Circuitul multiplexor și cum funcționează

Termenul multiplexor, care este, de asemenea, numit în mod obișnuit ca „ MUX ” sau „ MPX ” se referă la selectarea unei ieșiri din numeroasele intrări disponibile. Profesorul Shankar Balachandran (IIT-M) explică multiplexarea ca metodă de transmitere a unui număr mare de unități de informații pe un număr mic de canale sau linii, iar un multiplexor digital este un circuit logic combinațional care selectează informațiile binare dintr-una dintre multele linii de intrare și îl direcționează către o singură linie de ieșire.

În acest articol, vom afla cum funcționează aceste multiplexoare, cum să proiectăm unul pentru proiectul nostru și vom încerca, de asemenea, un exemplu practic pe o placă de verificare pentru a verifica funcționarea hardware-ului.

Bazele multiplexoarelor:

Cel mai bun mod de a înțelege multiplexerele este să priviți un singur pol multi-poziționat așa cum se arată mai jos. Aici comutatorul are mai multe intrări D0, D1, D2 și D3, dar are un singur pin de ieșire (Out). Butonul de control este utilizat pentru a selecta una dintre cele patru date disponibile, iar aceste date vor fi reflectate pe partea de ieșire. În acest fel, utilizatorul poate selecta semnalul necesar printre multe semnale disponibile.

Acesta este un simplu exemplu de multiplexor mecanic. Dar în circuitele electronice care implică comutare de mare viteză și transferuri de date, ar trebui să putem selecta intrarea necesară foarte rapid folosind circuite digitale. Semnalele de control (S1 și S0) fac exact același lucru, selectează o intrare din numeroasele disponibile bazate pe semnalul furnizat acestora. Deci, cei trei termeni de bază și minimi ai oricărui multiplexor vor fi pinii de intrare, pinul de ieșire și semnalul de control

Pinii de intrare: aceștia sunt pinii de semnal disponibili din care trebuie selectat unul. Aceste semnale pot fi fie un semnal digital, fie un semnal analog.

Pin de ieșire: un multiplexor va avea întotdeauna un singur pin de ieșire. Semnalul pinului de intrare selectat va fi furnizat de pinul de ieșire.

Pin de control / selecție: Pinii de control sunt utilizați pentru a selecta semnalul pinului de intrare. Numărul de pini de control pe un multiplexor depinde de numărul de pini de intrare. De exemplu, un multiplexor cu 4 intrări va avea 2 pini de semnal.

În scopul înțelegerii, să luăm în considerare un multiplexor cu 4 intrări, care este prezentat mai sus. Are două semnal de control folosind care putem selecta una dintre cele patru linii de intrare disponibile. Tabelul adevărului de mai jos ilustrează starea pinilor de control (S0 și S1) pentru selectarea pinului de intrare necesar.

Acum, că am înțeles elementele de bază ale multiplexoarelor, să aruncăm o privire asupra multiplexoarelor cu 2 intrări și multiplexoarelor cu 4 intrări care sunt cele mai utilizate în circuitele de aplicații.

Multiplexoare cu 2 intrări:

După cum sugerează și numele pentru un multiplexor cu 2 intrări, vom avea 2 linii de intrare și o linie de ieșire. De asemenea, va avea un singur pin de control pentru a selecta între cei doi pini de intrare disponibili. O reprezentare grafică a unui multiplexor 2: 1 este prezentată mai jos.

Aici pinii de intrare sunt denumiți D0 și D1, iar pinul de ieșire este denumit out. Utilizatorul poate selecta una dintre intrări care este fie D0, fie D1 utilizând Control Pin S0. Dacă S0 este menținut scăzut (logica 0), atunci intrarea D0 va fi reflectată pe pinul de ieșire și dacă intrarea S0 este menținută ridicată (logica 1), atunci intrarea D1 se va reflecta pe pinul de ieșire. Tabelul adevărului care reprezintă același lucru este prezentat mai jos

După cum puteți vedea din tabelul de mai sus, când semnalul de control S0 este 0, ieșirea reflectă valorile semnalului D0 (evidențiat în albastru) și în mod similar, atunci când semnalul de control S0 este 1, ieșirea reflectă valorile semnalului D1 (evidențiat cu roșu)). Există puține pachete IC dedicate care vor funcționa ca multiplexoare direct din pachet, dar, din moment ce încercăm să înțelegem proiectele logice combinaționale, să construim multiplexorul cu 2 intrări de mai sus folosind porți logice. Schema circuitului logic pentru același lucru este prezentată mai jos

Diagrama logică utilizează doar porțile NAND și, prin urmare, poate fi construită cu ușurință pe o placă de perfecționare sau chiar pe o placă de măsurare. Expresia booleană pentru diagrama logică poate fi dată de

Afară = S ₀ '.D ₀ '.D ₁ + S ₀ '.D ₀.D ₁ + S ₀.D ₀.D ₁ ' + S ₀.D ₀.D ₁

Putem pur și simplu această expresie booleană folosind anularea termenilor comuni, astfel încât diagrama logică să devină mult mai simplă și mai ușor de construit. Expresia booleană simplificată este dată mai jos.

Out = S ₀ '.D ₀ + S ₀.D ₁

Multiplexori de ordin superior (multiplexor 4: 1):

Odată ce ați înțeles funcționarea unui multiplexor 2: 1, ar trebui să fie ușor să înțelegeți și multiplexorul 4: 1. Doar că va avea 4 pini de intrare și 1 pini de ieșire cu două linii de control. Aceste două linii de control pot forma 4 semnale logice combinaționale diferite și pentru fiecare semnal va fi selectată o intrare specială.

Numărul de linii de control pentru orice multiplexor poate fi găsit folosind formulele de mai jos

2 ^{Număr de linii de control} = Număr de linii de intrare

Deci, de exemplu, un multiplexor 2: 1 va avea o linie de control, deoarece 2 ¹ = 2 și un multiplexor 4: 1 va avea 2 linii de control, deoarece 2 ² = 4. În mod similar, puteți calcula pentru orice multiplexor de ordin superior.

Este, de asemenea, obișnuit să combinați multiplexoare de ordin inferior, cum ar fi MUX 2: 1 și 4: 1 pentru a forma MUX de ordin superior, cum ar fi multiplexorul 8: 1. Acum, de exemplu, să încercăm să implementăm un multiplexor 4: 1 folosind un multiplexor 2: 1. Pentru a construi un MUX 4: 1 folosind un MUX 2: 1, va trebui să combinăm trei MUX 2: 1 împreună.

Rezultatul final ar trebui să ne ofere 4 pini de intrare, 2 pini de control / selectare și un pini de ieșire. Pentru a obține primii doi MUX este conectat în paralel și apoi ieșirea celor două sunt alimentate ca intrare în al 3- ^lea MUX așa cum se arată mai jos.

Linia de control / selectare a primelor două MUX este conectată împreună pentru a forma o singură linie (S ₀) și apoi linia de control a celui de-al ^treilea MUX este utilizată ca al doilea semnal de control / selectare. Astfel, în sfârșit, obținem un multiplexor cu patru intrări (W0, W1, W2 și W3) și o singură ieșire (f). Tabela de adevăr pentru un 4: Multiplexer 1 este prezentată mai jos.

După cum puteți vedea în tabelul de mai sus, pentru fiecare set de valori furnizat pinilor de semnal de control (S0 și S1) obținem o ieșire diferită de la pinii de intrare de pe pinul nostru de ieșire. În acest fel, putem utiliza MUX pentru a selecta unul dintre cei patru pini de intrare disponibili pentru a lucra. În mod normal, acei pini de control (S0 și S1) vor fi controlați automat folosind un circuit digital. Există anumite IC dedicate care pot acționa ca MUX și ne pot face treaba mai ușoară, așa că să ne uităm la ele.

Implementarea practică a multiplexorului folosind IC 4052:

Este întotdeauna interesant să construim și să verificăm lucrurile practic, astfel încât teoria pe care o învățăm ar avea mai mult sens. Deci, să construim un multiplexor 4: 1 și să verificăm cum funcționează. IC-ul pe care îl folosim aici este MC14052B, care are în interior două multiplexoare 4: 1. Pinout-urile IC-ului sunt prezentate mai jos

Aici pinii X0, X1, X2 și X3 sunt cei patru pini de intrare, iar pinul X este pinul de ieșire corespunzător. Pinii de control A și B sunt utilizați pentru a selecta intrarea necesară pinului de ieșire. Pinul Vdd (pinul 16) trebuie să se conecteze la tensiunea de alimentare care este + 5V, iar pinul Vss și Vee ar trebui să fie împământat. Pinul Vee este pentru activare, care este un pin activ activ, deci trebuie să-l punem la pământ pentru a activa acest IC. MC14052 este un multiplexor analogic, ceea ce înseamnă că pinii de intrare pot fi de asemenea furnizați cu tensiune variabilă și același lucru poate fi obținut de la pinii de ieșire. Imaginea GIF de mai jos arată cum IC scoate tensiunea de intrare variabilă pe baza semnalelor de control furnizate. Pinii de intrare au tensiunea de 1,5V, 2,7V, 3,3V și 4,8V care se obține și pe pinul de ieșire pe baza semnalului de control dat.

Putem, de asemenea, să asamblăm acest circuit peste o placă de verificare și să verificăm dacă funcționează. Pentru a face acest lucru, am folosit două butoane care sunt intrări pentru pinii de control A și B. Și am folosit o serie de combinații de divizoare potențiale pentru a furniza tensiuni variabile pentru pinii 12, 14, 15 și 11. Pinul de ieșire 13 este conectat la un LED. Tensiunile variabile furnizate LED-ului îl vor face să varieze luminozitatea pe baza semnalelor de control. Circuitul odată construit va arăta cam așa mai jos

Video complet de lucru a circuitului poate fi, de asemenea, găsite în partea de jos a acestei pagini. Sper că ai înțeles funcționarea multiplexoarelor și știi unde să le folosești în proiectele tale. Dacă aveți gânduri sau îndoieli, lăsați-le în secțiunea de comentarii de mai jos și voi încerca tot posibilul să răspund la ele. De asemenea, puteți utiliza forumurile pentru a vă rezolva îndoielile tehnice și a vă împărtăși cunoștințele cu ceilalți membri ai acestei comunități.