Krug multipleksera i kako to radi

Pojam Multiplexer koji se često naziva i " MUX " ili " MPX " odnosi se na odabir jednog izlaza od mnogih dostupnih ulaza. Profesor Shankar Balachandran (IIT-M) objašnjava multipleksiranje kao metodu prijenosa velikog broja informacijskih jedinica preko malog broja kanala ili linija, a Digitalni multiplekser kombinirani je logički sklop koji odabire binarne informacije iz jednog od mnogih ulaznih vodova i usmjerava ga na jedan izlazni vod.

U ovom ćemo članku naučiti kako ovi Multiplekseri rade, kako dizajnirati jedan za naš projekt, a također ćemo isprobati praktični primjer na ploči za provjeru rada na hardveru.

Osnove multipleksera:

Najbolji način za razumijevanje multipleksera je gledanje jednopolnog višestruko postavljenog kako je prikazano u nastavku. Ovdje prekidač ima više ulaza D0, D1, D2 i D3, ali ima samo jedan izlazni (izlazni) pin. Gumb za upravljanje koristi se za odabir jednog od četiri dostupna podatka i ti će se podaci odraziti na izlaznoj strani. Na taj način korisnik može odabrati potrebni signal među mnogim dostupnim signalima.

Ovo je običan primjer mehaničkog multipleksera. Ali u elektroničkom krugu koji uključuje prebacivanje velike brzine i prijenos podataka, trebali bismo biti u mogućnosti vrlo brzo odabrati potrebni ulaz koristeći digitalne sklopove. Upravljački signali (S1 i S0) rade potpuno isto, oni odabiru jedan ulaz od mnogih dostupnih na temelju signala koji im se daje. Dakle, tri osnovna i minimalno minimalna pojma na bilo kojem multiplekseru bit će ulazni ulazni pinovi, izlazni pin i upravljački signal

Ulazni pinovi : Ovo su dostupni signalni pinovi od kojih se jedan mora odabrati. Ti signali mogu biti digitalni ili analogni signal.

Izlazni pin: multiplekser će uvijek imati samo jedan izlazni pin. Odabrani signal ulaznog pina pružit će izlazni pin.

Kontrolna / selekcijska igla: Kontrolne igle koriste se za odabir ulaznog signala pina. Broj kontrolnih pinova na multiplekseru ovisi o broju ulaznih pinova. Na primjer, multiplekser s 4 ulaza imat će 2 signalna pina.

Da bismo razumjeli svrhu, razmotrimo 4-ulazni multiplekser koji je gore prikazan. Ima dva upravljačka signala pomoću kojih možemo odabrati jednu od dostupne četiri ulazne linije. Tablica istinitosti u nastavku prikazuje status kontrolnih pinova (S0 i S1) za odabir potrebnog ulaznog pina.

Sada, kad smo shvatili temelj multipleksera, pogledajmo multipleksere s dva ulaza i multipleksere s četiri ulaza koji se najčešće koriste u aplikacijskim krugovima.

Multiplekseri s 2 ulaza:

Kao što naziv sugerira za dvostruke ulazne multipleksere, imat ćemo 2 ulazne linije i jednu izlaznu liniju. Također će imati samo jedan kontrolni pin za odabir između dostupna dva ulazna pina. Grafički prikaz multipleksera 2: 1 prikazan je u nastavku.

Ovdje su ulazni pinovi imenovani D0 i D1, a izlazni pin kao out. Korisnik može odabrati jedan od ulaza koji je ili D0 ili D1 pomoću upravljačke igle S0. Ako se S0 drži niskim (logika 0), tada će se ulaz D0 odraziti na izlaznom pinu, a ako se ulaz S0 održi visok (logika 1), tada će se ulaz D1 odraziti na izlaznom pinu. Tablica istine koja predstavlja isto prikazana je u nastavku

Kao što možete vidjeti iz gornje tablice, kada je kontrolni signal S0 0, izlaz odražava vrijednosti signala D0 (označeno plavom bojom), a slično kada je kontrolni signal S0 jednak izlaz odražava vrijednosti signala D1 (označen crvenom bojom)). Postoji nekoliko namjenskih IC paketa koji će raditi kao multiplekseri izravno iz paketa, ali budući da pokušavamo razumjeti kombinacijski logički dizajn, napravimo gornji multipleksor s 2 ulaza pomoću logičkih vrata. Dijagram logičkog kruga za isti prikazan je u nastavku

Logički dijagram koristi samo NAND vrata i stoga se lako može izgraditi na perf ploči ili čak na pločici. Logički izraz za logički dijagram može se dati pomoću

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

Ovaj logički izraz možemo dalje upotrebljavati poništavanjem uobičajenih pojmova, tako da logički dijagram postaje mnogo jednostavniji i jednostavniji za konstrukciju. Pojednostavljeni logički izraz dan je u nastavku.

Izlaz = S ₀ '.D ₀ + S ₀.D ₁

Multiplekseri višeg reda (4: 1 multiplekser):

Jednom kad shvatite rad multipleksera 2: 1, lako bi bilo razumjeti i multipleksor 4: 1. Samo će imati 4 ulazna i 1 izlazna pina s dvije upravljačke linije. Te dvije upravljačke linije mogu oblikovati 4 različita kombinacijska logička signala i za svaki signal odabrat će se jedan određeni ulaz.

Broj upravljačkih linija za bilo koji Multiplexer može se pronaći pomoću donjih formula

2 ^{Broj kontrolnih linija} = Broj ulaznih linija

Tako će, na primjer, multipleksor 2: 1 imati 1 upravljačku liniju jer je 2 ¹ = 2, a multipleksor 4: 1 imat će 2 kontrolne linije jer je 2 ² = 4. Slično tome, možete izračunati za bilo koji multipleksor višeg reda.

Također je uobičajeno kombinirati multipleksere nižeg reda poput 2: 1 i 4: 1 MUX kako bi se formirao MUX višeg reda poput 8: 1 multipleksera. Sada, na primjer, pokušajmo implementirati 4: 1 multiplekser pomoću 2: 1 multipleksera. Da bismo konstruirali MUX 4: 1 pomoću MUX-a 2: 1, morat ćemo kombinirati tri MUX-a 2: 1.

Krajnji rezultat trebao bi nam dati 4 ulazna pina, 2 kontrolna / odabirna igla i jedan izlazni pin. Da bi se postigla prva dva MUX-a spojena su paralelno, a zatim se izlazi ta dva ulažu kao ulaz u ^3. MUX, kao što je prikazano dolje.

Linija za upravljanje / odabir prva dva MUX-a povezana je zajedno kako bi se formirao jedan vod (S ₀), a zatim se kontrolna crta ^3. MUX-a koristi kao drugi signal za upravljanje / odabir. Tako konačno dobivamo multiplekser s četiri ulaza (W0, W1, W2 i W3) i samo jednim izlazom (f). Tablica istine za multipleksor 4: 1 prikazana je u nastavku.

Kao što možete vidjeti u gornjoj tablici, za svaki skup vrijednosti koji se isporučuje na pinove upravljačkog signala (S0 i S1) dobivamo drugačiji izlaz iz ulaznih pinova na našem izlaznom pinu. Na taj način pomoću MUX-a možemo odabrati jedan od dostupna četiri ulazna pina za rad. Obično će se ovim upravljačkim pinovima (S0 i S1) automatski upravljati digitalnim krugom. Postoje određene namjenske IC-e koje mogu djelovati kao MUX i olakšati nam posao, pa ćemo ih pogledati.

Praktična primjena multipleksera pomoću IC 4052:

Uvijek je zanimljivo stvarati i provjeravati stvari praktično, tako da bi teorija koju učimo imala više smisla. Pa hajde da napravimo 4: 1 Multiplexer i provjerimo kako to radi. IC koji ovdje koristimo je MC14052B koji u sebi ima dva 4: 1 multipleksera. Izvodi IC-a prikazani su u nastavku

Ovdje su iglice X0, X1, X2 i X3 četiri ulazne iglice, a iglica X odgovarajući izlazni pin. Upravljačke iglice A i B koriste se za odabir potrebnog ulaza na izlazni pin. Vdd pin (pin 16) mora se spojiti na napon napajanja koji je + 5V, a Vss i Vee pin moraju biti uzemljeni. Vee pin je za aktiviranje koji je aktivni niski pin, pa ga moramo uzemljiti da bismo omogućili ovaj IC. MC14052 je analogni multiplekser, što znači da se ulazni pinovi također mogu napajati promjenjivim naponom, a isti se može dobiti i preko izlaznih pinova. Donja GIF slika pokazuje kako IC daje promjenjivi ulazni napon na temelju danih upravljačkih signala. Ulazni pinovi imaju napon 1,5 V, 2,7 V, 3,3 V i 4,8 V, koji se također dobiva na izlaznom pinu na temelju datog upravljačkog signala.

Također možemo sastaviti ovaj krug preko ploče i provjeriti rade li. Da bih to učinio, koristio sam dvije tipke kao ulaze za upravljačke igle A i B. I koristio sam niz potencijalnih kombinacija razdjelnika kako bih osigurao promjenjive napone na zatičima 12, 14, 15 i 11. Izlazni zatik 13 spojen je na LED. Promjenjivi naponi dovedeni do LED-a omogućit će promjenu svjetline na temelju upravljačkih signala. Jednom sklop sklopa u nastavku će izgledati ovako nekako

Kompletan radni video krug se također mogu naći na dnu ove stranice. Nadam se da ste razumjeli rad Multipleksera i da znate gdje ih koristiti u svojim projektima. Ako imate bilo kakvih misli ili nedoumica, ostavite ih u odjeljku za komentare u nastavku, a ja ću se potruditi odgovoriti na njih. Na forumima također možete riješiti svoje tehničke sumnje i podijeliti svoje znanje s ostalim članovima ove zajednice.