Контроль дублированием и троированием

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 11Следующая ⇒

К простейшим методам обнаружения ошибок в работе ЦУ относится также метод дублирования ЦУ и сравнения их выходных сигналов. Метод базируется на использовании аппаратурной избыточности.

Поясним суть этого метода. Допустим, необходимо контролировать работоспособность некоторого одновыходного ЦУ. Возьмем второе устройство (ЦУ_к), абсолютно идентичное контролируемому и их входы соединим параллельно, а выходные сигналы устройств подадим на схему сравнения (рис. 4). Учитывая то, что вероятность одновременной потери работоспособности (отказа) обоими ЦУ много меньше вероятности отказа одного из них, можно сделать следующее заключение. Если у=у_к, то оба ЦУ исправны и полученные на выходе ре-зультаты у и у_к не содержат ошибок. Если же у¹ у_к – отказало одно из ЦУ (один из результатов у или у_к ошибочен), но указать, какое именно, не представляется возможным.

Устранить указанное ограничение метода контроля дублированием можно, несколько усложнив схему контроля, а именно, перейдя к троированию аппаратуры (трехкратному резервированию) и выборке результата путем “голосования”. Последнее обеспечивается с помощью так называемого мажоритарного элемента, который передает на выход сигнал, соответствующий большинству из входных. Очевидно, что в случае отказа одного из трех ЦУ (что и является наиболее вероятным) сигнал на выходе мажоритарного элемента (Y) все равно останется верным, т.к. он будет равен зна-чению сигналов, имеющих место на выходах двух других работоспособных ЦУ, т.е. происходит маскирование ошибки. Схема реализации метода контроля троированием аппаратуры с мажоритарным элементом (³ 2) приведена на рис. 5, а, а таблица функционирования мажоритарного элемента на рис. 5, б.

Y₁ Y₂ Y₃	Y	a₁ a₀
0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1		0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0

б)

Кроме выхода мажоритарного элемента Y, в таблице приведены и выходы а1 и а0 – старший и младший разряды двухразрядного кода, формируемого узлом, определяющим номер отказавшего ЦУ (А).

Из таблицы функционирования получаем уравнения связи:

(3)

, (4)

(5)

Соответствующая уравнениям связи схема мажоритарного элемента и узла, определяющего номер отказавшего ЦУ приведена на рис. 6.

2. Задание на лабораторную работу

2.1. Используя двухвходовые ЛЭ “М2” спроектировать и исследовать (снять таблицу функционирования) схему свертки m-разрядного двоичного слова: а) пирамидального и б) ступенчатого типов.

m=3 – для бригад №№ 1, 2, 3 и

m=4 – для бригад №№ 4, 5.

2.2. Исследовать работу (снять таблицу функционирования) ИС К155ИП2.

2.3. Спроектировать и исследовать работу мажоритарного элемента и узла определения номера отказавшего ЦУ (канала).

Примечание: мажоритарный элемент должен быть построен с использованием ЛЭ “И-НЕ”.

3. Контрольные вопросы

1. Содержание, возможности и применение контроля по модулю 2.

2. Суть контроля дублированием, каковы возможности контроля дублированием?

3. Принцип действия мажоритарного элемента, его применение.

4. Изобразите схему свертки для проверки на четность n-разрядного двоичного слова, если n=2, 3, 4.

5. Контроль по четности (нечетности) позволяет обнаружить в 9-разрядном слове d ошибок. а) d=1, б) d=2, в) d=3, г) d=любое нечетное число £ 9.

Укажите неверный (или неверные) ответ.

6. Объясните как с помощью ИС К155ИП2 получить значение контрольного разряда a_чет. (или a_неч.) для 8-разрядного слова.

7. Объясните, как с помощью ИС К155ИП2 проконтролировать четность (нечетность) 9-разрядного слова.

Лабораторная работа 7

Мультиплексоры и демультиплексоры

Цель работы: практическое освоение принципов построения мультиплексоров и демультиплексоров и экспериментальное их исследование на лабораторном стенде.

1. Теоретические основы лабораторной работы

Мультиплексоры

Мультиплексор – это комбинационная многовходовая схема с одним выходом. Входы мультиплексора подразделяются на информационные Д₀, Д₁, …, Д_n-1 и управляющие (адресные) А₀, А₁, …, А_k-1. Обычно 2^k = n, где k и n – число адресных и информационных входов соответственно. Двоичный код, поступающий на адресные входы, определяет (выбирает) один из информационных входов, значение переменной с которого передается на выход y, т.е. мультиплексор реализует функцию:

, если (1)

Таблица функционирования, описывающая работу мультиплексора, имеющего, например, n = 4 информационных (Д₀, Д₁, Д₂, Д₃) и k = 2 адресных (А₀, А₁) входов, представлена в табл. 1.

Вариант схемной реализации мультиплексора “4-1” (“четыре в один”, т.е. коммутирующего данные от одного из четырех входов на единственный выход) и его условное графическое изображение представлены на рис. 1.

Здесь мультиплексор построен как совокупность двухвходовых конъюкторов данных (их число равно числу информационных входов), управляемых выходными сигналами дешифратора, дешифрирующего двоичный адресный код. Выходы конъюкторов объединены схемой ИЛИ.

Рис. 1. Схема мультиплексора с дешифратором (а)

и и его условное графическоеизображение

В интегральном исполнении применяется более простая схема, в которой конъюкторы дешифратора одновременно выполняют и функцию конъюкторов данных. Работа мультиплексора при этом описывается соотношением

(2)

Из (2) следует, что при любом значении адресного кода все слагаемые, кроме одного равны нулю. Ненулевое слагаемое равно Д_i, где i – значение текущего адресного кода.

В соответствии с этим соотношением строятся реальные схемы мультиплексоров, одна из которых для мультиплексора “четыре в один” приведена на рис. 2. Как правило, схема дополняется входом разрешения работы – Е (показан пунктирной линией). При отсутствии разрешения работы (Е=0) выход у становится нулевым и не зависит от комбинации сигналов на информационных и адресных входах мультиплексора.

Мультиплексоры 4-1, 8-1, 16-1 выпускаются в составе многих серий цифровых интегральных схем и имеют буквенный код КП. Например, К555КП1 – мультиплексор 2-1 (в данном корпусе размещаются четыре мультиплексора), К555КП12 – мультиплексор 4-1 (в одном корпусе размещаются два мультиплексора) и т.д.

В тех случаях, когда функциональные возможности ИС мультиплексоров не удовлетворяют разработчиков по числу информационных входов, прибегают к их каскадированию с целью наращивания числа входов до требуемого значения. Наиболее универсальный способ наращивания размерности мультиплексора состоит в построении пирамидальной структуры, состоящей из нескольких мультиплексоров. При этом первый ярус схемы представляет собой столбец, содержащий столько мультиплексоров, сколько необходимо для получения нужного числа информационных входов. Все мультиплексоры этого столбца коммутируются одним и тем же адресным кодом, составленным из соответствующего числа младших разрядов общего адресного кода. Старшие разряды адресного кода используются во втором ярусе, мультиплексор которого обеспечивает поочередную работу мультиплексоров первого яруса на общий выход.

Пирамидальная схема, выполняющая функцию мультиплексора “16-1” и построенная на мультиплексорах “4-1”, показана на рис. 3.

Демультиплексоры

Демультиплексор – схема, выполняющая функцию, обратную функции мультиплексора, т.е. это комбинационная схема, имеющая один информационный вход (Д), n информационных выходов (у₀, у₁, …, у_n-1) и k управляющих (адресных) входов (А₀, А₁, …, А_k-1). Обычно, также как и мультиплексоров, 2^k= n. Двоичный код, поступающий на адресные входы, определяет один из n выходов, на который передается значение переменной с информационного входа (Д), т.е. демультиплексор реализует следующие функции:

Таблица функционирования демультиплексора, имеющего n = 4 информационных выходов (у₀, у₁, у₂, у₃) и k = 2 адресных входов (А₀, А₁), представлена в табл. 2.

Таблица 2

Д	А₀, А₁	у₀ у₁ у₂ у₃	Д	А₀, А₁	у₀ у₁ у₂ у₃
	0 0 0 0 0 1 0 1	0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0		1 0 1 0 1 1 1 1	0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1

Уравнения, описывающие работу демультиплексора:

(4)

Схема демультиплексора, построенная по данным уравнениям и его графическое изображение представлены на рис. 4.

Рис. 4. Схема демультиплексора " 1-4" (а)

и его условное изображение (б)

Функция демультиплексора легко реализуется с помощью дешифратора, если его вход “Разрешение” (Е) использовать в качестве информационного входа демультиплексора, а входы 1, 2, 4 … - в качестве адресных входов демультиплексора А₀, А₁, А₂, … Действительно, при активном значении сигнала на входе Е избирается выход, соответствующий коду, поданному на адресные входы. Поэтому ИС дешифраторов, имеющих разрешающий вход, иногда называют не просто дешифраторами, а дешифраторами-демультиплексорами (например, К155ИД4, К531ИД7 и др.).

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 6 789 10 11 Следующая ⇒