- Grundlagen von Multiplexern:
- Multiplexer mit 2 Eingängen:
- Multiplexer höherer Ordnung (4: 1-Multiplexer):
- Praktische Implementierung eines Multiplexers mit IC 4052:
Der Begriff Multiplexer, der üblicherweise auch als " MUX " oder " MPX " bezeichnet wird, bezieht sich auf die Auswahl eines Ausgangs aus den vielen verfügbaren Eingängen. Professor Shankar Balachandran (IIT-M) erklärt Multiplexing als das Verfahren zum Übertragen einer großen Anzahl von Informationseinheiten über eine kleine Anzahl von Kanälen oder Leitungen, und ein digitaler Multiplexer ist eine kombinatorische Logikschaltung, die binäre Informationen aus einer der vielen Eingangsleitungen und auswählt Leitet es auf eine einzelne Ausgangsleitung.
In diesem Artikel erfahren Sie, wie diese Multiplexer funktionieren, wie Sie einen für unser Projekt entwerfen und wie Sie ein praktisches Beispiel auf einem Steckbrett ausprobieren, um die Arbeit an der Hardware zu überprüfen.
Grundlagen von Multiplexern:
Der beste Weg, um Multiplexer zu verstehen, ist die Betrachtung eines einpoligen Multiplexers, wie unten gezeigt. Hier hat der Schalter mehrere Eingänge D0, D1, D2 und D3, aber nur einen Ausgang (Out) -Pin. Mit dem Steuerknopf können Sie einen der vier verfügbaren Daten auswählen. Diese Daten werden auf der Ausgangsseite angezeigt. Auf diese Weise kann der Benutzer das gewünschte Signal aus vielen verfügbaren Signalen auswählen.
Dies ist ein einfaches Beispiel für einen mechanischen Multiplexer. Bei elektronischen Schaltkreisen, die Hochgeschwindigkeitsschaltung und Datenübertragung umfassen, sollten wir jedoch in der Lage sein, den erforderlichen Eingang mithilfe digitaler Schaltkreise sehr schnell auszuwählen. Die Steuersignale (S1 und S0) machen genau das Gleiche, sie wählen einen der vielen verfügbaren Eingänge basierend auf dem ihnen bereitgestellten Signal. Die drei grundlegenden und minimalen Begriffe eines Multiplexers sind also Eingangseingangspins, Ausgangspins und Steuersignal
Eingangspins: Dies sind die verfügbaren Signalpins, aus denen einer ausgewählt werden muss. Diese Signale können entweder ein digitales oder ein analoges Signal sein.
Ausgangspin: Ein Multiplexer hat immer nur einen Ausgangspin. Das ausgewählte Eingangspinsignal wird vom Ausgangspin bereitgestellt.
Steuer- / Auswahlstift: Mit den Steuerstiften wird das Eingangspinsignal ausgewählt. Die Anzahl der Steuerpins an einem Multiplexer hängt von der Anzahl der Eingangspins ab. Zum Beispiel hat ein Multiplexer mit 4 Eingängen 2 Signalpins.
Betrachten wir zum Verständnis einen Multiplexer mit 4 Eingängen, der oben gezeigt ist. Es hat zwei Steuersignale, mit denen wir eine der vier verfügbaren Eingangsleitungen auswählen können. Die folgende Wahrheitstabelle zeigt den Status der Steuerstifte (S0 und S1) zur Auswahl des erforderlichen Eingangsstifts.
Nachdem wir die Grundlagen der Multiplexer verstanden haben, werfen wir einen Blick auf die 2-Eingangs-Multiplexer und 4-Eingangs-Multiplexer, die am häufigsten in Anwendungsschaltungen verwendet werden.
Multiplexer mit 2 Eingängen:
Wie der Name für einen Multiplexer mit 2 Eingängen andeutet, haben wir 2 Eingangsleitungen und eine Ausgangsleitung. Außerdem kann nur ein Steuerstift zwischen den beiden verfügbaren Eingangsstiften ausgewählt werden. Eine grafische Darstellung eines 2: 1-Multiplexers ist unten dargestellt.
Hier werden die Eingangsstifte als D0 und D1 und der Ausgangsstift als out bezeichnet. Der Benutzer kann mithilfe des Steuerpins S0 einen der Eingänge auswählen, der entweder D0 oder D1 ist. Wenn S0 niedrig gehalten wird (logisch 0), wird der Eingang D0 auf dem Ausgangspin reflektiert, und wenn der Eingang S0 hoch gehalten wird (logisch 1), wird der Eingang D1 auf dem Ausgangspin reflektiert. Die Wahrheitstabelle, die dasselbe darstellt, ist unten gezeigt
Wie Sie aus der obigen Tabelle sehen können, spiegelt der Ausgang die Signalwerte von D0 (blau hervorgehoben) wider, wenn das Steuersignal S0 0 ist, und wenn das Steuersignal S0 1 ist, spiegelt der Ausgang die Signalwerte von D1 (rot hervorgehoben) wider). Es gibt nur wenige dedizierte IC-Pakete, die direkt aus dem Paket als Multiplexer fungieren. Da wir jedoch versuchen, die kombinatorischen Logikdesigns zu verstehen, lassen Sie uns den obigen Multiplexer mit zwei Eingängen mithilfe von Logikgattern erstellen. Das Logikschaltbild dafür ist unten gezeigt
Das Logikdiagramm verwendet nur die NAND-Gatter und kann daher leicht auf einem Perf-Board oder sogar auf einem Breadboard aufgebaut werden. Der Boolesche Ausdruck für das Logikdiagramm kann durch angegeben werden
Out = S 0 '.D 0 '.D 1 + S 0 '.D 0.D 1 + S 0.D 0.D 1 ' + S 0.D 0.D 1
Wir können diesen booleschen Ausdruck weiter vereinfachen, indem wir die allgemeinen Begriffe aufheben, so dass das Logikdiagramm viel einfacher und einfacher zu konstruieren ist. Der vereinfachte boolesche Ausdruck ist unten angegeben.
Out = S 0 '.D 0 + S 0.D 1
Multiplexer höherer Ordnung (4: 1-Multiplexer):
Sobald Sie die Funktionsweise eines 2: 1-Multiplexers verstanden haben, sollte es leicht sein, auch den 4: 1-Multiplexer zu verstehen. Es ist nur so, dass es 4 Eingangsstifte und 1 Ausgangsstifte mit zwei Steuerleitungen hat. Diese beiden Steuerleitungen können 4 verschiedene kombinatorische Logiksignale bilden, und für jedes Signal wird ein bestimmter Eingang ausgewählt.
Die Anzahl der Steuerleitungen für jeden Multiplexer kann anhand der folgenden Formeln ermittelt werden
2 Anzahl der Steuerleitungen = Anzahl der Eingabezeilen
So hat beispielsweise ein 2: 1-Multiplexer 1 Steuerleitung, weil 2 1 = 2, und ein 4: 1-Multiplexer hat 2 Steuerleitungen, weil 2 2 = 4. Ebenso können Sie für Multiplexer höherer Ordnung berechnen.
Es ist auch üblich, Multiplexer niedrigerer Ordnung wie 2: 1 und 4: 1 MUX zu kombinieren, um MUX höherer Ordnung wie 8: 1 Multiplexer zu bilden. Versuchen wir nun beispielsweise, einen 4: 1-Multiplexer mit einem 2: 1-Multiplexer zu implementieren. Um einen 4: 1 MUX mit einem 2: 1 MUX zu konstruieren, müssen wir drei 2: 1 MUX miteinander kombinieren.
Das Endergebnis sollte uns 4 Eingangspins, 2 Steuer- / Auswahlstifte und einen Ausgangspin geben. Zum Erreichen der ersten zwei MUX parallel geschaltet ist und dann wird der Ausgang der beiden letztgenannten werden als Eingabe an den 3 feeded RD MUX wie unten gezeigt.
Die Steuer- / Auswahlleitung des MUX ersten zwei zusammen verbunden, um eine einzige Leitung (S bilden 0) und dann die Steuerleitung des 3 rd MUX wird als die zweite Steuerungs / Auswahl - Signal verwendet. Somit erhalten wir schließlich einen Multiplexer mit vier Eingängen (W0, W1, W2 und W3) und nur einem Ausgang (f). Die Wahrheitstabelle für einen 4: 1-Multiplexer ist unten dargestellt.
Wie Sie in der obigen Tabelle sehen können, erhalten wir für jeden Wertesatz, der für die Steuersignalstifte (S0 und S1) bereitgestellt wird, einen anderen Ausgang als die Eingangsstifte an unserem Ausgangspin. Auf diese Weise können wir mit dem MUX einen der vier verfügbaren Eingangspins auswählen, mit denen gearbeitet werden soll. Normalerweise werden diese Steuerpins (S0 und S1) automatisch über eine digitale Schaltung gesteuert. Es gibt bestimmte dedizierte ICs, die als MUX fungieren und uns die Arbeit erleichtern können. Schauen wir sie uns also an.
Praktische Implementierung eines Multiplexers mit IC 4052:
Es ist immer interessant, Dinge praktisch so aufzubauen und zu verifizieren, dass die Theorie, die wir lernen, sinnvoller ist. Lassen Sie uns also einen 4: 1-Multiplexer bauen und überprüfen, wie er funktioniert. Der IC, den wir hier verwenden, ist MC14052B, in dem sich zwei 4: 1-Multiplexer befinden. Die Pinbelegung des IC ist unten dargestellt
Hier sind die Pins X0, X1, X2 und X3 die vier Eingangsstifte und der Stift X ist der entsprechende Ausgangsstift. Die Steuerpins A und B werden verwendet, um den erforderlichen Eingang für den Ausgangspin auszuwählen. Der Vdd-Pin (Pin 16) muss mit der Versorgungsspannung + 5V verbunden werden, und der Vss- und V-Pin sollten geerdet sein. Der V-Pin dient zur Freigabe, bei der es sich um einen aktiven Low-Pin handelt. Daher müssen wir ihn erden, um diesen IC zu aktivieren. Der MC14052 ist ein analoger Multiplexer, dh die Eingangspins können auch mit variabler Spannung versorgt werden, und das Gleiche kann über die Ausgangspins erhalten werden. Das folgende GIF-Bild zeigt, wie der IC eine variable Eingangsspannung basierend auf den bereitgestellten Steuersignalen ausgibt. Die Eingangspins haben die Spannung 1,5 V, 2,7 V, 3,3 V und 4,8 V, die auch am Ausgangspin basierend auf dem gegebenen Steuersignal erhalten wird.
Wir können diese Schaltung auch über einem Steckbrett zusammenbauen und prüfen, ob sie funktioniert. Zu diesem Zweck habe ich zwei Drucktasten als Eingänge für die Steuerstifte A und B verwendet. Außerdem habe ich eine Reihe potenzieller Teilerkombinationen verwendet, um variable Spannungen für die Stifte 12, 14, 15 und 11 bereitzustellen. Der Ausgangspin 13 ist mit einem verbunden LED. Durch die variablen Spannungen, die der LED zugeführt werden, kann die Helligkeit basierend auf den Steuersignalen variiert werden. Die einmal erstellte Schaltung sieht unten ungefähr so aus
Das vollständige Arbeitsvideo der Schaltung finden Sie auch am Ende dieser Seite. Ich hoffe, Sie haben die Funktionsweise von Multiplexern verstanden und wissen, wo Sie sie in Ihren Projekten verwenden können. Wenn Sie irgendwelche Gedanken oder Zweifel haben, lassen Sie sie im Kommentarbereich unten und ich werde mein Bestes geben, um darauf zu antworten. Sie können die Foren auch verwenden, um Ihre technischen Zweifel auszuräumen und Ihr Wissen mit anderen Mitgliedern dieser Community zu teilen.