Моделирование работы 4-канального мультиплексора и демультиплексора логическими

элементами в программном пакете Electronics Workbench

Аннотация

В данной работе рассматриваются простейшие булевые выражения, отображающие функ-

ционирование мультиплексора и демультиплексора. Описали основы работы в программном па-

кете Electronics Workbench для выполнения лаборатоной работы. Проанализировали работу де-

мультиплексора и мультиплексора и их функциональные схемы на логических элементах.

Ключевые слова: демультиплексор и мультиплексор, булевые функции, логические

элементы, таблица истинности, Electronics Workbench.

1.

Основы работы в программном пакете Electronics Workbench

Для выполнения лабораторной работы необходимо:

-найти на рабочем столе компьютера и открыть программу Electronics Workbench;

-найти в открывшихся папках нужный файл;

К достоинствам данной программы следует отнести:

-возможность моделировать электронную схему;

-возможность изменять параметры элементов схемы и входного сигнала и наблюдать их влияние

на характеристики и параметры исследуемой схемы;

-возможность имитации пользования различными измерительными приборами;

Пользуясь

библиотекой

компо-

нентов можно найти необходимые эле-

менты для создания различных схем и перенести их на рабочее поле окна. Символ компонента

переносится в окно построения схемы с помощью мыши при нажатой левой кнопке. При двой-

ном щелчке можно изменить требуемые параметры выбранного элемента. После размещения

компонентов схемы производится их соединение с помощью проводников. После построения схе-

мы программа моделирования активизируется кнопкой в правом верхнем углу окна

.

2.

Краткая теория

Мультиплексор - функциональный узел, который имеет n адресных входов, N=2n инфор-

мационных входов, один выход и осуществляет управляемую коммутацию информации, поступа-

ющей по N входным линиям, на одну выходную линию. Коммутация определённой входной ли-

нии происходит в соответствии с двоичным адресным кодом.

Если адресный код имеет n разрядов, то можно осуществить N=2n комбинаций адресных

сигналов, каждая из которых обеспечит подключение одной из N входных линий к выходной ли-

нии. Такой мультиплексор называют «из N в одну». При наличии избыточных комбинаций адрес-

ных сигналов можно спроектировать мультиплексор с любым числом входных линий N≤2n.

В простейшем случае при двухразрядном адресном коде (n=2) максимальное число вход-

ных адресных линий равно N=2n=4. Характеристическое уравнение такого мультиплексора имеет

вид:

F

=

´

a

1

a

0

∗

X

0

+

´

a

1

a

0

∗

X

1

+

a

1

´

a

0

∗

X

2

+

a

1

a

0

∗

X

3

Из полученного уравнения следует, что в состав функциональной схемы мультиплексора

входят два инвертора, четыре схемы «И» и одна схема «ИЛИ». Здесь адресными (управляющими)

входами являются а1, а0, а информационными — Х0, Х1, Х2, Х3.

Демультиплексор - это функциональный узел, осуществляющий управляемую коммута-

цию информацию, поступающую по одному входу, на N выходов. Таким образом, демультиплек-

сор реализует операцию, противоположную той, которую выполняет мультиплексор. В общем

случае число выходных линий N определяется количеством адресных входов n и равно N=2n. Для

случая n=2 функционирование демультиплексора характеристические уравнения демультиплек-

сора:

Y

0

=

´

a

1

a

0

∗

X ;Y

1

=

´

a

1

a

0

∗

X ;

Y

2

=

a

1

´

a

0

∗

X ;Y

3

=

a

1

a

0

∗

X ;

Сравнивая демультиплексор и дешифратор, легко увидеть схожесть их функций. Если

функция X=1 постоянно, то демультиплексор выполняет функции дешифратора. Учитывая схо-

жесть выполняемых функций, микросхемы дешифраторов и демультиплексоров, называются

«Дешифратор-демультиплексор» и могут выполнять функции и дешифратора и демультиплексо-

ра.

3.

Исследование одновременного функционирования мультиплексора и демультиплексора

на логических элементах с генератором слов

1. Проверка информации на выходе мультиплексора (на входе демультиплексора.

Открыть (собрать) схему одновременного функционирования мультиплексора и демульти-

плексора (рис. 3-1);

Установить:

На генераторе

G1:

На генераторе

G2:

На генераторе

G3:

На генераторе

G4:

На логическом анали-

заторе:

частоту 10Гц,

частоту 9Гц,

частоту 8Гц,

частоту 7Гц,

выбрать установку

Set;

Duty cycle75%,

Duty cycle

75%,

Duty cycle

95%,

Duty cycle 85%,

установить частоту

27Гц;

амплитуду 5 В.

амплитуду 5 В.

амплитуду 5 В.

амплитуду 5 В.

подтвердить выбор -

«accept»

Установить на генераторе слов частоту 4гц; активизировать схему.

От генератора слов адресные команды на входы мультиплексора и демультиплексора по-

ступают одновременно.

Сигналы от генераторов G1, G2, G3, G4 поступают на четыре входа мультиплексора. Вы-

ход мультиплексора поступает на вход демультиплексора.

В циклическом режиме (кнопка Cycle) или в пошаговом режиме наблюдать наличие в об-

щем выходном канале сумму четырех сигналов от генераторов G1, G2, G3, G4, следующих друг

за другом в соответствии с выбранными адресами. На выходе демультиплексора эти сигналы рас-

пределены по каналам, соответствующим входным каналам (рис. 3-2).

Рис.3-1. Схема проверки одновременного функцио- Рис.3-2. В общем канале мультиплексора и

мультиплексора и демультиплексора и на выходе и на выходе демультиплексора выделен G4

2. Проверка информации на выходе демультиплексора.

Открыть (собрать) схему одновременного функционирования мультиплексора и демульти-

плексора (рис. 3-1);

На генераторах параметры оставить неизменные. На логическом анализаторе установить

частоту 100Гц, на генераторе слов частоту 1 МГц; активизировать схему.

От генератора слов адресные команды на входы мультиплексора и демультиплексора по-

ступают одновременно. Сигналы от генераторов G1 , G2 , G3 , G4 поступают на четыре входа

мультиплексора. Выход мультиплексора поступает на вход демультиплексора.

В циклическом режиме (кнопка Cycle) наблюдать на выходе демультиплексора сигналы,

распределенные по каналам, соответствующим входным каналам (рис. 3-3).

на входе мультиплексора выделен канал

генератора «G4»

на выходе демультиплексора выделен канал

генератора «G4». Видны пробелы длительно-

стью

1

мксек,

что

соответствует

времени

переключения канала.

Рис.3-3

1.

Галочкин В.А. «Схемотехника телекоммуникационных устройств», часть 1- «Схемотехни -

ка аналоговых электронных устройств; часть 2 - «Схемотехника цифровых устройств [Текст]: учебное посо -

бие / В.А. Галочкин. - Самара, ПГУТИ. 2015. - 448 стр. - (Учебное пособие)