Мултиплексорна схема и как работи

Терминът мултиплексор, който също често се нарича „ MUX “ или „ MPX “, се отнася до избор на един изход от многото налични входове. Професор Шанкар Балачандран (IIT-M) обяснява мултиплексирането като метод за предаване на голям брой информационни единици през малък брой канали или линии, а цифровият мултиплексор е комбинационна логическа схема, която избира двоична информация от една от многото входни линии и насочва го към един изходен ред.

В тази статия ще научим как работят тези мултиплексори, как да проектираме такъв за нашия проект и също така ще изпробваме практически пример на макет, за да проверим работата по хардуера.

Основи на мултиплексорите:

Най-добрият начин да разберете мултиплексорите е като разгледате еднополюсно мултипозициониране, както е показано по-долу. Тук превключвателят има множество входове D0, D1, D2 и D3, но има само един изход (изход) щифт. Копчето за управление се използва за избор на една от четирите налични данни и тези данни ще бъдат отразени на изходната страна. По този начин потребителят може да избере необходимия сигнал измежду много налични сигнали.

Това е обикновен пример за механичен мултиплексор. Но в електронна схема, която включва високоскоростно превключване и трансфер на данни, ние трябва да можем да изберем необходимия вход много бързо, използвайки цифрови схеми. Контролните сигнали (S1 и S0) правят абсолютно същото, те избират един вход от многото налични базирани на подадения им сигнал. Така че трите основни и минимални минимални условия за всеки мултиплексор ще бъдат входни изводи, изходен щифт и контролен сигнал

Входни щифтове: Това са наличните сигнални щифтове, от които трябва да бъде избран. Тези сигнали могат да бъдат цифров сигнал или аналогов сигнал.

Изходен щифт: Мултиплексорът винаги ще има само един изходен щифт. Избраният входен пинов сигнал ще бъде осигурен от изходния пинов.

Контролен / селекционен щифт: Контролните щифтове се използват за избор на входния пинов сигнал. Броят на контролните щифтове на мултиплексор зависи от броя на входните щифтове. Например 4-входният мултиплексор ще има 2 сигнални щифта.

За разбиране, нека разгледаме мултиплексор с 4 входа, който е показан по-горе. Той има два управляващи сигнала, чрез които можем да изберем една от наличните четири входни линии. Таблицата на истината по-долу илюстрира състоянието на контролните щифтове (S0 и S1) за избор на необходимия входен щифт.

Сега, след като разбрахме основите на мултиплексорите, нека да разгледаме мултиплексорите с 2 входа и мултиплексорите с 4 входа, които са най-често използвани в схемите за приложения.

2-входни мултиплексори:

Както подсказва името за мултиплексори с 2 входа, ще имаме 2 входни линии и една изходна линия. Също така той ще има само един контролен щифт, за да избира между наличните два входни щифта. Графично представяне на мултиплексор 2: 1 е показано по-долу.

Тук входните щифтове са обозначени като D0 и D1, а изходният щифт е наречен като out. Потребителят може да избере един от входовете, който е или D0, или D1, като използва контролния щифт S0. Ако S0 се поддържа ниско (логика 0), тогава входът D0 ще се отразява на изходния щифт и ако входът S0 се поддържа висок (логика 1), тогава входът D1 ще се отразява на изходния щифт. Таблицата на истината, представяща същото, е показана по-долу

Както можете да видите от таблицата по-горе, когато управляващият сигнал S0 е 0, изходът отразява стойностите на сигнала на D0 (подчертано в синьо) и по подобен начин, когато управляващият сигнал S0 е 1, изходът отразява стойностите на сигнала на D1 (маркиран в червено). Има няколко специализирани IC пакета, които ще работят като мултиплексори направо от пакета, но тъй като се опитваме да разберем комбинационните логически проекти, нека изградим горния 2-входен мултиплексор, като използваме логически порти. Диаграмата на логическата схема за същото е показана по-долу

Логическата диаграма използва само NAND портите и следователно може лесно да се изгради върху перфектна дъска или дори върху макет. Булевият израз за логическата диаграма може да бъде даден чрез

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

Можем по-нататък просто да използваме този булев израз, като използваме отмяна на общите термини, така че логическата диаграма да стане много по-проста и лесна за конструиране. Опростеният булев израз е даден по-долу.

Изход = S ₀ '.D ₀ + S ₀.D ₁

Мултиплексори с по-висок ред (мултиплексор 4: 1):

След като разберете работата на мултиплексор 2: 1, трябва да е лесно да разберете и мултиплексора 4: 1. Просто ще има 4 входни щифта и 1 изходни щифта с две контролни линии. Тези две управляващи линии могат да формират 4 различни комбинационни логически сигнала и за всеки сигнал ще бъде избран един конкретен вход.

Броят на контролните линии за всеки мултиплексор може да бъде намерен, като се използват формулите по-долу

2 ^{Брой контролни линии} = Брой входни линии

Така например, мултиплексор 2: 1 ще има 1 контролна линия, защото 2 ¹ = 2, а мултиплексор 4: 1 ще има 2 контролни линии, защото 2 ² = 4. По същия начин можете да изчислите за всеки мултиплексор от по-висок ред.

Също така е обичайно да се комбинират мултиплексори от по-нисък ред като 2: 1 и 4: 1 MUX, за да се образува MUX от по-висок ред като 8: 1 мултиплексор. Сега, нека се опитаме да приложим мултиплексор 4: 1, използвайки мултиплексор 2: 1. За да изградим 4: 1 MUX, използвайки MUX 2: 1, ще трябва да комбинираме три MUX 2: 1 заедно.

Крайният резултат трябва да ни даде 4 входни щифта, 2 контролни / изборни щифта и един изходен щифт. За постигане на първите две MUX е свързан паралелно и след това на изхода на тези две се захранва като вход за 3 ^-то MUX, както е показано по-долу.

Линията за управление / избор на първите два MUX е свързана заедно, за да образува единична линия (S ₀) и след това контролната линия на 3 ^-ти MUX се използва като втори сигнал за управление / избор. Така накрая получаваме мултиплексор с четири входа (W0, W1, W2 и W3) и само един изход (f). Таблицата на истината за мултиплексор 4: 1 е показана по-долу.

Както можете да видите в таблицата по-горе, за всеки набор от стойности, предоставени на щифтовете за контролен сигнал (S0 и S1), ние получаваме различен изход от входните щифтове на нашия изходен щифт. По този начин можем да използваме MUX, за да изберем един от наличните четири входни щифта, с които да работим. Обикновено тези контролни щифтове (S0 и S1) ще се управляват автоматично с помощта на цифрова схема. Има определени специализирани интегрални схеми, които могат да действат като MUX и да ни улеснят работата, така че нека ги разгледаме.

Практическо внедряване на мултиплексор с помощта на IC 4052:

Винаги е интересно да изграждаме и проверяваме нещата на практика, така че теорията, която изучаваме, да има по-голям смисъл. Така че нека да изградим мултиплексор 4: 1 и да проверим как работи. IC, който използваме тук, е MC14052B, който има два мултиплексора 4: 1 вътре в себе си. Пиновете на IC са показани по-долу

Тук щифтовете X0, X1, X2 и X3 са четирите входни щифта, а щифтът X е съответният изходен щифт. Контролните щифтове A и B се използват за избор на необходимия вход към изходния щифт. Пинът Vdd (щифт 16) трябва да се свърже към захранващото напрежение, което е + 5V и щифтът Vss и Vee трябва да бъде заземен. Vee щифтът е за активиране, който е активен нисък щифт, така че трябва да го заземим, за да активираме този IC. MC14052 е аналогов мултиплексор, което означава, че входните щифтове също могат да бъдат снабдени с променливо напрежение и същото може да бъде получено чрез изходните щифтове. По-долу GIF изображение показва как IC извежда променливо входно напрежение въз основа на предоставените управляващи сигнали. Входните щифтове имат напрежение 1.5V, 2.7V, 3.3V и 4.8V, което също се получава на изходния щифт въз основа на дадения контролен сигнал.

Също така можем да сглобим тази схема върху макет и да проверим дали работят. За целта използвах два бутона, които са входове за контролните щифтове A и B. И използвах серия от потенциални комбинации от разделители, за да осигуря променливо напрежение за щифтовете 12, 14, 15 и 11. Изходният щифт 13 е свързан към LED. Променливите напрежения, подадени към светодиода, ще го накарат да променя яркостта въз основа на управляващите сигнали. Веднъж изградената схема ще изглежда по-долу по следния начин

В пълен работен видеото на веригата може да се намери в долната част на тази страница. Надявам се, че сте разбрали работата на мултиплексорите и знаете къде да ги използвате във вашите проекти. Ако имате някакви мисли или съмнения, оставете ги в раздела за коментари по-долу и аз ще се постарая да отговоря на тях. Можете също да използвате форумите, за да разрешите техническите си съмнения и да споделите знанията си с други членове на тази общност.