Multiplexer krets og hvordan det fungerer

Begrepet Multiplexer, som også ofte kalles " MUX " eller " MPX " refererer til å velge en utgang av de mange tilgjengelige inngangene. Professor Shankar Balachandran (IIT-M) forklarer multiplexing som metoden for å overføre et stort antall informasjonsenheter over et lite antall kanaler eller linjer, og en Digital Multiplexer er en kombinasjonslogisk krets som velger binær informasjon fra en av de mange inngangslinjene og leder den til en enkelt utgangslinje.

I denne artikkelen vil vi lære hvordan disse multiplekserne fungerer, hvordan du designer en for prosjektet vårt, og også prøve et praktisk eksempel på et brødbrett for å sjekke arbeidet med maskinvaren.

Grunnleggende om multipleksere:

Den beste måten å forstå multipleksere på er å se på en enpolet flerposisjonert som vist nedenfor. Her har bryteren flere innganger D0, D1, D2 og D3, men den har bare en utgangsstikk (ut). Kontrollbryteren brukes til å velge en av de fire tilgjengelige dataene, og disse dataene reflekteres på utgangssiden. På denne måten kan brukeren velge ønsket signal blant mange tilgjengelige signaler.

Dette er et vanlig eksempel på en mekanisk multiplekser. Men i elektronisk krets som involverer høyhastighets bytte og dataoverføring, bør vi kunne velge ønsket inngang veldig raskt ved hjelp av digitale kretser. Kontrollsignalene (S1 og S0) gjør nøyaktig det samme, de velger en inngang av de mange tilgjengelige basene på signalet de får. Så de tre grunnleggende og bare minimumsbetingelsene på en hvilken som helst multiplexer vil være inngangsinngangspinner, utgangsstift og kontrollsignal

Inngangspinner: Dette er de tilgjengelige signalpinnene du må velge fra. Disse signalene kan enten være et digitalt signal eller et analogt signal.

Output Pin: En multiplexer vil alltid ha bare en output pin. Det valgte inngangssignalet vil bli gitt av utgangsstiften.

Kontroll / valgpinne: Kontrollpinnene brukes til å velge inngangssignalet. Antall kontrollpinner på en multiplekser avhenger av antall inngangspinner. For eksempel vil en 4-inngangsmultiplekser ha 2 signalpinner.

For å forstå formålet, la oss vurdere en 4-inngangsmultiplekser som er vist ovenfor. Den har to styresignaler der vi kan velge en av de fire tilgjengelige inngangslinjene. Sannhetstabellen nedenfor illustrerer statusen til kontrollpinnene (S0 og S1) for å velge ønsket inngangspinne.

Nå som vi har forstått det grunnleggende av multipleksere, la oss ta en titt på 2-inngangsmultipleksere og 4-inngangsmultipleksere som er mest brukt i applikasjonskretser.

2-inngangsmultipleksere:

Som navnet antyder for en 2-inngangsmultiplekser, vil vi ha 2 inngangslinjer og en utgangslinje. Det vil også ha bare en kontrollpinne for å velge mellom de to tilgjengelige inngangspinnene. En grafisk fremstilling av en 2: 1-multiplekser er vist nedenfor.

Her blir inngangspinnene kalt D0 og D1, og utgangspinnen er kalt ut. Brukeren kan velge en av inngangene som enten er D0 eller D1 ved å bruke kontrollpinnen S0. Hvis S0 holdes lav (logikk 0), vil inngangen D0 reflekteres på utgangspinnen, og hvis inngangen S0 holdes høy (logikk 1), vil inngangen D1 bli reflektert på utgangsstiften. Sannhetstabellen som representerer det samme er vist nedenfor

Som du kan se fra tabellen ovenfor, når styresignalet S0 er 0, gjenspeiler utgangen signalverdiene til D0 (fremhevet i blått) og på samme måte når styresignalet S0 er 1, gjenspeiler utgangen signalverdiene til D1 (markert med rød). Det er få dedikerte IC-pakker som fungerer som multipleksere rett ut av pakken, men siden vi prøver å forstå kombinasjonslogiske design, la oss bygge ovennevnte 2-inngangsmultiplekser ved å bruke logiske porter. Det logiske kretsskjemaet for det samme er vist nedenfor

Logikkdiagrammet bruker bare NAND-portene, og kan derfor enkelt bygges på et perfbrett eller til og med på et brødbrett. Det boolske uttrykket for det logiske diagrammet kan gis av

Ut = 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 ganske enkelt videreføre dette boolske uttrykket ved å bruke de annullerte vanlige begrepene, slik at logikkdiagrammet blir mye enklere og lettere å konstruere. Det forenklede boolske uttrykket er gitt nedenfor.

Ut = S ₀ '. D ₀ + S _0. D ₁

Høyere ordensmultipleksere (4: 1 multiplekser):

Når du har forstått hvordan en 2: 1-multiplekser fungerer, bør det være enkelt å forstå 4: 1-multiplekseren. Det er bare at den vil ha 4 inngangspinner og 1 utgangspinner med to kontrollinjer. Disse to kontrollinjene kan danne 4 forskjellige kombinasjonslogiske signaler, og for hvert signal vil en bestemt inngang bli valgt.

Antall kontrollinjer for en hvilken som helst Multiplexer finner du ved å bruke formlene nedenfor

2 ^{Antall kontrollinjer} = Antall inngangslinjer

Så for eksempel vil en 2: 1 multiplekser ha en kontrollinje fordi 2 ¹ = 2 og en 4: 1 multiplexer vil ha 2 kontrollinjer fordi 2 ² = 4. På samme måte kan du beregne for alle høyere ordensmultipleksere.

Det er også vanlig å kombinere til lavere ordensmultipleksere som 2: 1 og 4: 1 MUX for å danne høyere orden MUX som 8: 1 Multiplexer. La oss for eksempel prøve å implementere en 4: 1 Multiplexer ved å bruke en 2: 1 Multiplexer. For å konstruere en 4: 1 MUX ved hjelp av en 2: 1 MUX, må vi kombinere tre 2: 1 MUX sammen.

Sluttresultatet skal gi oss 4 inngangspinner, 2 kontroll / velg pinner og en utgangspinne. For å oppnå de to første er MUX koblet parallelt, og deretter mates utgangen til disse to som inngang til den ^tredje MUX som vist nedenfor.

Kontroll / velg linjen til de to første MUXene er koblet sammen for å danne en enkelt linje (S ₀), og deretter blir kontrollinjen til den ^tredje MUXen brukt som det andre kontroll / velgesignalet. Dermed får vi til slutt en multiplexer med fire innganger (W0, W1, W2 og W3) og bare en utgang (f). Den sannheten bordet for en 4: 1 Multiplexer er vist nedenfor.

Som du kan se i tabellen over, for hvert sett med verdier som er gitt til kontrollsignalpinnene (S0 og S1), får vi en annen utgang fra inngangspinnene på utgangspinnen vår. På denne måten kan vi bruke MUX til å velge en av de tilgjengelige fire inngangspinnene å jobbe med. Normalt vil disse kontrollpinnene (S0 og S1) styres automatisk ved hjelp av en digital krets. Det er visse dedikerte IC som kan fungere som MUX og gjøre jobben enkel for oss, så la oss ta en titt på dem.

Praktisk implementering av multiplekser ved bruk av IC 4052:

Det er alltid interessant å bygge og verifisere ting praktisk, slik at teorien vi lærer ville være mer fornuftig. Så la oss bygge en 4: 1 multiplekser og sjekke hvordan den fungerer. IC-en som vi bruker her er MC14052B som har to 4: 1 multipleksere inni seg. Pinouts av IC er vist nedenfor

Her er pinnene X0, X1, X2 og X3 de fire inngangspinnene, og pinnen X er den tilsvarende utgangspinnen. Kontrollpinnene A og B brukes til å velge ønsket inngang til utgangspinnen. Vdd-pinnen (pin 16) må kobles til forsyningsspenningen som er + 5V, og Vss- og Vee-pinnen skal være jordet. Vee-pinnen er for aktivering som er en aktiv lavpinne, så vi må jorde den for å aktivere denne IC. MC14052 er en Analog Multiplexer, noe som betyr at inngangspinnene også kan leveres med variabel spenning, og det samme kan oppnås gjennom utgangspinnene. GIF-bildet nedenfor viser hvordan IC sender ut variabel inngangsspenning basert på kontrollsignalene. Inngangstappene har spenningen 1,5V, 2,7V, 3,3V og 4,8V som også oppnås på utgangsstiften basert på styresignalet gitt.

Vi kan også montere denne kretsen over et brødbrett og sjekke om de fungerer. For å gjøre det har jeg brukt to trykknapper er innganger for kontrollpinnene A og B. Og brukt en serie potensielle skillekombinasjoner for å gi variabel spenning for pinnene 12, 14, 15 og 11. Utgangspinnen 13 er koblet til en LED. De variable spenningene som leveres til LED-en, vil gjøre det mulig å variere lysstyrken basert på styresignalene. Kretsen som en gang ble bygget, vil se ut som dette nedenfor

Den komplette arbeidsvideoen av kretsen finner du også nederst på denne siden. Håper du forsto bruken av multipleksere og vet hvor du skal bruke dem i prosjektene dine. Hvis du har noen tanker eller tvil, la dem være i kommentarfeltet nedenfor, og jeg vil prøve mitt beste for å svare på dem. Du kan også bruke forumene til å løse dine tekniske tvil og dele din kunnskap blant andre medlemmer av dette samfunnet.