- A multiplexerek alapjai:
- 2 bemenetű multiplexerek:
- Magasabb rendű multiplexerek (4: 1 multiplexerek):
- A multiplexer gyakorlati megvalósítása az IC 4052 használatával:
A Multiplexer kifejezés, amelyet általában „ MUX ” vagy „ MPX ” néven is hívnak, a sok rendelkezésre álló bemenet közül egy kimenet kiválasztására utal. Shankar Balachandran professzor (IIT-M) a multiplexelést úgy magyarázza, hogy nagyszámú információs egységet továbbít kis csatornákon vagy vonalakon, és a digitális multiplexer egy kombinációs logikai áramkör, amely bináris információkat választ ki a sok bemeneti vonal egyikéből, és egyetlen kimeneti vonalra irányítja.
Ebben a cikkben megtudhatjuk, hogyan működnek ezek a multiplexerek, hogyan tervezhetünk egyet a projektünkhöz, és kipróbálhatunk egy gyakorlati példát a kenyérlapon, hogy ellenőrizzük a hardver működését.
A multiplexerek alapjai:
A Multiplexerek megértésének legjobb módja az, ha egyetlen pólust néz, több helyzetben, az alábbiak szerint. Itt a kapcsolónak több bemenete van D0, D1, D2 és D3, de csak egy kimeneti (kimeneti) tűje van. A vezérlőgombbal a négy rendelkezésre álló adat egyikét lehet kiválasztani, és ezek az adatok a kimeneti oldalon tükröződnek. Így a felhasználó kiválaszthatja a kívánt jelet a sok rendelkezésre álló jel közül.
Ez a mechanikus Multiplexer egyszerű példája. Nagy sebességű kapcsolást és adatátvitelt magában foglaló elektronikus áramkörökben azonban nagyon gyorsan képesnek kell lennünk kiválasztani a szükséges bemenetet digitális áramkörök segítségével. A vezérlőjelek (S1 és S0) pontosan ugyanezt teszik, a számukra elérhető jel alapján kiválasztják a sok rendelkezésre álló közül egy bemenetet. Tehát bármelyik multiplexer három alapvető és minimális feltétele a bemeneti bemeneti csapok, a kimeneti tű és a vezérlőjel
Bemeneti csapok: Ezek az elérhető jelcsapok, amelyek közül ki kell választani. Ezek a jelek lehetnek digitális jelek vagy analóg jelek.
Kimeneti tű: A multiplexer mindig csak egy kimeneti tűvel rendelkezik. A kiválasztott bemeneti tűt a kimeneti tű biztosítja.
Vezérlő / kiválasztó csap: A vezérlő csapok a bemeneti tű jelének kiválasztására szolgálnak. A Multiplexer vezérlőcsapjainak száma a bemeneti csapok számától függ. Például egy 4 bemenetű multiplexer 2 jelcsappal rendelkezik.
A megértés érdekében vegyünk egy 4 bemenetes multiplexert, amely a fent látható. Két vezérlőjellel rendelkezik, amelyek segítségével kiválaszthatjuk a rendelkezésre álló négy bemeneti vonal egyikét. Az igazságtáblázat az alábbi táblázat mutatja a vezérlőcsapok állapotát (S0 és S1) a szükséges bemeneti tű kiválasztásához.
Most, hogy megértettük a Multiplexerek alapjait, vessünk egy pillantást az alkalmazás áramkörökben leggyakrabban használt 2 és 4 bemenetű multiplexerekre.
2 bemenetű multiplexerek:
Ahogy a neve is utal egy 2-bemenetes multiplexerre, 2 bemeneti és egy kimeneti vonalunk lesz. Ezenkívül csak egy vezérlőcsappal rendelkezik a rendelkezésre álló két bemeneti tű kiválasztásához. Az alábbiakban egy 2: 1 multiplexer grafikus ábrázolása látható.
Itt a bemeneti csapok neve D0 és D1, a kimeneti tű pedig out. A felhasználó kiválaszthatja az egyik bemenetet, amely D0 vagy D1, az S0 vezérlőcsap segítségével. Ha az S0 értéket alacsonyan tartják (logika 0), akkor a D0 bemenet a kimeneti tüskén tükröződik, és ha az S0 bemenet magasan van (1. logika), akkor a D1 bemenet a kimeneti csapon jelenik meg. Az alábbiakban bemutatjuk az ugyanezt ábrázoló igazságtáblát
Amint a fenti táblázatból látható, amikor az S0 vezérlőjel 0, a kimenet a D0 jelértékeit tükrözi (kék színnel kiemelve), és hasonlóan, amikor az S0 vezérlőjel értéke 1, a kimenet a D1 jelértékeit tükrözi (pirossal kiemelve)). Kevés olyan dedikált IC-csomag van, amely multiplexerként fog működni egyenesen a csomagból, de mivel megpróbáljuk megérteni a kombinációs logikai terveket, építsük meg a fenti 2 bemenetű multiplexert logikai kapuk használatával. Az alábbiakban a logikai kapcsolási rajz látható
A logikai diagram csak a NAND kapukat használja, és így könnyen építhető tökéletes táblára vagy akár kenyérlapra is. A logikai diagram logikai kifejezése a következővel adható meg
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
Ezt a logikai kifejezést egyszerűen tovább tehetjük a közös kifejezések törlésével, így a logikai diagram sokkal egyszerűbb és könnyebben szerkeszthető lesz. Az egyszerűsített logikai kifejezést az alábbiakban adjuk meg.
Ki = S 0 ”.D 0 + S 0.D 1
Magasabb rendű multiplexerek (4: 1 multiplexerek):
Miután megértette a 2: 1 multiplexer működését, könnyen megértheti a 4: 1 multiplexer működését is. Csak annyi, hogy 4 bemeneti és 1 kimeneti érintkezője lesz két vezérlővezetékkel. Ez a két vezérlővonal 4 különböző kombinációs logikai jelet alkothat, és mindegyik jelhez egy-egy bemenet kerül kiválasztásra.
Bármely Multiplexer vezérlővonalainak száma megtalálható az alábbi képletek segítségével
2 Vezérlő vonalak száma = Bemeneti vonalak száma
Tehát például egy 2: 1 multiplexernek 1 vezérlő vonala lesz, mert 2 1 = 2, és egy 4: 1 multiplexerének 2 vezérlő vonala lesz, mert 2 2 = 4. Hasonlóképpen kiszámolhat bármely magasabb rendű multiplexert is.
Gyakran előfordul, hogy alacsonyabb rendű multiplexerekhez, például 2: 1 és 4: 1 MUX-hoz kombinálják a magasabb rendű MUX-okat, például 8: 1 Multiplexerekhez. Például próbáljunk meg egy 4: 1 arányú multiplexert megvalósítani egy 2: 1 arányú multiplexer használatával. A 4: 1 MUX 2: 1 MUX használatával történő összeállításához három 2: 1 MUX-ot kell összekapcsolnunk.
A végeredménynek 4 bemeneti tűt, 2 vezérlő / kiválasztó csapot és egy kimeneti tűt kell adnia. Ahhoz, hogy az első két MUX párhuzamosan van kötve, és akkor a kimenet az e kettő feeded bemenetként a 3 rd MUX az alábbiak szerint.
Az első két MUX vezérlő / választó vonala össze van kötve egyetlen vonallá (S 0), majd a harmadik MUX vezérlő vonalát használjuk második vezérlő / választó jelként. Végül kapunk egy multiplexert négy bemenettel (W0, W1, W2 és W3) és csak egy kimenettel (f). Az alábbiakban bemutatjuk a 4: 1 multiplexer igazságtartalmát.
Amint az a fenti táblázatból kiderül, a vezérlőjel tüskéinek (S0 és S1) minden értékkészlethez különböző kimenetet kapunk a kimeneti tüskénk bemeneti csapjaitól. Így a MUX segítségével kiválaszthatunk egyet a rendelkezésre álló négy bemeneti tű közül. Általában ezeket a vezérlőtüskéket (S0 és S1) automatikusan vezérlik egy digitális áramkör segítségével. Vannak olyan dedikált IC-k, amelyek MUX-ként működhetnek, és megkönnyítik számunkra a munkát, ezért vessünk egy pillantást rájuk.
A multiplexer gyakorlati megvalósítása az IC 4052 használatával:
Mindig érdekes a dolgokat gyakorlatilag felépíteni és ellenőrizni, hogy a megtanult elméletnek több értelme legyen. Tehát építsünk egy 4: 1 arányú multiplexert, és ellenőrizzük a működését. Az IC, amelyet itt használunk, az MC14052B, amelynek két 4: 1 multiplexere van. Az IC csatlakozóit az alábbiakban mutatjuk be
Itt az X0, X1, X2 és X3 csapok a négy bemeneti tüske, és az X csap a megfelelő kimeneti tű. Az A és B vezérlőcsapok segítségével kiválasztható a szükséges bemenet a kimeneti csaphoz. A Vdd csapnak (16. érintkező) a tápfeszültséghez kell csatlakoznia, amely + 5 V, és a Vss és a Vee csapnak földelni kell. A Vee pin engedélyezésre szolgál, amely egy aktív alacsony pin, ezért le kell földelnünk, hogy engedélyezzük ezt az IC-t. Az MC14052 egy analóg multiplexer, ami azt jelenti, hogy a bemeneti csapok változó feszültséggel is elláthatók, és ugyanezek a kimeneti csapokon keresztül is beszerezhetők. Az alábbi GIF kép azt mutatja, hogy az IC miként adja ki a változó bemeneti feszültséget a rendelkezésre álló vezérlőjelek alapján. A bemeneti csapok feszültsége 1,5 V, 2,7 V, 3,3 V és 4,8 V, amelyet szintén a kimeneti csapon kapunk a megadott vezérlőjel alapján.
Összeszerelhetjük ezt az áramkört egy kenyérlapon is, és ellenőrizhetjük, hogy működnek-e. Ehhez két nyomógombot használtam az A és B vezérlõcsapok bemenetéül. Potenciális osztókombinációk sorozatát használtam a 12, 14, 15 és 11 érintkezõk változó feszültségének biztosításához. A 13 kimeneti tüske egy VEZETTE. A LED-nek táplált változó feszültségek hatására a fényerő a vezérlőjelek alapján változik. Az egyszer felépített áramkör az alábbiak szerint fog kinézni
Az áramkör teljes munkavideója szintén az oldal alján található. Remélem, megértette a Multiplexerek működését, és tudja, hol használja őket a projektjeiben. Ha bármilyen gondolata vagy kétsége van, hagyja őket az alábbi megjegyzés részben, és megpróbálok minden tőlük telhetőt megválaszolni. A fórumokat felhasználhatja technikai kétségeinek megoldására, valamint ismereteinek megosztására a közösség többi tagja között.