- Noções básicas de multiplexadores:
- Multiplexadores de 2 entradas:
- Multiplexadores de ordem superior (multiplexador 4: 1):
- Implementação prática do multiplexador usando IC 4052:
O termo Multiplexador, também comumente chamado de “ MUX ” ou “ MPX ”, refere-se à seleção de uma saída das muitas entradas disponíveis. O professor Shankar Balachandran (IIT-M) explica a multiplexação como o método de transmissão de um grande número de unidades de informação por um pequeno número de canais ou linhas e um Multiplexador Digital é um circuito lógico combinacional que seleciona informações binárias de uma das muitas linhas de entrada e direciona para uma única linha de saída.
Neste artigo, aprenderemos como esses Multiplexadores funcionam, como projetar um para nosso projeto e também experimentar um exemplo prático em uma placa de ensaio para verificar o funcionamento do Hardware.
Noções básicas de multiplexadores:
A melhor maneira de entender os multiplexadores é olhando para um único pólo multi-posicionado, conforme mostrado abaixo. Aqui, a chave tem várias entradas D0, D1, D2 e D3, mas tem apenas um pino de saída (saída). O botão de controle é usado para selecionar um dos quatro dados disponíveis e esses dados serão refletidos no lado da saída. Desta forma, o usuário pode selecionar o sinal desejado entre muitos sinais disponíveis.
Este é um exemplo simples de um multiplexador mecânico. Mas em um circuito eletrônico que envolve comutação de alta velocidade e transferência de dados, devemos ser capazes de selecionar a entrada necessária muito rapidamente usando circuitos digitais. Os sinais de controle (S1 e S0) fazem exatamente o mesmo, eles selecionam uma entrada das várias disponíveis com base no sinal que lhes é fornecido. Assim, os três termos básicos e mínimos em qualquer multiplexador serão pinos de entrada de entrada, pino de saída e sinal de controle
Pinos de entrada: são os pinos de sinal disponíveis, dos quais um deve ser selecionado. Esses sinais podem ser digitais ou analógicos.
Pino de saída: Um multiplexador sempre terá apenas um pino de saída. O sinal do pino de entrada selecionado será fornecido pelo pino de saída.
Pino de controle / seleção: Os pinos de controle são usados para selecionar o sinal do pino de entrada. O número de pinos de controle em um multiplexador depende do número de pinos de entrada. Por exemplo, um multiplexador de 4 entradas terá 2 pinos de sinal.
Para fins de compreensão, vamos considerar um multiplexador de 4 entradas mostrado acima. Possui dois sinais de controle com os quais podemos selecionar uma das quatro linhas de entrada disponíveis. A tabela de verdade abaixo ilustra o status dos pinos de controle (S0 e S1) para selecionar o pino de entrada necessário.
Agora que entendemos o básico dos multiplexadores, vamos dar uma olhada nos multiplexadores de 2 entradas e nos multiplexadores de 4 entradas que são mais comumente usados em circuitos de aplicação.
Multiplexadores de 2 entradas:
Como o nome sugere para multiplexadores de 2 entradas, teremos 2 linhas de entrada e uma linha de saída. Além disso, terá apenas um pino de controle para selecionar entre os dois pinos de entrada disponíveis. Uma representação gráfica de um Multiplexador 2: 1 é mostrada abaixo.
Aqui, os pinos de entrada são nomeados como D0 e D1 e o pino de saída é nomeado como out. O usuário pode selecionar uma das entradas que seja D0 ou D1 usando o pino de controle S0. Se S0 for mantido baixo (lógico 0), a entrada D0 será refletida no pino de saída e se a entrada S0 for mantida alta (lógica 1), a entrada D1 será refletida no pino de saída. A tabela verdade que representa o mesmo é mostrada abaixo
Como você pode ver na tabela acima, quando o sinal de controle S0 é 0, a Saída reflete os valores do sinal de D0 (destacado em azul) e da mesma forma quando o sinal de controle S0 é 1, a Saída reflete os valores do sinal de D1 (destacado em vermelho) Existem poucos pacotes de IC dedicados que funcionarão como multiplexadores saídos do pacote, mas como estamos tentando entender os projetos lógicos combinacionais, vamos construir o multiplexador de 2 entradas acima usando portas lógicas. O diagrama lógico do circuito para o mesmo é mostrado abaixo
O diagrama lógico utiliza apenas as portas NAND e, portanto, pode ser facilmente construído em uma placa de desempenho ou mesmo em uma placa de ensaio. A expressão booleana para o diagrama lógico pode ser dada por
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
Podemos ainda mais simplesmente esta expressão booleana usando o cancelamento dos termos comuns, de modo que o diagrama lógico fique muito mais simples e fácil de construir. A expressão booleana simplificada é fornecida a seguir.
Out = S 0 '.D 0 + S 0.D 1
Multiplexadores de ordem superior (multiplexador 4: 1):
Depois de compreender o funcionamento de um Multiplexador 2: 1, será fácil entender também o Multiplexador 4: 1. É que ele terá 4 pinos de entrada e 1 pino de saída com duas linhas de controle. Estas duas linhas de controle podem formar 4 sinais lógicos combinacionais diferentes e para cada sinal uma entrada particular será selecionada.
O número de linhas de controle para qualquer Multiplexador pode ser encontrado usando as fórmulas abaixo
2 Número de linhas de controle = Número de linhas de entrada
Portanto, por exemplo, um Multiplexador 2: 1 terá 1 linha de controle porque 2 1 = 2 e um Multiplexador 4: 1 terá 2 linhas de controle porque 2 2 = 4. Da mesma forma, você pode calcular para qualquer Multiplexador de ordem superior.
Também é comum combinar multiplexadores de ordem inferior como MUX 2: 1 e 4: 1 para formar MUX de ordem superior como Multiplexador 8: 1. Agora, por exemplo, vamos tentar implementar um Multiplexador 4: 1 usando um Multiplexador 2: 1. Para construir um MUX 4: 1 usando um MUX 2: 1, teremos que combinar três MUX 2: 1 juntos.
O resultado final deve nos dar 4 pinos de entrada, 2 pinos de controle / seleção e um pino de saída. Para alcançar os dois primeiros MUX é conectado em paralelo e, em seguida, a saída desses dois é alimentada como entrada para o 3º MUX, conforme mostrado abaixo.
A linha de controle / seleção dos dois primeiros MUX é conectada para formar uma única linha (S 0) e a linha de controle do 3º MUX é usada como o segundo sinal de controle / seleção. Assim, finalmente temos um multiplexador com quatro entradas (W0, W1, W2 e W3) e apenas uma saída (f). A tabela verdade para um Multiplexador 4: 1 é mostrada abaixo.
Como você pode ver na tabela acima, para cada conjunto de valores fornecidos aos pinos de sinal de controle (S0 e S1), obtemos uma saída diferente dos pinos de entrada em nosso pino de saída. Desta forma, podemos usar o MUX para selecionar um entre os quatro pinos de entrada disponíveis para trabalhar. Normalmente, esses pinos de controle (S0 e S1) serão controlados automaticamente usando um circuito digital. Existem certos IC dedicados que podem atuar como MUX e tornar o trabalho mais fácil para nós, então vamos dar uma olhada neles.
Implementação prática do multiplexador usando IC 4052:
É sempre interessante construir e verificar as coisas na prática, de modo que a teoria que aprendemos faça mais sentido. Portanto, vamos construir um Multiplexador 4: 1 e verificar como ele funciona. O IC que estamos usando aqui é o MC14052B, que tem dois Multiplexadores 4: 1 dentro dele. A pinagem do IC é mostrada abaixo
Aqui, os pinos X0, X1, X2 e X3 são os quatro pinos de entrada e o pino X é seu pino de saída correspondente. Os pinos de controle A e B são usados para selecionar a entrada necessária para o pino de saída. O pino Vdd (pino 16) deve ser conectado à tensão de alimentação de + 5V e os pinos Vss e Vee devem ser aterrados. O pino Vee é para habilitar, que é um pino baixo ativo, então temos que aterrá-lo para habilitar este IC. O MC14052 é um Multiplexador Analógico, o que significa que os pinos de entrada também podem ser fornecidos com tensão variável e a mesma pode ser obtida através dos pinos de saída. A imagem GIF abaixo mostra como o IC emite tensão de entrada variável com base nos sinais de controle fornecidos. Os pinos de entrada têm a tensão de 1,5 V, 2,7 V, 3,3 V e 4,8 V, que também é obtida no pino de saída com base no sinal de controle fornecido.
Também podemos montar este circuito sobre uma placa de ensaio e verificar se estão funcionando. Para fazer isso, usei dois botões de pressão como entradas para os pinos de controle A e B. E usei uma série de combinações de divisores de potencial para fornecer tensões variáveis para os pinos 12, 14, 15 e 11. O pino de saída 13 está conectado a um CONDUZIU. As tensões variáveis fornecidas ao LED farão com que ele varie o brilho com base nos sinais de controle. O circuito uma vez construído será parecido com isto abaixo
O vídeo completo de funcionamento do circuito também pode ser encontrado no final desta página. Espero que você tenha entendido o funcionamento dos Multiplexadores e saiba onde usá-los em seus projetos. Se você tiver quaisquer pensamentos ou dúvidas, deixe-os na seção de comentários abaixo e tentarei responder da melhor forma possível. Você também pode usar os fóruns para tirar suas dúvidas técnicas e compartilhar seus conhecimentos com outros membros desta comunidade.