- Conceptos básicos de multiplexores:
- Multiplexores de 2 entradas:
- Multiplexores de orden superior (multiplexor 4: 1):
- Implementación práctica del multiplexor usando IC 4052:
El término multiplexor, que también se denomina comúnmente " MUX " o " MPX ", se refiere a la selección de una salida de las muchas entradas disponibles. El profesor Shankar Balachandran (IIT-M) explica la multiplexación como el método de transmitir una gran cantidad de unidades de información a través de una pequeña cantidad de canales o líneas y un multiplexor digital es un circuito lógico combinacional que selecciona información binaria de una de las muchas líneas de entrada y lo dirige a una única línea de salida.
En este artículo, aprenderemos cómo funcionan estos Multiplexores, cómo diseñar uno para nuestro proyecto y también probaremos un ejemplo práctico en una placa para comprobar el funcionamiento del Hardware.
Conceptos básicos de multiplexores:
La mejor manera de entender los multiplexores es mirar un polo único de múltiples posiciones como se muestra a continuación. Aquí el interruptor tiene múltiples entradas D0, D1, D2 y D3 pero solo tiene un pin de Salida (Out). La perilla de control se usa para seleccionar uno de los cuatro datos disponibles y estos datos se reflejarán en el lado de salida. De esta manera el usuario puede seleccionar la señal requerida entre muchas señales disponibles.
Este es un ejemplo sencillo de un multiplexor mecánico. Pero en circuitos electrónicos que implican conmutación de alta velocidad y transferencias de datos, deberíamos poder seleccionar la entrada requerida muy rápidamente utilizando circuitos digitales. Las señales de Control (S1 y S0) hacen exactamente lo mismo, seleccionan una entrada de las muchas disponibles en base a la señal que se les proporciona. Entonces, los tres términos básicos y mínimos en cualquier multiplexor serán Pines de entrada de entrada, Pin de salida y Señal de control
Pines de entrada: estos son los pines de señal disponibles entre los que se debe seleccionar uno. Estas señales pueden ser una señal digital o una señal analógica.
Pin de salida: un multiplexor siempre tendrá un solo pin de salida. La señal de pin de entrada seleccionada será proporcionada por el pin de salida.
Pin de control / selección: Los pines de control se utilizan para seleccionar la señal del pin de entrada. El número de pines de control en un multiplexor depende del número de pines de entrada. Por ejemplo, un multiplexor de 4 entradas tendrá 2 pines de señal.
Para fines de comprensión, consideremos un multiplexor de 4 entradas que se muestra arriba. Tiene dos señales de control mediante las cuales podemos seleccionar una de las cuatro líneas de entrada disponibles. La siguiente tabla de verdad ilustra el estado de los pines de control (S0 y S1) para seleccionar el pin de entrada requerido.
Ahora que hemos entendido lo básico de los multiplexores, echemos un vistazo a los multiplexores de 2 entradas y los multiplexores de 4 entradas que se utilizan con mayor frecuencia en circuitos de aplicación.
Multiplexores de 2 entradas:
Como sugiere el nombre para un multiplexor de 2 entradas, tendremos 2 líneas de entrada y una de salida. Además, solo tendrá un pin de control para seleccionar entre los dos pines de entrada disponibles. A continuación se muestra una representación gráfica de un multiplexor 2: 1.
Aquí, los pines de entrada se denominan D0 y D1 y el pin de salida se denomina out. El usuario puede seleccionar una de las entradas que sea D0 o D1 usando el Pin de control S0. Si S0 se mantiene bajo (lógica 0), la entrada D0 se reflejará en el pin de salida y si la entrada S0 se mantiene alta (lógica 1), la entrada D1 se reflejará en el pin de salida. La tabla de verdad que representa lo mismo se muestra a continuación.
Como puede ver en la tabla anterior, cuando la señal de control S0 es 0, la Salida refleja los valores de la señal de D0 (resaltada en azul) y de manera similar cuando la señal de control S0 es 1, la Salida refleja los valores de la señal de D1 (resaltada en rojo). Hay pocos paquetes de IC dedicados que funcionarán como multiplexores directamente desde el paquete, pero como estamos tratando de comprender los diseños de lógica combinacional, construyamos el multiplexor de 2 entradas anterior utilizando puertas lógicas. El diagrama de circuito lógico para el mismo se muestra a continuación
El diagrama lógico utiliza solo las puertas NAND y, por lo tanto, se puede construir fácilmente en una placa de perforación o incluso en una placa de pruebas. La expresión booleana para el diagrama lógico puede estar dada por
Salida = 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 simplificar aún más esta expresión booleana mediante la cancelación de los términos comunes, de modo que el diagrama lógico sea mucho más simple y fácil de construir. La expresión booleana simplificada se da a continuación.
Salida = S 0 '.D 0 + S 0.D 1
Multiplexores de orden superior (multiplexor 4: 1):
Una vez que comprenda el funcionamiento de un multiplexor 2: 1, debería ser fácil comprender también el multiplexor 4: 1. Es solo que tendrá 4 pines de entrada y 1 pines de salida con dos líneas de control. Estas dos líneas de control pueden formar 4 señales lógicas combinacionales diferentes y para cada señal se seleccionará una entrada en particular.
El número de líneas de control para cualquier multiplexor se puede encontrar usando las fórmulas siguientes
2 Número de líneas de control = Número de líneas de entrada
Entonces, por ejemplo, un multiplexor 2: 1 tendrá 1 línea de control porque 2 1 = 2 y un multiplexor 4: 1 tendrá 2 líneas de control porque 2 2 = 4. De manera similar, puede calcular para cualquier multiplexor de orden superior.
También es común combinar multiplexores de orden inferior como MUX 2: 1 y 4: 1 para formar MUX de orden superior como Multiplexor 8: 1. Ahora, por ejemplo, intentemos implementar un multiplexor 4: 1 usando un multiplexor 2: 1. Para construir un MUX 4: 1 usando un MUX 2: 1, tendremos que combinar tres MUX 2: 1 juntos.
El resultado final debería darnos 4 pines de entrada, 2 pines de control / selección y un pin de salida. Para lograr los dos primeros MUX se conecta en paralelo y luego la salida de esos dos se alimenta como entrada al 3º MUX como se muestra a continuación.
La línea de control / selección de los dos primeros MUX se conecta para formar una sola línea (S 0) y luego la línea de control del 3 er MUX se utiliza como segunda señal de control / selección. Así finalmente obtenemos un multiplexor con cuatro entradas (W0, W1, W2 y W3) y solo una salida (f). La tabla de verdad para un multiplexor 4: 1 se muestra a continuación.
Como puede ver en la tabla anterior, para cada conjunto de valores proporcionados a los pines de la señal de control (S0 y S1) obtenemos una salida diferente de los pines de entrada en nuestro pin de salida. De esta manera podemos usar el MUX para seleccionar uno de los cuatro pines de entrada disponibles para trabajar. Normalmente, estos pines de control (S0 y S1) se controlarán automáticamente mediante un circuito digital. Hay ciertos IC dedicados que pueden actuar como MUX y facilitarnos el trabajo, así que echemos un vistazo a ellos.
Implementación práctica del multiplexor usando IC 4052:
Siempre es interesante construir y verificar cosas de manera práctica, de modo que la teoría que aprendamos tenga más sentido. Así que construyamos un multiplexor 4: 1 y verifiquemos cómo funciona. El IC que estamos usando aquí es MC14052B que tiene dos multiplexores 4: 1 dentro. Los pines del IC se muestran a continuación
Aquí los pines X0, X1, X2 y X3 son los cuatro pines de entrada y el pin X es su pin de salida correspondiente. Los pines de control A y B se utilizan para seleccionar la entrada requerida al pin de salida. El pin Vdd (pin 16) debe conectarse al voltaje de suministro que es de + 5V y el pin Vss y Vee deben estar conectados a tierra. El pin Vee es para habilitar, que es un pin bajo activo, por lo que tenemos que conectarlo a tierra para habilitar este IC. El MC14052 es un multiplexor analógico, lo que significa que los pines de entrada también se pueden suministrar con voltaje variable y lo mismo se puede obtener a través de los pines de salida. La siguiente imagen GIF muestra cómo el IC genera un voltaje de entrada variable en función de las señales de control proporcionadas. Los pines de entrada tienen el voltaje de 1,5 V, 2,7 V, 3,3 V y 4,8 V que también se obtiene en el pin de salida según la señal de control proporcionada.
También podemos montar este circuito sobre una placa de pruebas y comprobar si funcionan. Para hacer eso, he usado dos botones que son entradas para los pines de control A y B. Y usé una serie de combinaciones de divisores de potencial para proporcionar voltajes variables para los pines 12, 14, 15 y 11. El pin de salida 13 está conectado a un LED. Los voltajes variables suministrados al LED harán que varíe el brillo en función de las señales de control. El circuito una vez construido se verá así a continuación
El video de trabajo completo del circuito también se puede encontrar en la parte inferior de esta página. Espero que haya entendido el funcionamiento de los multiplexores y sepa dónde usarlos en sus proyectos. Si tiene alguna idea o duda, déjela en la sección de comentarios a continuación y haré todo lo posible para responderla. También puedes utilizar los foros para resolver tus dudas técnicas y compartir tus conocimientos con otros miembros de esta comunidad.