- Conceptes bàsics dels multiplexors:
- Multiplexors de 2 entrades:
- Multiplexors d’ordre superior (multiplexor 4: 1):
- Implementació pràctica del multiplexor mitjançant IC 4052:
El terme multiplexor, que també s'anomena " MUX " o " MPX ", fa referència a la selecció d'una sortida de les moltes entrades disponibles. El professor Shankar Balachandran (IIT-M) explica la multiplexació com el mètode de transmissió d’un gran nombre d’unitats d’informació a través d’un nombre reduït de canals o línies i un multiplexor digital és un circuit lògic combinacional que selecciona informació binària d’una de les moltes línies d’entrada i el dirigeix a una única línia de sortida.
En aquest article, aprendrem com funcionen aquests multiplexors, com dissenyar-ne un per al nostre projecte i també provarem un exemple pràctic en una taula de verificació per comprovar el funcionament del maquinari.
Conceptes bàsics dels multiplexors:
La millor manera d’entendre els multiplexors és mirant un poliposició multipolar com es mostra a continuació. Aquí el commutador té diverses entrades D0, D1, D2 i D3, però només té un pin de sortida (Out). El comandament de control s’utilitza per seleccionar una de les quatre dades disponibles i aquestes dades es reflectiran a la part de sortida. D'aquesta manera, l'usuari pot seleccionar el senyal requerit entre molts senyals disponibles.
Aquest és un simple exemple de multiplexor mecànic. Però en els circuits electrònics que impliquen commutació d’alta velocitat i transferències de dades, hauríem de poder seleccionar l’entrada necessària molt ràpidament mitjançant circuits digitals. Els senyals de control (S1 i S0) fan exactament el mateix, seleccionen una entrada de les moltes disponibles basades en el senyal que se'ls proporciona. Per tant, els tres termes mínims bàsics i bàsics de qualsevol multiplexor seran els pins d'entrada, el pin de sortida i el senyal de control
Pins d'entrada: són els pins de senyal disponibles dels quals cal seleccionar-ne un. Aquests senyals poden ser un senyal digital o un senyal analògic.
Pin de sortida: un multiplexor sempre només tindrà un pin de sortida. El senyal del pin d'entrada seleccionat el proporcionarà el pin de sortida.
Pin de control / selecció: els pins de control s’utilitzen per seleccionar el senyal del pin d’entrada. El nombre de pins de control en un multiplexor depèn del nombre de pins d'entrada. Per exemple, un multiplexor de 4 entrades tindrà 2 pins de senyal.
Per tal d’entendre-ho, considerem un multiplexor de 4 entrades que es mostra més amunt. Té dos senyals de control mitjançant els quals podem seleccionar una de les quatre línies d’entrada disponibles. La taula de veritat següent il·lustra l'estat dels pins de control (S0 i S1) per seleccionar el pin d'entrada requerit.
Ara, ja que hem entès el bàsic dels multiplexors, fem una ullada als multiplexors de 2 entrades i als multiplexors de 4 entrades que s’utilitzen més habitualment en els circuits d’aplicacions.
Multiplexors de 2 entrades:
Com el seu nom indica per a un multiplexor de 2 entrades, tindrem 2 línies d'entrada i una línia de sortida. A més, només tindrà un pin de control per seleccionar entre els dos pins d'entrada disponibles. A continuació es mostra una representació gràfica d’un multiplexor 2: 1.
Aquí els pins d'entrada s'anomenen D0 i D1 i el pin de sortida es diu fora. L'usuari pot seleccionar una de les entrades que sigui D0 o D1 mitjançant el pin de control S0. Si S0 es manté baix (lògica 0), l’entrada D0 es reflectirà al pin de sortida i, si l’entrada S0 es manté alta (lògica 1), l’entrada D1 es reflectirà al pin de sortida. La taula de veritat que representa el mateix es mostra a continuació
Com podeu veure a la taula anterior, quan el senyal de control S0 és 0, la sortida reflecteix els valors del senyal de D0 (ressaltats en blau) i de manera similar quan el senyal de control S0 és 1, la sortida reflecteix els valors del senyal de D1 (ressaltats en vermell)). Hi ha pocs paquets IC dedicats que funcionaran com a multiplexors directament fora del paquet, però com que estem intentant entendre els dissenys de lògica combinacional, construïm el multiplexor de 2 entrades anterior mitjançant l'ús de portes lògiques. A continuació es mostra el diagrama lògic del circuit
El diagrama lògic només utilitza les portes NAND i, per tant, es pot construir fàcilment sobre un tauler de perfils o fins i tot sobre una taula de treball. L'expressió booleana del diagrama lògic pot ser donada per
Fora = S 0 '.D 0 '.D 1 + S 0 '.D 0.D 1 + S 0.D 0.D 1 ' + S 0.D 0.D 1
Podem simplificar aquesta expressió booleana mitjançant la cancel·lació dels termes comuns, de manera que el diagrama lògic sigui molt més senzill i fàcil de construir. A continuació es mostra l’expressió booleana simplificada.
Fora = S 0 '.D 0 + S 0.D 1
Multiplexors d’ordre superior (multiplexor 4: 1):
Un cop hàgiu entès el funcionament d’un multiplexor 2: 1, hauria de ser fàcil entendre també el multiplexor 4: 1. És que tindrà 4 pins d'entrada i 1 pins de sortida amb dues línies de control. Aquestes dues línies de control poden formar 4 senyals lògics combinacionals diferents i per a cada senyal se seleccionarà una entrada particular.
El nombre de línies de control per a qualsevol multiplexor es pot trobar mitjançant les fórmules següents
2 Nombre de línies de control = Nombre de línies d'entrada
Així, per exemple, un multiplexor 2: 1 tindrà 1 línia de control perquè 2 1 = 2 i un multiplexor 4: 1 tindrà 2 línies de control perquè 2 2 = 4. De la mateixa manera, podeu calcular per a qualsevol multiplexor d’ordre superior.
També és comú combinar-los amb multiplexors d’ordre inferior, com ara MUX 2: 1 i 4: 1, per formar MUX d’ordre superior, com ara multiplexors 8: 1. Ara, per exemple, intentem implementar un multiplexor 4: 1 mitjançant un multiplexor 2: 1. Per construir un MUX 4: 1 mitjançant un MUX 2: 1, haurem de combinar tres MUX 2: 1 junts.
El resultat final ens hauria de donar 4 pins d'entrada, 2 pins de control / selecció i un pin de sortida. Per aconseguir els dos primers MUX es connecta en paral·lel i després la sortida d'aquests dos s'alimenta com a entrada al 3r MUX com es mostra a continuació.
La línia de control / selecció dels dos primers MUX es connecta junts per formar una sola línia (S 0) i després es fa servir la línia de control del 3r MUX com a segon senyal de control / selecció. Finalment, obtenim un multiplexor amb quatre entrades (W0, W1, W2 i W3) i només una sortida (f). A continuació es mostra la taula de veritat per a un multiplexor 4: 1.
Com podeu veure a la taula anterior, per a cada conjunt de valor proporcionat als pins de senyal de control (S0 i S1) obtenim una sortida diferent dels pins d'entrada del nostre pin de sortida. D'aquesta manera, podem utilitzar el MUX per seleccionar-ne un entre els quatre pins d'entrada disponibles per treballar. Normalment, aquests pins de control (S0 i S1) es controlaran automàticament mitjançant un circuit digital. Hi ha certs IC dedicats que poden actuar com a MUX i facilitar-nos la feina, així que fem-hi una ullada.
Implementació pràctica del multiplexor mitjançant IC 4052:
Sempre és interessant construir i verificar les coses de manera pràctica, de manera que la teoria que aprenem tindria més sentit. Per tant, construïm un multiplexor 4: 1 i comprovem el seu funcionament. El CI que estem utilitzant aquí és MC14052B que té dos multiplexors 4: 1 al seu interior. A continuació es mostren els pinouts de l’IC
Aquí els pins X0, X1, X2 i X3 són els quatre pins d'entrada i el pin X és el seu pin de sortida corresponent. Els pins de control A i B s’utilitzen per seleccionar l’entrada necessària al pin de sortida. El pin Vdd (pin 16) ha de connectar-se a la tensió d’alimentació que és de + 5 V i el pin Vss i Vee hauria d’estar connectat a terra. El pin Vee és per habilitar, que és un pin baix actiu, de manera que hem de posar-lo a terra per habilitar aquest IC. El MC14052 és un multiplexor analògic que significa que els pins d'entrada també es poden subministrar amb voltatge variable i es pot obtenir el mateix mitjançant els pins de sortida. La imatge GIF següent mostra com l'IC genera voltatge d'entrada variable segons els senyals de control proporcionats. Els pins d'entrada tenen el voltatge 1,5V, 2,7V, 3,3V i 4,8V que també s'obté en el pin de sortida en funció del senyal de control donat.
També podem muntar aquest circuit sobre una placa de verificació i comprovar si funcionen. Per fer-ho, he utilitzat dos botons polsadors que són entrades per als pins de control A i B. I he utilitzat una sèrie de combinacions de divisors potencials per proporcionar tensions variables per als pins 12, 14, 15 i 11. El pin 13 de sortida està connectat a un LED. Les tensions variables subministrades al LED faran que variï la brillantor en funció dels senyals de control. El circuit, una vegada construït, tindrà un aspecte semblant a continuació
El vídeo de treball complet del circuit també es pot trobar a la part inferior d’aquesta pàgina. Espero que hagueu entès el funcionament dels multiplexors i sàpiga on utilitzar-los en els vostres projectes. Si teniu algun pensament o dubte, deixeu-los a la secció de comentaris a continuació i faré tot el possible per respondre-hi. També podeu utilitzar els fòrums per resoldre els vostres dubtes tècnics i compartir el vostre coneixement entre altres membres d’aquesta comunitat.