- Grundlæggende om multipleksere:
- 2-input multiplexere:
- Multiplexere med højere ordre (4: 1 multiplexer):
- Praktisk implementering af multiplexer ved hjælp af IC 4052:
Udtrykket Multiplexer, der også ofte kaldes " MUX " eller " MPX " henviser til valg af en udgang af de mange tilgængelige indgange. Professor Shankar Balachandran (IIT-M) forklarer multiplexing som metoden til transmission af et stort antal informationsenheder over et lille antal kanaler eller linjer, og en Digital Multiplexer er et kombinationslogisk kredsløb, der vælger binær information fra en af de mange inputlinjer og dirigerer det til en enkelt outputlinje.
I denne artikel vil vi lære, hvordan disse multipleksere fungerer, hvordan man designer en til vores projekt og også prøve et praktisk eksempel på et brødbræt for at kontrollere arbejdet med hardwaren.
Grundlæggende om multipleksere:
Den bedste måde at forstå multipleksere på er ved at se på en enkeltpol med flere positioner som vist nedenfor. Her har kontakten flere indgange D0, D1, D2 og D3, men den har kun en Output (Out) pin. Kontrolknappen bruges til at vælge en af de fire tilgængelige data, og disse data reflekteres på udgangssiden. På denne måde kan brugeren vælge det ønskede signal blandt mange tilgængelige signaler.
Dette er et almindeligt eksempel på en mekanisk multiplexer. Men i elektronisk kredsløb, som involverer højhastighedsskift og dataoverførsler, skal vi være i stand til at vælge den krævede input meget hurtigt ved hjælp af digitale kredsløb. Kontrolsignalerne (S1 og S0) gør nøjagtigt det samme, de vælger en indgang af de mange tilgængelige baser på det signal, der gives dem. Så de tre grundlæggende og absolutte minimumsbetingelser på enhver Multiplexer vil være Input Input Pins, Output Pin og Control Signal
Input Pins: Dette er de tilgængelige signalstift, hvorfra man skal vælge en. Disse signaler kan enten være et digitalt signal eller et analogt signal.
Output Pin: En multiplexer vil altid kun have en output pin. Det valgte input pin signal leveres af output pin.
Control / Selection Pin: Control Pins bruges til at vælge input pin signal. Antallet af kontrolben på en multiplexer afhænger af antallet af input-ben. For eksempel vil en 4-input multiplexer have 2 signalstifter.
For at forstå formålet, lad os overveje en 4-input multiplexer, der er vist ovenfor. Den har to styresignaler, hvor vi kan vælge en af de tilgængelige fire inputlinjer. Sandhedstabellen nedenfor illustrerer status for kontrolpinde (S0 og S1) til valg af den krævede inputpind.
Nu hvor vi har forstået det grundlæggende i multipleksere, lad os se på 2-input-multipleksere og 4-input-multipleksere, som oftest bruges i applikationskredsløb.
2-input multiplexere:
Som navnet antyder for en 2-input multiplexere, har vi 2 input-linjer og en output-linje. Det har også kun en kontrolpind til at vælge mellem de to tilgængelige inputpinde. En grafisk gengivelse af en 2: 1 Multiplexer er vist nedenfor.
Her navngives indgangsstifterne som D0 og D1, og udgangsstiften er navngivet som ud. Brugeren kan vælge en af indgangene, der enten er D0 eller D1 ved hjælp af kontrolpinden S0. Hvis S0 holdes lavt (logik 0), vil input D0 blive reflekteret på udgangsstiften, og hvis input S0 holdes højt (logik 1), vil input D1 blive reflekteret på udgangsstiften. Sandhedstabellen, der repræsenterer det samme, er vist nedenfor
Som du kan se i tabellen ovenfor, når styresignalet S0 er 0, afspejler Output signalværdierne for D0 (fremhævet med blåt), og på samme måde når styresignalet S0 er 1, reflekteres Output signalværdierne for D1 (fremhævet med rødt)). Der er få dedikerede IC-pakker, der fungerer som multiplexere lige ud af pakken, men da vi forsøger at forstå de kombinerede logiske design, lad os bygge ovenstående 2-input multiplexer ved hjælp af logiske porte. Det logiske kredsløbsdiagram for det samme er vist nedenfor
Logikdiagrammet bruger kun NAND-porte og kan derfor let bygges på et perf-board eller endda på et breadboard. Det boolske udtryk for det logiske diagram kan gives ved
Ud = S 0 '. D 0 '. D 1 + S 0 '. D 0. D 1 + S 0. D 0. D 1 ' + S 0. D 0. D 1
Vi kan yderligere blot dette boolske udtryk ved at annullere de almindelige udtryk, så det logiske diagram bliver meget mere simpelt og let at konstruere. Det forenklede boolske udtryk er angivet nedenfor.
Ud = S 0 '. D 0 + S 0. D 1
Multiplexere med højere ordre (4: 1 multiplexer):
Når du først har forstået, hvordan en 2: 1-multiplekser fungerer, skal det være let også at forstå 4: 1-multiplekseren. Det er bare, at den vil have 4 inputstifter og 1 outputstifter med to kontrollinjer. Disse to styrelinjer kan danne 4 forskellige kombinationslogiske signaler, og for hvert signal vælges en bestemt indgang.
Antallet af kontrollinjer for enhver Multiplexer kan findes ved hjælp af nedenstående formler
2 Antal kontrollinjer = Antal inputlinjer
Så for eksempel vil en 2: 1 Multiplexer have 1 kontrollinje, fordi 2 1 = 2 og en 4: 1 Multiplexer vil have 2 kontrollinjer, fordi 2 2 = 4. Tilsvarende kan du beregne for alle højere ordens Multiplexere.
Det er også almindeligt at kombinere til lavere ordensmultiplexere som 2: 1 og 4: 1 MUX for at danne MUX af højere orden som 8: 1 Multiplexer. Lad os for eksempel prøve at implementere en 4: 1 Multiplexer ved hjælp af en 2: 1 Multiplexer. For at konstruere en 4: 1 MUX ved hjælp af en 2: 1 MUX skal vi kombinere tre 2: 1 MUX sammen.
Slutresultatet skulle give os 4 input-pins, 2 Control / Select Pins og en output-pin. For at opnå de to første er MUX forbundet parallelt, og derefter føres output fra disse to som input til den tredje MUX som vist nedenfor.
Styringen / select linje i den første to MUX er forbundet sammen for at danne en enkelt linje (S 0) og derefter styreledningen af 3 rd MUX anvendes som den anden kontrol / select signal. Så endelig får vi en multiplexer med fire indgange (W0, W1, W2 og W3) og kun en udgang (f). Den sandhedstabel for en 4: 1 Multiplexer er vist nedenfor.
Som du kan se i tabellen ovenfor, får vi for hvert sæt værdier, der leveres til kontrolsignalstifterne (S0 og S1), et andet output fra inputstifterne på vores outputstifter. På denne måde kan vi bruge MUX til at vælge en af de tilgængelige fire input-pins til at arbejde med. Normalt styres disse kontrolben (S0 og S1) automatisk ved hjælp af et digitalt kredsløb. Der er visse dedikerede IC, der kan fungere som MUX og gøre jobbet let for os, så lad os se på dem.
Praktisk implementering af multiplexer ved hjælp af IC 4052:
Det er altid interessant at opbygge og verificere ting praktisk, således at den teori, vi lærer, giver mere mening. Så lad os bygge en 4: 1 Multiplexer og kontrollere, hvordan den fungerer. IC'en, som vi bruger her, er MC14052B, som har to 4: 1-multipleksere inde i den. IC's pinouts er vist nedenfor
Her er benene X0, X1, X2 og X3 de fire indgangsben, og stiften X er dens tilsvarende udgangsstift. Styrestifterne A og B bruges til at vælge den krævede indgang til udgangsstiften. Vdd-stiften (pin 16) skal tilsluttes forsyningsspændingen, som er + 5V, og Vss- og Vee-stiften skal være jordforbundet. Vee-stiften er til aktivering, som er en aktiv lav stift, så vi er nødt til at jordforbinde den for at aktivere denne IC. MC14052 er en analog multiplexer, hvilket betyder, at indgangsstifterne også kan forsynes med variabel spænding, og det samme kan opnås gennem outputstifterne. Nedenstående GIF-billede viser, hvordan IC'en udsender variabel indgangsspænding baseret på de leverede styresignaler. Indgangsstifterne har spændingen 1,5V, 2,7V, 3,3V og 4,8V, som også opnås på udgangsstiften baseret på det givne styresignal.
Vi kan også samle dette kredsløb over et brødbræt og kontrollere, om de fungerer. For at gøre det har jeg brugt to trykknapper er indgange til kontrolbenene A og B. Og brugt en række potentielle skillelinjer til at give variable spændinger til benene 12, 14, 15 og 11. Udgangsstiftet 13 er forbundet til en LED. De variable spændinger, der leveres til LED'en, får det til at variere lysstyrken baseret på styresignalerne. Kredsløbet, der en gang er bygget, ser sådan ud nedenfor
Den komplette arbejdsvideo af kredsløbet kan også findes nederst på denne side. Håber du forstod funktionen af multipleksere og ved, hvor du skal bruge dem til dine projekter. Hvis du har nogen tanker eller tvivl, skal du lade dem være i kommentarfeltet nedenfor, og jeg vil gøre mit bedste for at svare på dem. Du kan også bruge foraerne til at løse dine tekniske tvivl og dele din viden blandt andre medlemmer af dette samfund.