Multiplexerkrets och hur den fungerar

Termen Multiplexer som också kallas ” MUX ” eller “ MPX ” hänvisar till att välja en utgång av de många tillgängliga ingångarna. Professor Shankar Balachandran (IIT-M) förklarar multiplexering som metoden för att sända ett stort antal informationsenheter över ett litet antal kanaler eller linjer och en Digital Multiplexer är en kombinationslogisk krets som väljer binär information från en av de många ingångslinjerna och dirigerar den till en enda utgångslinje.

I den här artikeln kommer vi att lära oss hur dessa multiplexorer fungerar, hur man utformar en för vårt projekt och också prova ett praktiskt exempel på ett brödbräda för att kontrollera arbetet med hårdvaran.

Grunderna för multiplexorer:

Det bästa sättet att förstå multiplexorer är att titta på en enpolig multiposition som visas nedan. Här har omkopplaren flera ingångar D0, D1, D2 och D3 men den har bara en utgång (ut) stift. Kontrollreglaget används för att välja en av de fyra tillgängliga data och dessa data kommer att återspeglas på utgångssidan. På detta sätt kan användaren välja önskad signal bland många tillgängliga signaler.

Detta är ett vanligt exempel på en mekanisk multiplexer. Men i elektronisk krets som involverar höghastighetsväxling och dataöverföring borde vi kunna välja önskad ingång mycket snabbt med hjälp av digitala kretsar. Styrsignalerna (S1 och S0) gör exakt samma, de väljer en ingång av de många tillgängliga baserna på signalen som ges till dem. Så de tre grundläggande och absolut minimivillkoren på valfri multiplexer är ingångsingångar, utgångsstift och styrsignal

Input Pins: Dessa är de tillgängliga signalstift som du måste välja från. Dessa signaler kan antingen vara en digital signal eller en analog signal.

Utgångsstift: En multiplexer har alltid bara en utgångsstift. Den valda ingångssignalen tillhandahålls av utgångsstiftet.

Control / Selection Pin: Control Pins används för att välja ingångssignal. Antalet kontrollstift på en multiplexer beror på antalet ingångsstift. Till exempel kommer en 4-ingångsmultiplexer att ha två signalstift.

För att förstå ändamål, låt oss överväga en 4-ingångsmultiplexer som visas ovan. Den har två styrsignaler med vilka vi kan välja en av de tillgängliga fyra ingångslinjerna. Sanningstabellen nedan illustrerar status för kontrollstift (S0 och S1) för att välja önskad ingångsstift.

Nu, när vi har förstått grunderna för multiplexrar, låt oss titta på 2-ingångsmultiplexrarna och 4-ingångsmultiplexrarna som oftast används i applikationskretsar.

2-ingångsmultiplexrar:

Som namnet antyder för en 2-ingångsmultiplexer kommer vi att ha 2 ingångslinjer och en utgångslinje. Det kommer också att ha en enda kontrollstift för att välja mellan de två tillgängliga ingångsstiftarna. En grafisk representation av en 2: 1-multiplexer visas nedan.

Här namnges ingångsstiftarna som D0 och D1 och utgångsstiftet heter som ut. Användaren kan välja en av ingångarna som är antingen D0 eller D1 med hjälp av kontrollstiftet S0. Om S0 hålls lågt (logik 0) reflekteras ingången D0 på utgångsstiftet och om ingången SO hålls hög (logik 1) reflekteras ingången D1 på utgångsstiftet. Sanningstabellen som representerar densamma visas nedan

Som du kan se från tabellen ovan, när styrsignalen S0 är 0, reflekterar utgången signalvärdena för D0 (markerad i blått) och på liknande sätt när styrsignalen S0 är 1, återspeglar utgången signalvärdena för D1 (markerad med rött). Det finns få dedikerade IC-paket som fungerar som multiplexorer rakt ut ur paketet, men eftersom vi försöker förstå de kombinerade logiska designen, låt oss bygga ovanstående 2-ingångsmultiplexer genom att använda logiska grindar. Det logiska kretsschemat för detsamma visas nedan

Logikdiagrammet använder endast NAND-grindarna och kan därför enkelt byggas på en perf-bräda eller till och med på en bräda. Det booleska uttrycket för det logiska diagrammet kan ges 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 helt enkelt fortsätta detta booleska uttryck genom att avbryta de vanliga termerna, så att logikdiagrammet blir mycket enklare och lättare att konstruera. Det förenklade booleska uttrycket ges nedan.

Out = S ₀ '.D ₀ + S ₀.D ₁

Multiplexer med högre ordning (4: 1 multiplexer):

När du förstår hur en 2: 1-multiplexer fungerar, bör det vara lätt att också förstå 4: 1-multiplexern. Det är bara att den kommer att ha fyra ingångsstift och 1 utgångsstift med två kontrollinjer. Dessa två styrlinjer kan bilda fyra olika kombinationslogiska signaler och för varje signal kommer en viss ingång att väljas.

Antalet kontrollrader för valfri multiplexer kan hittas med hjälp av formlerna nedan

2 ^{Antal kontrollinjer} = Antal inmatningsrader

Så till exempel kommer en 2: 1-multiplexer att ha 1 kontrollrad eftersom 2 ¹ = 2 och en 4: 1-multiplexer kommer att ha 2 kontrollinjer eftersom 2 ² = 4. På samma sätt kan du räkna ut för alla multiplexer av högre ordning.

Det är också vanligt att kombinera till lägre ordning multiplexrar som 2: 1 och 4: 1 MUX för att bilda högre ordning MUX som 8: 1 multiplexer. Låt oss till exempel försöka implementera en 4: 1-multiplexer med en 2: 1-multiplexer. För att konstruera en 4: 1 MUX med en 2: 1 MUX måste vi kombinera tre 2: 1 MUX tillsammans.

Slutresultatet ska ge oss 4 ingångsstift, 2 kontroll / väljstift och en utgångsstift. För att uppnå de första två är MUX ansluten parallellt och sedan matas utgången från dessa två som ingång till den ^tredje MUX som visas nedan.

Styr- / väljledningen för de två första MUX-enheterna är sammankopplade för att bilda en enda linje (S ₀) och sedan används styrledningen för den ^tredje MUX som den andra styr- / valsignalen. Således får vi äntligen en multiplexer med fyra ingångar (W0, W1, W2 och W3) och endast en utgång (f). Den sanningstabell för en 4: 1 Multiplexer visas nedan.

Som du kan se i tabellen ovan får vi för varje uppsättning värden som ges till styrsignalstiftarna (S0 och S1) en annan utgång än ingångsstiften på vår utgångsstift. På det här sättet kan vi använda MUX för att välja en av de tillgängliga fyra ingångsstiften att arbeta med. Normalt styrs dessa kontrollstift (S0 och S1) automatiskt med en digital krets. Det finns vissa dedikerade IC som kan fungera som MUX och göra jobbet enkelt för oss, så låt oss ta en titt på dem.

Praktisk implementering av multiplexer med IC 4052:

Det är alltid intressant att bygga och verifiera saker praktiskt, så att teorin vi lär oss skulle vara mer meningsfull. Så låt oss bygga en 4: 1 Multiplexer och kolla hur den fungerar. IC som vi använder här är MC14052B som har två 4: 1 Multiplexers inuti. IC-uttagen visas nedan

Här är stiften X0, X1, X2 och X3 de fyra ingångsstiften och stiftet X är motsvarande utgångsstift. Styrpinnarna A och B används för att välja önskad ingång till utgångsstiftet. Vdd-stiftet (stift 16) måste anslutas till matningsspänningen som är + 5V och Vss- och Vee-stiften ska jordas. Vee-stiftet är för att aktivera vilket är en aktiv låg stift så vi måste jorda den för att aktivera denna IC. MC14052 är en analog multiplexer, vilket betyder att ingångsstiften också kan levereras med variabel spänning och samma kan erhållas även om utgångsstiften. Nedanstående GIF-bild visar hur IC matar ut variabel ingångsspänning baserat på de styrsignaler som tillhandahålls. Ingångarna har spänningen 1,5V, 2,7V, 3,3V och 4,8V som också erhålls på utgångsstiftet baserat på den givna styrsignalen.

Vi kan också montera den här kretsen över ett brödbräda och kontrollera om de fungerar. För att göra det har jag använt två tryckknappar är ingångar för styrtapparna A och B. Och använt en serie potentiella delarkombinationer för att ge variabla spänningar för stiften 12, 14, 15 och 11. Utgångsstiftet 13 är anslutet till LED. De variabla spänningarna som matas till lysdioden gör att det kan variera ljusstyrkan baserat på styrsignalerna. Kretsen en gång byggd kommer att se ut så här nedan

Den kompletta arbetsvideo av kretsen finns också längst ner på denna sida. Hoppas att du förstod hur multiplexers fungerar och vet var du ska använda dem i dina projekt. Om du har några tankar eller tvivel, lämna dem i kommentarfältet nedan och jag kommer att göra mitt bästa för att svara på dem. Du kan också använda forumen för att lösa dina tekniska tvivel och dela din kunskap med andra medlemmar i denna gemenskap.