ΑΣΚΗΣΗ 6 ΠΟΛΥΠΛΕΚΤΕΣ (MUX) ΑΠΟΠΛΕΚΤΕΣ (DEMUX) Αντικείμενο της άσκησης: Η κατανόηση των εννοιών πολύπλεξης - απόπλεξης, η σχεδίαση σε επίπεδο πυλών ενός πολυπλέκτη και εφαρμογές με τα ολοκληρωμένα κυκλώματα 74153, 74155. ΠΟΛΥΠΛΕΞΗ. Ο πολυπλέκτης (multiplexer - MUX) είναι ένα συνδυαστικό κύκλωμα που επιλέγει δυαδική πληροφορία μιας από πολλές γραμμές εισόδου και την κατευθύνει σε μια και μοναδική γραμμή εξόδου. Έτσι, σε κάθε πολυπλέκτη υπάρχουν δύο ομάδες εισόδων. Η πρώτη ομάδα περιλαμβάνει τις εισόδους των οποίων τα δεδομένα μεταφέρονται στην έξοδο (C 0 C 1 στο σχήμα). Η δεύτερη ομάδα περιλαμβάνει τις εισόδους επιλογής (Α στο σχήμα) με τις οποίες επιλέγεται από ποια είσοδο θα περάσουν δεδομένα στην έξοδο. Για κάθε συνδυασμό τιμών στις γραμμές επιλογής, επιλέγεται μια και μοναδική γραμμή εισόδου. Το πλήθος των γραμμών εισόδου που μπορούν να ελεγχθούν καθορίζεται από το πλήθος των γραμμών επιλογής. Έτσι, αν έχουμε n γραμμές επιλογής, μπορούμε να ελέγξουμε μέχρι 2 n γραμμές εισόδου (πολυπλέκτης 2 n σε 1). Ο απλούστερος πολυπλέκτης έχει δύο γραμμές εισόδου δεδομένων, C 0 και C 1, μια έξοδο Y και μια γραμμή επιλογής (MUX 2 σε 1). Για = 0, επιλέγεται η είσοδος C 0, και για = 1, επιλέγεται η είσοδος C 1. Επομένως, ο πίνακας αλήθειας του πολυπλέκτη 2 σε 1 και η συνάρτηση λειτουργίας που προκύπτει είναι : Y 0 C 0 Y = C 0 + C 1 1 C 1 Στα σχήματα που ακολουθούν δίνονται το λογικό κύκλωμα και το σχηματικό (χονδρικό) διάγραμμα του πολυπλέκτη 2 σε 1. C 0 Y C 0 0 MUX 2/1 Y C 1 C 1 1 1
Τα κυκλώματα πολύπλεξης αναφέρονται σε μερικά τεχνικά εγχειρίδια και σαν «συλλογείς δεδομένων - Data Selectors» χαρακτηρίζοντας έτσι την δυνατότητα που έχουν να οδηγούν προς ένα μοναδικό αγωγό Υ σήματα προερχόμενα από περισσότερες της μιας γραμμές. ΑΠΟΠΛΕΞΗ Ο αποπλέκτης ή αποπολυπλέκτης (demultiplexer - DEMUX) εκτελεί την αντίστροφη λειτουργία από τον πολυπλέκτη, δηλαδή δυαδική πληροφορία από μια και μοναδική γραμμή εισόδου την κατευθύνει σε μια από πολλές γραμμές εξόδου. Η επιλογή μιας συγκεκριμένης γραμμής εξόδου ελέγχεται μέσω γραμμών επιλογής. Για κάθε συνδυασμό τιμών στις γραμμές επιλογής, επιλέγεται μια και μοναδική γραμμή εξόδου. Το πλήθος των γραμμών εξόδου που μπορούν να ελεγχθούν καθορίζεται από το πλήθος των γραμμών επιλογής. Έτσι, αν έχουμε n γραμμές επιλογής, μπορούμε να ελέγξουμε μέχρι 2 n γραμμές εξόδου (αποπλέκτης 1 - σε - 2 n ). Έτσι, για παράδειγμα, ένας αποπλέκτης 1 σε 8 (μία είσοδος, οκτώ έξοδοι) απαιτεί 3 γραμμές επιλογής. Ο απλούστερος αποπλέκτης έχει δύο γραμμές εξόδου δεδομένων, Y 0 και Y 1, μια είσοδο C και μια γραμμή επιλογής (DEMUX 1 σε 2). Για = 0, επιλέγεται η έξοδος Y 0, και για = 1, επιλέγεται η έξοδος Y 1. Επομένως, ο πίνακας αλήθειας του αποπλέκτη 1 σε 2 και οι συναρτήσεις των εξόδων που προκύπτουν είναι : Y 0 Y 1 0 C 0 Y 0 = C, Y 1 = C 1 0 C Στα σχήματα που ακολουθούν δίνονται το λογικό κύκλωμα και το σχηματικό (χονδρικό) διάγραμμα του αποπλέκτη 2 σε 1. C Y 0 0 Y 0 Y 1 C DEMUX 1/2 1 Y 1 2
ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ 1. Σχεδίαση Πολυπλέκτη α) Σχεδιάστε σε επίπεδο πυλών το ψηφιακό κύκλωμα ενός πολυπλέκτη 4/1. C0 C1 C2 C3 MUX 4/1 Y Β Α Y 0 0 0 1 1 0 1 1 B Υ = Β Α β) Να υλοποιήσετε με το λογισμικό EWB το κύκλωμα του πολυπλέκτη 4/1 που σχεδιάσατε σε επίπεδο πυλών. Δώστε στις εισόδους τετραγωνικές παλμοσειρές σύμφωνα με τον ακόλουθο πίνακα και παρακολουθήστε την μεταφορά τους στην έξοδο ανάλογα τις λογικές καταστάσεις των εισόδων επιλογής Α, Β. Για να γίνει πιο κατανοητή η διαδικασία αυτή συνδέστε σε κάθε είσοδο και κάθε έξοδο έναν ενδείκτη. (Η ταυτόχρονη ενεργοποίηση των ενδεικτών εισόδου εξόδου δείχνει την μεταφορά της πληροφορίας). Συμπληρώστε τον ακόλουθο πίνακα αληθείας για όλους τους συνδυασμούς τιμών των εισόδων Α, Β. 3
C0 C1 C2 C3 Β Α Y 1Ηz 2Ηz 5Ηz 10Ηz 0 0 1Ηz 2Ηz 5Ηz 10Ηz 0 1 1Ηz 2Ηz 5Ηz 10Ηz 1 0 1Ηz 2Ηz 5Ηz 10Ηz 1 1 2. Συνεργασία πολυπλέκτη - αποπλέκτη. α) Να μελετήσετε τα επισυναπτόμενα τεχνικά φυλλάδια των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων 74153 και 74155 και να απαντήσετε στις επόμενες ερωτήσεις: i. Τι είδους και πόσα κυκλώματα περιέχει το 74153; ii. Τι είδους και πόσα κυκλώματα περιέχει το 74155; iii. Ποια είναι η λειτουργία των ακροδεκτών G στα ΟΚ; iv. Ποια είναι η ενεργός κατάσταση στις εξόδους του ΟΚ 74153; v. Ποια είναι η ενεργός κατάσταση στις εξόδους του ΟΚ 74155; β) Να σχεδιάσετε σε επίπεδο χονδρικών διαγραμμάτων το σχηματικό του συστήματος συνεργασίας ενός πολυπλέκτη 4 σε 1 και ενός αποπλέκτη 4 σε 1. 4
γ) Να υλοποιήσετε το κύκλωμα του παρακάτω σχήματος στο EWB και να απαντήσετε στις ερωτήσεις που ακολουθούν: i. Ποια είναι η λειτουργία του κυκλώματος; ii. Υπάρχει σειριακή μεταφορά δεδομένων; iii. Υπάρχει ταυτόχρονη ενεργοποίηση των led εισόδου (πολυπλέκτη) και εξόδου (αποπλέκτη) και γιατί; iv. Να συνδέσετε τη δεύτερη μονάδα απόπλεξης (2G, 2Y0, 2Y1, 2Y2, 2Y3). Τι παρατηρείτε σε σχέση με το προηγούμενο ερώτημα; 5
6
7
Να σημειωθεί ότι το ολοκληρωμένο 74155 λειτουργεί και ως αποπλέκτης 1 σε 4, αλλά και ως αποκωδικοποιητής 2 σε 4 (όπως είδαμε στην προηγούμενη άσκηση) αφού το κύκλωμα είναι το ίδιο και στις δύο περιπτώσεις. Αυτό που διαφοροποιεί τη λειτουργία (αποκωδικοποιητής ή αποπλέκτης) είναι ο τρόπος χρήσης των εισόδων C1, C2, και B: Αν το C1 τεθεί σταθερά στην τιμή 1, τότε τα Α και Β παίζουν το ρόλο των εισόδων του 2 σε 4 αποκωδικοποιητή και θα ενεργοποιηθεί (τεθεί στο 0 οι έξοδοι είναι active low) η αντίστοιχη έξοδος 1Υx (x=0,1,2 ή 3). Για να το χρησιμοποιήσουμε ως αποπλέκτη, θα πρέπει να δώσουμε την επιλεγμένη είσοδο στο C1, οπότε τα Α και Β καθορίζουν σε ποια από τις εξόδους 1Υx θα εμφανιστεί η τιμή της εισόδου αντεστραμμένη. Τα ίδια ισχύουν και για τη δεύτερη μονάδα του Ο.Κ. (είσοδος C2, έξοδοι 2Υx), μόνο που εκεί για τον αποκωδικοποιητή πρέπει να θέσουμε C2=0 αντί για 1, ενώ για χρήση αποπλέκτη, οι έξοδοι 2Υx είναι σε φάση με την είσοδο C2. 8