Multiplekseripiiri ja miten se toimii

Termi multiplekseri, jota kutsutaan yleisesti myös nimellä " MUX " tai " MPX ", tarkoittaa yhden lähdön valitsemista monista käytettävissä olevista tuloista. Professori Shankar Balachandran (IIT-M) selittää multipleksoinnin tapana lähettää suuri määrä informaatioyksiköitä pienellä kanavien tai linjojen lukumäärällä, ja digitaalinen multiplekseri on yhdistelmälogiikkapiiri, joka valitsee binaaritiedot yhdestä monista tulolinjoista ja ohjaa sen yhteen lähtölinjaan.

Tässä artikkelissa opit, kuinka nämä multiplekserit toimivat, kuinka suunnitella yksi projektillemme ja kokeilla myös käytännön esimerkkiä leipälaudalla tarkistaaksesi laitteiston toiminnan.

Multipleksereiden perusteet:

Paras tapa ymmärtää multipleksereitä on tarkastella yhtä napaa moniasentoista alla olevan kuvan mukaisesti. Tässä kytkimessä on useita tuloja D0, D1, D2 ja D3, mutta sillä on vain yksi lähtö (lähtö) tappi. Ohjausnuppia käytetään valitsemaan yksi neljästä käytettävissä olevasta tiedosta, ja nämä tiedot heijastuvat lähtöpuolella. Tällä tavalla käyttäjä voi valita vaaditun signaalin monien käytettävissä olevien signaalien joukosta.

Tämä on selkeä esimerkki mekaanisesta multiplekseristä. Mutta elektronisessa piirissä, johon liittyy nopea kytkentä ja tiedonsiirto, meidän pitäisi pystyä valitsemaan tarvittava tulo hyvin nopeasti digitaalisilla piireillä. Ohjaussignaalit (S1 ja S0) tekevät täsmälleen saman, he valitsevat yhden sisääntulon monista käytettävissä olevista signaaleista. Joten minkä tahansa multiplekserin kolme perus- ja vähimmäisehtoa ovat tulon syöttötapit, lähtötappi ja ohjaussignaali

Input Pins: Nämä ovat käytettävissä olevat signaalinastat, joista yksi on valittava. Nämä signaalit voivat olla joko digitaalisia tai analogisia signaaleja.

Lähtötappi: Multiplekserillä on aina vain yksi lähtötappi. Valitun tulonastan signaalin antaa lähtötappi.

Ohjaus- / valintatappi: Ohjaustappeja käytetään tulonastan signaalin valitsemiseen. Multiplekserin ohjaintappien määrä riippuu tuloliittimien lukumäärästä. Esimerkiksi 4-tuloisella multiplekserillä on 2 signaalinastaa.

Tarkoituksena on, että harkitsemme 4-tuloista multiplekseria, joka on esitetty yllä. Siinä on kaksi ohjaussignaalia, joiden avulla voimme valita yhden käytettävissä olevista neljästä tulolinjasta. Alla oleva totuustaulukko kuvaa ohjaustappien (S0 ja S1) tilan vaaditun tulotapin valitsemiseksi.

Nyt, kun olemme ymmärtäneet multipleksereiden perustiedot, katsotaanpa 2-tuloiset ja 4-tuloiset multiplekserit, joita käytetään yleisimmin sovelluspiireissä.

2-tuloiset multiplekserit:

Kuten nimestä voi päätellä 2-tuloisille multipleksereille, meillä on 2 tulolinjaa ja yksi lähtöviivat. Lisäksi sillä on vain yksi ohjaustappi valitsemaan käytettävissä olevien kahden tuloliittimen välillä. Alla on 2: 1-multiplekserin graafinen esitys.

Tässä tulonastat on nimetty D0: ksi ja D1: ksi ja lähtönasta nimeksi out. Käyttäjä voi valita ohjaustapilla S0 yhden tuloista, joko D0 tai D1. Jos S0 pidetään matalana (logiikka 0), tulo D0 heijastuu lähtötappiin ja jos tulo S0 pidetään korkealla (logiikka 1), tulo D1 heijastuu lähtötappiin. Samaa edustava totuustaulukko on esitetty alla

Kuten yllä olevasta taulukosta näet, kun ohjaussignaali S0 on 0, lähtö heijastaa signaalin D0 signaalin arvoja (korostettu sinisellä) ja vastaavasti, kun ohjaussignaali S0 on 1, lähtö heijastaa signaalin D1 signaalia (korostettu punaisella)). On olemassa muutama oma IC-paketti, jotka toimivat multipleksereinä suoraan paketista, mutta koska yritämme ymmärtää yhdistelmälogiikkasuunnitelmia, rakentakaamme yllä oleva 2-tuloinen multiplekseri käyttämällä logiikkaportteja. Saman logiikkapiirikaavio on esitetty alla

Logiikkakaavio hyödyntää vain NAND-portteja, joten se voidaan helposti rakentaa täydelle levylle tai jopa leipälaudalle. Loogisen kaavion Boolen lauseke voidaan antaa

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

Voimme edelleen yksinkertaistaa tätä Boolen lauseketta käyttämällä yleisten termien peruuttamista, jotta logiikkakaavio saadaan paljon yksinkertaisemmaksi ja helpommin rakennettavaksi. Yksinkertaistettu Boolen lauseke on annettu alla.

Lähtö = S ₀ '. D ₀ + S _0. D ₁

Korkeamman asteen multiplekserit (4: 1 multiplekseri):

Kun ymmärrät 2: 1-multiplekserin toiminnan, sen on oltava helppo ymmärtää myös 4: 1-multiplekseri. Se on vain, että siinä on 4 tulonasta ja 1 ulostulonasta kahdella ohjauslinjalla. Nämä kaksi ohjauslinjaa voivat muodostaa 4 erilaista yhdistelmälogiikkaa ja kullekin signaalille valitaan yksi tietty tulo.

Minkä tahansa multiplekserin ohjauslinjojen määrä löytyy alla olevista kaavoista

2 ^{Ohjauslinjojen} lukumäärä = Syöttöjohtojen määrä

Joten esimerkiksi 2: 1 multiplekserillä on yksi ohjauslinja, koska 2 ¹ = 2 ja 4: 1 multiplekserillä on 2 ohjauslinjaa, koska 2 ² = 4. Vastaavasti voit laskea minkä tahansa korkeamman kertaluvun multipleksereille.

On myös tavallista yhdistää alemman kertaluvun multipleksereihin, kuten 2: 1 ja 4: 1 MUX, muodostamaan korkeamman asteen MUX, kuten 8: 1 multiplekseri. Yritetään nyt esimerkiksi toteuttaa 4: 1-multiplekseri 2: 1-multiplekserillä. 4: 1 MUX: n rakentamiseksi 2: 1 MUX: lla meidän on yhdistettävä kolme 2: 1 MUX: ää.

Lopputuloksen pitäisi antaa meille 4 tuloliitintä, 2 ohjaus- / valintatapia ja yksi ulostulotappi. Saavuttaa kaksi ensimmäistä MUX on kytketty rinnan ja sitten lähtö nämä kaksi ovat feeded tulona 3 ^rd MUX, kuten on esitetty alla.

Ohjaus / valintalinjan kaksi ensimmäistä MUX on kytketty yhteen muodostamaan yhden rivin (S ₀), ja sitten ohjauslinjan 3 ^rd MUX käytetään toisen ohjaussignaalin / valintasignaalin. Lopuksi saamme multiplekserin, jossa on neljä tuloa (W0, W1, W2 ja W3) ja vain yksi lähtö (f). Totuustaulu 4: 1 Multiplexer on esitetty alla.

Kuten yllä olevasta taulukosta näet, jokaiselle ohjaussignaalinastoille (S0 ja S1) annetulle arvojoukolle saamme erilaisen ulostulon lähtöniitin tulonastoista. Tällä tavoin voimme käyttää MUX-laitetta valitaksesi yhden käytettävissä olevista neljästä tulonastasta. Normaalisti näitä ohjaintappeja (S0 ja S1) ohjataan automaattisesti digitaalisella piirillä. On olemassa tiettyjä omistettuja IC: itä, jotka voivat toimia MUX: na ja tehdä työstä meille helppoa, joten katsokaamme niitä.

Multiplekserin käytännön toteutus IC 4052: n avulla:

Aina on mielenkiintoista rakentaa ja todentaa asioita käytännössä siten, että opitulla teorialla olisi järkevämpää. Rakennetaan siis 4: 1 multiplekseri ja tarkistetaan, miten se toimii. Tässä käytettävä IC on MC14052B, jonka sisällä on kaksi 4: 1 multiplekseria. IC: n pinouts on esitetty alla

Tässä tapit X0, X1, X2 ja X3 ovat neljä tulotappia ja nasta X on vastaava ulostulotappi. Ohjausnastoja A ja B käytetään tarvittavan tulon valitsemiseen lähtötappiin. Vdd-nastan (nasta 16) on liitettävä syöttöjännitteeseen, joka on + 5 V, ja Vss- ja Vee-nastojen tulee olla maadoitetut. Vee-tappi on tarkoitettu aktivointiin, joka on aktiivinen matala tappi, joten meidän on maadoitettava se, jotta tämä IC voidaan ottaa käyttöön. MC14052 on analoginen multiplekseri, mikä tarkoittaa, että tulotapit voidaan toimittaa myös vaihtelevalla jännitteellä ja sama voidaan saada lähtönastojen kautta. Alla olevassa GIF-kuvassa näkyy, kuinka IC lähettää muuttuvaa tulojännitettä annettujen ohjaussignaalien perusteella. Tuloliittimillä on jännite 1,5 V, 2,7 V, 3,3 V ja 4,8 V, joka saadaan myös lähtönastalle annettujen ohjaussignaalien perusteella.

Voimme myös koota tämän piirin leipälautan päälle ja tarkistaa, toimivatko ne. Tätä varten olen käyttänyt kahta painonappia ohjaustappien A ja B tuloja. Ja käytin sarjaa potentiaalijakajayhdistelmiä vaihtuvien jännitteiden tuottamiseksi nastoille 12, 14, 15 ja 11. LED. LED: ään syötettävät vaihtelevat jännitteet saavat sen muuttamaan kirkkautta ohjaussignaalien perusteella. Piiri kerran rakennettu näyttää alla olevan tältä

Piirin täydellinen työvideo löytyy myös tämän sivun alaosasta. Toivottavasti ymmärrät multipleksereiden toiminnan ja tiedät, missä niitä voidaan käyttää projekteissasi. Jos sinulla on ajatuksia tai epäilyksiä, jätä ne alla olevaan kommenttiosaan ja yritän parhaani vastata niihin. Voit käyttää foorumeita myös teknisten epäilyjen ratkaisemiseen ja jakamaan tietosi tämän yhteisön muiden jäsenten kesken.