- Nozioni di base sui multiplexer:
- Multiplexer a 2 ingressi:
- Multiplexer di ordine superiore (multiplexer 4: 1):
- Implementazione pratica del multiplexer utilizzando IC 4052:
Il termine Multiplexer, comunemente chiamato anche " MUX " o " MPX ", si riferisce alla selezione di un'uscita tra i numerosi ingressi disponibili. Il professor Shankar Balachandran (IIT-M) spiega il multiplexing come il metodo per trasmettere un gran numero di unità di informazioni su un piccolo numero di canali o linee e un multiplexer digitale è un circuito logico combinatorio che seleziona le informazioni binarie da una delle tante linee di ingresso e lo indirizza a una singola linea di uscita.
In questo articolo impareremo come funzionano questi Multiplexer, come progettarne uno per il nostro progetto e proveremo anche un esempio pratico su una breadboard per controllare il funzionamento dell'Hardware.
Nozioni di base sui multiplexer:
Il modo migliore per capire i multiplexer è guardare un polo multiplo multiplo come mostrato di seguito. Qui lo switch ha più ingressi D0, D1, D2 e D3 ma ha un solo pin di uscita (Out). La manopola Control viene utilizzata per selezionare uno dei quattro dati disponibili e questi dati verranno riflessi sul lato di uscita. In questo modo l'utente può selezionare il segnale richiesto tra i tanti segnali disponibili.
Questo è un semplice esempio di multiplexer meccanico. Ma nel circuito elettronico che prevede la commutazione ad alta velocità e il trasferimento dei dati dovremmo essere in grado di selezionare l'ingresso richiesto molto velocemente utilizzando circuiti digitali. I segnali di Controllo (S1 e S0) fanno esattamente lo stesso, selezionano un ingresso tra i tanti disponibili in base al segnale loro fornito. Quindi i tre termini di base e minimi su qualsiasi Multiplexer saranno Pin di ingresso di ingresso, Pin di uscita e Segnale di controllo
Pin di ingresso: questi sono i pin di segnale disponibili da cui selezionare uno. Questi segnali possono essere un segnale digitale o un segnale analogico.
Pin di uscita: un multiplexer avrà sempre un solo pin di uscita. Il segnale del pin di ingresso selezionato sarà fornito dal pin di uscita.
Pin di controllo / selezione: i pin di controllo vengono utilizzati per selezionare il segnale del pin di ingresso. Il numero di pin di controllo su un multiplexer dipende dal numero di pin di ingresso. Ad esempio, un multiplexer a 4 ingressi avrà 2 pin di segnale.
Per scopi di comprensione, consideriamo un multiplexer a 4 ingressi mostrato sopra. Dispone di due segnali di controllo tramite i quali possiamo selezionare una delle quattro linee di ingresso disponibili. La tabella di verità di seguito illustra lo stato dei pin di controllo (S0 e S1) per la selezione del pin di ingresso richiesto.
Ora che abbiamo compreso le basi dei multiplexer, diamo un'occhiata ai multiplexer a 2 ingressi e ai multiplexer a 4 ingressi che sono più comunemente usati nei circuiti applicativi.
Multiplexer a 2 ingressi:
Come suggerisce il nome per un multiplexer a 2 ingressi, avremo 2 linee di ingresso e una di uscita. Inoltre avrà un solo pin di controllo per selezionare tra i due pin di ingresso disponibili. Di seguito è mostrata una rappresentazione grafica di un multiplexer 2: 1.
Qui i pin di input sono chiamati D0 e D1 e il pin di output è chiamato out. L'utente può selezionare uno degli ingressi che è D0 o D1 utilizzando il pin di controllo S0. Se S0 viene mantenuto basso (0 logico), l'ingresso D0 verrà riflesso sul pin di uscita e se l'ingresso S0 viene mantenuto alto (1 logico), l'ingresso D1 verrà riflesso sul pin di uscita. La tabella di verità che rappresenta lo stesso è mostrata di seguito
Come puoi vedere dalla tabella sopra, quando il segnale di controllo S0 è 0 l'uscita riflette i valori del segnale di D0 (evidenziati in blu) e similmente quando il segnale di controllo S0 è 1 l'uscita riflette i valori del segnale di D1 (evidenziati in rosso). Ci sono pochi pacchetti IC dedicati che funzioneranno come multiplexer direttamente dal pacchetto, ma poiché stiamo cercando di comprendere i progetti di logica combinatoria, costruiamo il multiplexer a 2 ingressi sopra utilizzando porte logiche. Lo schema del circuito logico per lo stesso è mostrato di seguito
Il diagramma logico utilizza solo le porte NAND e quindi può essere facilmente costruito su una scheda perf o anche su una breadboard. L'espressione booleana per il diagramma logico può essere data da
Out = S 0 '.D 0 '.D 1 + S 0 '.D 0.D 1 + S 0.D 0.D 1 ' + S 0.D 0.D 1
Possiamo ulteriormente semplicemente questa espressione booleana usando l'annullamento dei termini comuni, in modo che il diagramma logico diventi molto più semplice e facile da costruire. Di seguito viene fornita l'espressione booleana semplificata.
Out = S 0 '.D 0 + S 0.D 1
Multiplexer di ordine superiore (multiplexer 4: 1):
Una volta compreso il funzionamento di un multiplexer 2: 1, dovrebbe essere facile capire anche il multiplexer 4: 1. È solo che avrà 4 pin di ingresso e 1 pin di uscita con due linee di controllo. Queste due linee di controllo possono formare 4 differenti segnali logici combinatori e per ogni segnale verrà selezionato un particolare ingresso.
Il numero di linee di controllo per qualsiasi Multiplexer può essere trovato utilizzando le formule seguenti
2 Numero di linee di controllo = Numero di linee di ingresso
Quindi, per esempio, un Multiplexer 2: 1 avrà 1 linea di controllo perché 2 1 = 2 e un Multiplexer 4: 1 avrà 2 linee di controllo perché 2 2 = 4. Allo stesso modo puoi calcolare per qualsiasi Multiplexer di ordine superiore.
È anche comune combinare multiplexer di ordine inferiore come MUX 2: 1 e 4: 1 per formare MUX di ordine superiore come Multiplexer 8: 1. Ora, ad esempio, proviamo a implementare un multiplexer 4: 1 utilizzando un multiplexer 2: 1. Per costruire un MUX 4: 1 usando un MUX 2: 1, dovremo combinare tre MUX 2: 1 insieme.
Il risultato finale dovrebbe darci 4 pin di ingresso, 2 pin di controllo / selezione e un pin di uscita. Per realizzare i primi due MUX si collega in parallelo e poi le uscite di quei due vengono alimentate come ingresso al 3 ° MUX come mostrato sotto.
La linea di controllo / selezione dei primi due MUX è collegata tra loro per formare un'unica linea (S 0) e quindi la linea di controllo del 3 ° MUX viene utilizzata come secondo segnale di controllo / selezione. Così finalmente otteniamo un multiplexer con quattro ingressi (W0, W1, W2 e W3) e una sola uscita (f). La tabella di verità per un multiplexer 4: 1 è mostrata di seguito.
Come puoi vedere nella tabella sopra, per ogni set di valori forniti ai pin del segnale di controllo (S0 e S1) otteniamo un'uscita diversa dai pin di ingresso sul nostro pin di uscita. In questo modo possiamo utilizzare il MUX per selezionare uno dei quattro pin di ingresso disponibili con cui lavorare. Normalmente questi pin di controllo (S0 e S1) saranno controllati automaticamente utilizzando un circuito digitale. Ci sono alcuni circuiti integrati dedicati che possono fungere da MUX e semplificarci il lavoro, quindi diamo un'occhiata a loro.
Implementazione pratica del multiplexer utilizzando IC 4052:
È sempre interessante costruire e verificare le cose praticamente, in modo tale che la teoria che apprendiamo abbia più senso. Quindi costruiamo un multiplexer 4: 1 e controlliamo come funziona. L'IC che stiamo usando qui è l' MC14052B che ha due multiplexer 4: 1 al suo interno. La piedinatura dell'IC è mostrata di seguito
Qui i pin X0, X1, X2 e X3 sono i quattro pin di ingresso e il pin X è il pin di uscita corrispondente. I pin di controllo A e B vengono utilizzati per selezionare l'ingresso richiesto al pin di uscita. Il pin Vdd (pin 16) deve essere collegato alla tensione di alimentazione che è + 5V e i pin Vss e Vee devono essere messi a terra. Il pin Vee è per l'abilitazione che è un pin basso attivo, quindi dobbiamo collegarlo a terra per abilitare questo IC. L'MC14052 è un multiplexer analogico, il che significa che i pin di ingresso possono anche essere alimentati con tensione variabile e lo stesso può essere ottenuto tramite i pin di uscita. L'immagine GIF sottostante mostra come l'IC emette una tensione di ingresso variabile in base ai segnali di controllo forniti. I pin di ingresso hanno la tensione di 1,5 V, 2,7 V, 3,3 V e 4,8 V che si ottiene anche sul pin di uscita in base al segnale di controllo fornito.
Possiamo anche assemblare questo circuito su una breadboard e controllare se funzionano. Per farlo ho usato due pulsanti sono gli ingressi per i pin di controllo A e B. E ho usato una serie di potenziali combinazioni di divisori per fornire tensioni variabili per i pin 12, 14, 15 e 11. Il pin di uscita 13 è collegato a un GUIDATO. Le tensioni variabili fornite al LED gli faranno variare la luminosità in base ai segnali di controllo. Il circuito una volta costruito sarà simile a questo di seguito
Il video completo di funzionamento del circuito si trova anche in fondo a questa pagina. Spero che tu abbia capito il funzionamento dei multiplexer e sappia dove usarli nei tuoi progetti. Se hai pensieri o dubbi lasciali nella sezione commenti qui sotto e farò del mio meglio per risponderti. Puoi anche utilizzare i forum per risolvere i tuoi dubbi tecnici e condividere le tue conoscenze tra gli altri membri di questa comunità.