двух 4-разрядных входов.
Только для того, чтобы запутать существо дела, производитель дал входу выбора нмя 8, а входу разрешения с низким активным уровнем сигнала имя 6 ~. Заметьте также, что источники данных вместо РО и 01, как в нашем общем примере, названы А и В. Из табл. 5.3 5 видно, что применение нашей расширенной системы обозначений в таблице истинности делает описание микросхемы 74х157 очень компактным. (а) (Ь) имзг ее 8 гк и Рис. 5.64. 2-входовой 4-рвзрядный мультиплексор 74х157: (а) принципиальная схема с цоколевкой для стандартного корпуса Р1Р с 16 выводам н; (Ь) традиционн- оее условное обозначение Табл. 5.35.
ТаблицаистинноВыходы стн 2-входового 4-разрядно!у 2у Зу 4у гомультнплексора74х157 Входы О О О О 1А 2А ЗА 4А 1В 2В ЗВ 4В ! х О О О 1 466 Глава 5. Практическая разработка схем комбинационной логики Промежуточным звеном между мультиплексорами 74х151 и 74х157 является 4- входовой 2-разрядный мультиплексор 74х ! 53. В этом устройстве, условное обозначение которого приведено на рис. 5.б5, у каждого разряда есть отдельные входы разрешения (16, 26). Как следует из табл. 5.36, выполняемая нм функция очень проста.
74х~вз Табл. 5.36. Таблица истиннос- ти 4-входового 2-разрядного мультиплексора74х153 Вхцаы Выходы 101 26 ~ В А 1У 2У Некоторые мультиплексоры имеют выходы с тремя состояниями. Вход разрешения такого мультиплексора вместо принудительного удержания выходов в нулевом состоянии, переводит их в состояние Н1-У,. Например, ИС 14х251 идентична Рис. 5.65. Традиционное условное обозначение муль- тнплексора74х153 О 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 О 1 0 0 0 1 0 ! 0 1 1 О О 1 ! 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 О 1 О 1 ! 1 ! х х 1 СО 2СО 1С1 2С1 1С2 2С2 1СЗ 2СЗ 1СО 0 1С1 0 1С2 0 !СЗ 0 О 200 0 2С1 0 202 0 2СЗ 0 0 5.7. мультиплексора! 4по микросхеме '151 в отношении выводов и логики внутреннего построения за ис ключением того, что выходы т и т Е имеют третье состояние. Когда уровень сигна ла на входе Ен Е неактивный, вместо появления на выходах низкого уровня на них устанавливается состояние Н1-7..
Точно так же, в отличие от ИС '153 и '157 ИС 74«253 и 74«257 имеют третье состояние на выходах. Особенно полезно наличие выходов с тремя состояниями для образования больших по размеру мультиплексоров путем объединения и-входовых мультиплексоров, как это делается в следующем разделе. 5.7.2. Расширение мультиплексоров Число входов у мультиплексоров, выполненных в виде ИС средней степени интеграции, редко соответствует требованиям решаемой задачи. Например, ранее мы говорили, что 8-входо вой 16-разрядный мультиплексор можно было бы испол ьзовать при создании процессора для компьютера.
Эту функцию можно реализовать с помощью шестнадцати 8-входовых 1-разрядных мультиплексоров 74х151 или эквивалентных им ячеек в специализированных ИС; каждый такой мультиплексор имеет дело с одним битом всех входов и выхода. 3 разряда поля выбора регистра в процессоре можно было бы соединить с входами А, В и С всех 16 мультиплексоров, так что в любой момент времени все они выбирали бы в качестве источника один и тот же регистр. В этом примере устройство, реализующее 3-разрядное поле выбора регистра, должно иметь достаточную нагрузочную способность, чтобы работать с 16 подключенными входами. Это обеспечивают ИС серии 7418, поскольку типичные устройства этого семейства при нагрузке типа 1.8-ТТЛ имеют коэффициент разветвления по выходу, равный 20. К счастью, микросхема '151 была разработана так, чтобы каждый из входов А, В и С нагружал схему, вырабатывающую сигналы для этих входов, «ак один ТТЛ- вентиль типа 18.
Теоретически микросхема '151 могла бы не иметь трех инвергоров первого ряда на входах выбора, показанных на рис. 5.63, но тогда каждый вход выбора был бы эквивалентен пяти нагрузкам типа 1,Б-ТТЛ, и драйверы в схеме выбора регистра должны были бы иметь коэффициент разветвления по выходу, равный 80. Другим направлением, в котором можно расширять мультиплексоры, является число источников данных. Предположим, например, что нам необходим 32- входовой 1-разрядный мультиплексор.
На рис. 5.66 показан один из вариантов построения такого мультиплексора. Для него требуется 5-разрядный сигнал выбора. Два старших разряда декодируются дешифратором 2х4 (половина микросхемы 74«139), выходные сигналы которого служат сигналами разрешения для четырех 8- входовых мультиплексоров 74х151. Так как на каждом отрезке времени разрешена работа только одного мультиплексора '151, для получения результирующего выходного сигнала можно просто с помощью схемь| ИЛИ объединить выходы всех мультиплексоров. 1"лава 6. Практическая разработка схем комбинационной логики 410 7 161 ХО Х1 Х2 ХЗ Х4 ХВ ХВ Хт ХВ ХВ Х16 хи хе Х12 хм Х16 Х16 Х!7 Х16 ХЕ ХВО Х21 Х22 ХВ3 224 Х26 Х26 227 Х26 Х22 ХЭО Х21 Рис. 6.66. Объединение ИС 742151 для обРазования мультиплексора 32х1 НАГРУЗОЧНАЯ СПОСОВНОСТЬ ИСТОг4НИКАУПРАВЛЯЕКЦЕГО СИГНАЛА В СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ИС Именно такими соображениями относительно коэффициента разветвления по выходу, какие приведены выше, довольно часто приходится руководствоваться при разработке специализированных ИС.
Когда управляиицие сигналы — типа сигналов, поступаюпщх с поля выбора регистра в нашем примере,— должны осу|цествлять переключение в большом числе разрядов, требуемый коэффициент разветвления по выходу может быть огромным. В К1ЧОП-схемах это относится к нагрузке не по постоянному току, а к еикостной нагрузке, которая снижает быстродействие.
В таком случае разработчик должен анкуратно разделить нагрузку н выбрать точки буферизации управляющих сигналов для уменьшения числа входов, нагружающих каждый выход. Дополнительные буферы нужно вводить осмотрительно, чтобы значительно не увеличить необходимую площадь кристалла н не включить слишком много буферов последовательно, что привело бы к неприемлемой задержке.
Мультшиексор 32х! можно построить также на основе ИС 74х25! . Схема идентична приведенной на рис. 5.66 за исключением того, что отсутствует выходной вентиль И-НЕ. Вместо этого, выходы У(и при желанииУ Е) четырех схем '251 просто соединяются вместе. Дешифратор '139 гарантирует, что в любой момент времени активизировано не более одной ИС '251, имеющей выходы с тремя состояниями. Если дешифратор ' 139 заблокирован (сигнал ХЕН ! имеет неактивный уровень), то заперты все мультиплексоры *251, и сигналы на выходах ХО1)Т н ХО1)Т3 не определенъь Однако при этом можно иметь на выходе высокий уровень„соединив каждый из этих выходов резистором с шиной питания «5 вольт.
ИСПОЛЬЗУЙТЕ ПРИНЦИП «ИНВЕРСИЯ К ИНВЕРСИИ» Применяемый при логическом проектировании принцип «инверсия к инверсии» должен помочь разобраться в приведенных примерах мультиплексоров. Так как выходы дешифратора и входы разрешения мультиплексора имеют н изкнй активный уровень, нх можно связать напрямую. Рассматривая выполняемую устройством логическую функцию, можно игнорировать кружки инверсии, просто считая, что при возникновении на том или ином выходе де шифратора единичного сигнала включается соответствующий мультиплексор. Принцип «инверсия к инверсии» дает также два варианта реализации конечной функции ИЛИ (см. рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
