Multiplexercircuit en hoe het werkt

De term Multiplexer, die ook gewoonlijk " MUX " of " MPX " wordt genoemd, verwijst naar het selecteren van een uitgang van de vele beschikbare ingangen. Professor Shankar Balachandran (IIT-M) legt uit dat multiplexing de methode is om een ​​groot aantal informatie-eenheden over een klein aantal kanalen of lijnen te verzenden en een digitale multiplexer is een combinatorisch logisch circuit dat binaire informatie selecteert uit een van de vele invoerlijnen en leidt het naar een enkele uitgangslijn.

In dit artikel zullen we leren hoe deze multiplexers werken, hoe we er een kunnen ontwerpen voor ons project en we zullen ook een praktisch voorbeeld op een breadboard uitproberen om de werking van de hardware te controleren.

Basisprincipes van multiplexers:

De beste manier om multiplexers te begrijpen, is door naar een eenpolige meervoudige positie te kijken, zoals hieronder weergegeven. Hier heeft de schakelaar meerdere ingangen D0, D1, D2 en D3, maar hij heeft slechts één uitgang (uit) pin. De regelknop wordt gebruikt om een ​​van de vier beschikbare gegevens te selecteren en deze gegevens worden weergegeven aan de uitvoerzijde. Op deze manier kan de gebruiker het gewenste signaal selecteren uit de vele beschikbare signalen.

Dit is een duidelijk voorbeeld van een mechanische multiplexer. Maar in elektronische schakelingen die hoge snelheidsschakelingen en gegevensoverdrachten vereisen, zouden we in staat moeten zijn om de vereiste ingang zeer snel te selecteren met behulp van digitale schakelingen. De stuursignalen (S1 en S0) doen precies hetzelfde, ze selecteren een van de vele beschikbare ingangssignalen op basis van het signaal dat ze ontvangen. Dus de drie basis- en absolute minimumvoorwaarden op elke multiplexer zijn Input Input Pins, Output Pin en Control Signal

Input Pins: Dit zijn de beschikbare signaalpinnen waaruit er een moet worden geselecteerd. Deze signalen kunnen een digitaal signaal of een analoog signaal zijn.

Uitgangspen: een multiplexer heeft altijd maar één uitgangspen. Het geselecteerde input-pinsignaal wordt geleverd door de output-pin.

Besturings- / selectiepen: de besturingspennen worden gebruikt om het ingangspennen te selecteren. Het aantal controlepinnen op een multiplexer is afhankelijk van het aantal inputpinnen. Een multiplexer met 4 ingangen heeft bijvoorbeeld 2 signaalpinnen.

Laten we voor een goed begrip een multiplexer met 4 ingangen bekijken die hierboven wordt weergegeven. Het heeft twee besturingssignalen waarmee we een van de beschikbare vier ingangslijnen kunnen selecteren. De waarheidstabel hieronder illustreert de status van regelpinnen (S0 en S1) voor het selecteren van de vereiste ingangspen.

Nu we de basis van multiplexers hebben begrepen, laten we eens kijken naar de multiplexers met 2 ingangen en multiplexers met 4 ingangen die het meest worden gebruikt in toepassingsschakelingen.

Multiplexers met 2 ingangen:

Zoals de naam suggereert voor een 2-Input Multiplexer, hebben we 2 Inputlijnen en één Outputlijnen. Het heeft ook maar één controlepin om te kiezen tussen de beschikbare twee inputpinnen. Een grafische weergave van een 2: 1 multiplexer wordt hieronder getoond.

Hier worden de invoerpennen genoemd als D0 en D1 en wordt de uitvoerpen genoemd als uit. De gebruiker kan een van de ingangen D0 of D1 selecteren met behulp van de Control Pin S0. Als S0 laag wordt gehouden (logische 0), wordt de ingang D0 gereflecteerd op de uitgangspen en als de ingang S0 hoog wordt gehouden (logische 1), wordt de ingang D1 gereflecteerd op de uitgangspen. De waarheidstabel die hetzelfde vertegenwoordigt, wordt hieronder weergegeven

Zoals u kunt zien in de bovenstaande tabel, geeft de uitgang de signaalwaarden van D0 weer (blauw gemarkeerd) als het stuursignaal S0 gelijk is aan 0, en als het stuursignaal S0 1 is, geeft de uitgang de signaalwaarden van D1 weer (rood gemarkeerd).). Er zijn enkele speciale IC-pakketten die direct als multiplexers zullen werken, maar aangezien we proberen de combinationele logische ontwerpen te begrijpen, laten we de bovenstaande multiplexer met twee ingangen bouwen met behulp van logische poorten. Het logische schakelschema voor hetzelfde wordt hieronder getoond

Het logicaschema gebruikt alleen de NAND-poorten en kan daarom eenvoudig op een perfboard of zelfs op een breadboard worden gebouwd. De Booleaanse uitdrukking voor het logica-diagram kan worden gegeven door

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

We kunnen deze Booleaanse uitdrukking eenvoudig verder zetten door de algemene termen weg te werken, zodat het logicaschema veel eenvoudiger en gemakkelijker te construeren wordt. De vereenvoudigde Booleaanse uitdrukking wordt hieronder gegeven.

Uit = S ₀ '.D ₀ + S ₀.D ₁

Multiplexers van hogere orde (4: 1 multiplexer):

Als u eenmaal de werking van een 2: 1-multiplexer begrijpt, zou het gemakkelijk moeten zijn om ook de 4: 1-multiplexer te begrijpen. Het is alleen dat het 4 invoerpinnen en 1 uitvoerpinnen heeft met twee besturingslijnen. Deze twee stuurlijnen kunnen 4 verschillende combinatorische logische signalen vormen en voor elk signaal wordt een bepaalde ingang geselecteerd.

Het aantal controlelijnen voor elke multiplexer kan worden gevonden met behulp van de onderstaande formules

2 ^{Aantal controlelijnen} = aantal invoerregels

Een 2: 1 Multiplexer heeft bijvoorbeeld 1 stuurlijn omdat 2 ¹ = 2 en een 4: 1 Multiplexer 2 stuurlijnen omdat 2 ² = 4. Op dezelfde manier kun je rekenen voor Multiplexers van een hogere orde.

Het is ook gebruikelijk om te combineren met multiplexers van een lagere orde, zoals 2: 1 en 4: 1 MUX, om MUX van hogere orde te vormen, zoals een 8: 1 multiplexer. Laten we nu bijvoorbeeld proberen een 4: 1 multiplexer te implementeren met een 2: 1 multiplexer. Om een ​​4: 1 MUX te construeren met een 2: 1 MUX, zullen we drie 2: 1 MUX samen moeten combineren.

Het eindresultaat zou ons 4 Input-pinnen, 2 Control / Select-pinnen en één output-pin moeten opleveren. Om de eerste twee MUX's te bereiken, wordt deze parallel geschakeld en vervolgens wordt de uitvoer van die twee als invoer naar de ^derde MUX gevoerd, zoals hieronder wordt weergegeven.

De besturing / selectielijn van de eerste twee MUX samen verbonden met een enkele lijn (S vormen ₀) en de stuurleiding van de 3 ^e MUX wordt gebruikt als tweede regelsignaal / selectiesignaal. Zo krijgen we uiteindelijk een multiplexer met vier ingangen (W0, W1, W2 en W3) en slechts één uitgang (f). De waarheidstabel voor een 4: 1 multiplexer wordt hieronder weergegeven.

Zoals u in de bovenstaande tabel kunt zien, krijgen we voor elke set waarden die aan de stuursignaalpennen (S0 en S1) wordt verstrekt een andere uitvoer dan de invoerpennen op onze uitvoerpen. Op deze manier kunnen we de MUX gebruiken om een ​​van de beschikbare vier invoerpinnen te selecteren om mee te werken. Normaal gesproken worden deze regelpinnen (S0 en S1) automatisch aangestuurd met behulp van een digitaal circuit. Er zijn bepaalde speciale IC's die als MUX kunnen fungeren en het werk voor ons gemakkelijk maken, dus laten we ze eens bekijken.

Praktische implementatie van multiplexer met behulp van IC 4052:

Het is altijd interessant om dingen praktisch op te bouwen en te verifiëren, zodat de theorie die we leren logischer is. Dus laten we een 4: 1 multiplexer bouwen en kijken hoe het werkt. Het IC dat we hier gebruiken is MC14052B met daarin twee 4: 1 multiplexers. De pinouts van de IC worden hieronder weergegeven

Hier zijn de pinnen X0, X1, X2 en X3 de vier invoerpennen en de pen X is de overeenkomstige uitvoerpen. De controlepennen A en B worden gebruikt om de vereiste input naar de outputpin te selecteren. De Vdd-pin (pin 16) moet worden aangesloten op de voedingsspanning die + 5V is en de Vss- en Vee-pin moeten worden geaard. De Vee-pin is voor enable, wat een actieve lage pin is, dus we moeten deze aarden om dit IC in te schakelen. De MC14052 is een analoge multiplexer, wat betekent dat de ingangspennen ook van variabele spanning kunnen worden voorzien en hetzelfde kan worden verkregen via de uitgangspennen. De onderstaande GIF-afbeelding laat zien hoe de IC een variabele ingangsspanning uitvoert op basis van de geleverde stuursignalen. De ingangspennen hebben de spanning 1.5V, 2.7V, 3.3V en 4.8V die ook wordt verkregen op de uitgangspen op basis van het gegeven stuursignaal.

We kunnen dit circuit ook over een breadboard in elkaar zetten en controleren of ze werken. Om dat te doen heb ik twee drukknoppen gebruikt die ingangen zijn voor de controlepennen A en B.En ik heb een reeks potentiaalverdelercombinaties gebruikt om variabele spanningen te leveren voor de pennen 12, 14, 15 en 11. De uitgangspen 13 is verbonden met een LED. De variabele spanningen die aan de LED worden geleverd, zorgen ervoor dat de helderheid varieert op basis van de stuursignalen. Het circuit dat eenmaal is gebouwd, ziet er hieronder ongeveer zo uit

De complete werkvideo van het circuit vind je ook onderaan deze pagina. Ik hoop dat je de werking van multiplexers hebt begrepen en weet waar je ze in je projecten kunt gebruiken. Als je gedachten of twijfels hebt, laat ze dan achter in de commentaarsectie hieronder en ik zal mijn best doen om erop te reageren. U kunt de forums ook gebruiken om uw technische twijfels op te lossen en uw kennis te delen met andere leden van deze gemeenschap.