วงจรมัลติเพล็กเซอร์และวิธีการทำงาน

คำว่าMultiplexerซึ่งเรียกกันทั่วไปว่า“ MUX ” หรือ“ MPX ” หมายถึงการเลือกเอาท์พุทหนึ่งจากอินพุตที่มีอยู่มากมาย ศาสตราจารย์ Shankar Balachandran (IIT-M) อธิบายการมัลติเพล็กซ์ว่าเป็นวิธีการส่งหน่วยข้อมูลจำนวนมากผ่านช่องสัญญาณหรือเส้นจำนวนน้อยและ Digital Multiplexer เป็นวงจรลอจิกเชิงผสมที่เลือกข้อมูลไบนารีจากหนึ่งในสายอินพุตจำนวนมากและ นำไปยังบรรทัดเอาต์พุตเดียว

ในบทความนี้เราจะได้เรียนรู้ว่า Multiplexers เหล่านี้ทำงานอย่างไรวิธีออกแบบหนึ่งสำหรับโครงการของเราและลองใช้ตัวอย่างที่ใช้ได้จริงบน breadboardเพื่อตรวจสอบการทำงานบนฮาร์ดแวร์

พื้นฐานของ Multiplexers:

วิธีที่ดีที่สุดในการทำความเข้าใจ Multiplexers คือการดูที่เสาเดียวหลายตำแหน่งดังที่แสดงด้านล่าง ที่นี่สวิตช์มีอินพุตหลายตัว D0, D1, D2 และ D3 แต่มีขาเอาต์พุต (ขาออก) เพียงขาเดียว ปุ่มควบคุมใช้เพื่อเลือกหนึ่งในสี่ข้อมูลที่มีอยู่และข้อมูลนี้จะแสดงที่ด้านเอาต์พุต ด้วยวิธีนี้ผู้ใช้สามารถเลือกสัญญาณที่ต้องการจากสัญญาณที่มีอยู่มากมาย

นี่คือตัวอย่างธรรมดาของ Multiplexer เชิงกล แต่ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสลับความเร็วสูงและการถ่ายโอนข้อมูลเราควรจะสามารถเลือกอินพุตที่ต้องการได้อย่างรวดเร็วโดยใช้วงจรดิจิทัล สัญญาณควบคุม (S1 และ S0) ทำเหมือนกันทุกประการโดยจะเลือกอินพุตหนึ่งจากสัญญาณที่มีอยู่มากตามสัญญาณที่ให้มา ดังนั้นคำศัพท์พื้นฐานและขั้นต่ำสามข้อใน Multiplexer ใด ๆ จะเป็น Input Input Pins, Output Pin และ Control Signal

พินอินพุต:นี่คือพินสัญญาณที่มีให้เลือก สัญญาณเหล่านี้อาจเป็นสัญญาณดิจิทัลหรือสัญญาณแอนะล็อกก็ได้

ขาออก:มัลติเพล็กเซอร์จะมีพินเอาต์พุตเพียงตัวเดียว สัญญาณขาเข้าที่เลือกจะถูกจัดเตรียมโดยขาเอาต์พุต

Control / Selection Pin:พินควบคุมใช้เพื่อเลือกสัญญาณขาเข้า จำนวนพินควบคุมบน Multiplexer ขึ้นอยู่กับจำนวนพินอินพุต ตัวอย่างเช่นมัลติเพล็กเซอร์ 4 อินพุตจะมีพินสัญญาณ 2 ตัว

เพื่อความเข้าใจในจุดประสงค์ให้เราพิจารณามัลติเพล็กเซอร์ 4 อินพุตที่แสดงด้านบน มันมีสัญญาณควบคุมสองตัวซึ่งเราสามารถเลือกหนึ่งในสี่สายอินพุตที่มีอยู่ ความจริงตารางด้านล่างแสดงสถานะของพินควบคุม (S0 และ S1) สำหรับการเลือกพินอินพุตที่ต้องการ

ตอนนี้เราได้เข้าใจพื้นฐานของ Multiplexers แล้วลองมาดู 2-Input Multiplexers และ 4-Input Multiplexers ที่ใช้กันมากที่สุดในวงจรแอปพลิเคชัน

มัลติเพล็กเซอร์ 2 อินพุต:

เป็นชื่อที่แนะนำสำหรับ Multiplexers 2 อินพุตเราจะมี2 สายการป้อนข้อมูลและเป็นหนึ่งในสายไฟขาออก นอกจากนี้ยังมีพินควบคุมเพียงอันเดียวเพื่อเลือกระหว่างพินอินพุตสองพินที่มีอยู่ การแสดงภาพกราฟิกของ Multiplexer 2: 1 แสดงอยู่ด้านล่าง

ที่นี่พินอินพุตมีชื่อเป็น D0 และ D1 และพินเอาต์พุตถูกตั้งชื่อเป็นเอ้าท์ ผู้ใช้สามารถเลือกอินพุตที่เป็น D0 หรือ D1 ได้โดยใช้ Control Pin S0 หาก S0 อยู่ในระดับต่ำ (ลอจิก 0) อินพุต D0 จะแสดงที่ขาเอาต์พุตและหากอินพุต S0 อยู่ในระดับสูง (ลอจิก 1) อินพุต D1 จะแสดงที่ขาเอาต์พุต ตารางความจริงที่แสดงถึงสิ่งเดียวกันแสดงอยู่ด้านล่าง

ดังที่คุณเห็นจากตารางด้านบนเมื่อสัญญาณควบคุม S0 เป็น 0 เอาต์พุตจะสะท้อนค่าสัญญาณของ D0 (เน้นด้วยสีน้ำเงิน) และในทำนองเดียวกันเมื่อสัญญาณควบคุม S0 คือ 1 เอาต์พุตจะสะท้อนค่าสัญญาณของ D1 (เน้นด้วยสีแดง). มีแพ็กเกจ IC เฉพาะไม่กี่แพ็กเกจที่จะทำงานเป็นมัลติเพล็กเซอร์จากแพ็กเกจได้โดยตรง แต่เนื่องจากเรากำลังพยายามทำความเข้าใจการออกแบบลอจิกแบบผสมผสานให้เราสร้างมัลติเพล็กเซอร์ 2 อินพุตด้านบนโดยใช้ลอจิกเกต แผนภาพวงจรลอจิกสำหรับสิ่งเดียวกันดังแสดงด้านล่าง

แผนภาพลอจิกใช้เฉพาะประตู NAND และด้วยเหตุนี้จึงสามารถสร้างบนบอร์ดสมบูรณ์แบบหรือแม้แต่บนเขียงหั่นขนม นิพจน์บูลีนสำหรับแผนภาพลอจิกสามารถกำหนดได้โดย

ออก = S ₀ '.D ₀ '.D ₁ + S ₀ '.D ₀.D ₁ + S ₀.D ₀.D ₁ ' + S ₀.D ₀.D ₁

เราสามารถเพิ่มเติมเพียงแค่นิพจน์บูลีนโดยใช้การยกเลิกคำศัพท์ทั่วไปเพื่อให้แผนภาพลอจิกง่ายขึ้นและง่ายต่อการสร้าง นิพจน์บูลีนแบบง่ายได้รับด้านล่าง

ออก = S ₀ '.D ₀ + S ₀.D ₁

Multiplexers ลำดับที่สูงขึ้น (4: 1 Multiplexer):

เมื่อคุณเข้าใจการทำงานของ Multiplexer 2: 1 แล้วก็ควรจะเข้าใจ Multiplexer แบบ 4: 1 ได้อย่างง่ายดาย มันเป็นเพียงว่ามันจะมีพินอินพุทที่ 4 และ 1 หมุดเอาท์พุทที่มีสองเส้นควบคุม สายควบคุมทั้งสองนี้สามารถสร้างสัญญาณลอจิกเชิงผสมที่แตกต่างกันได้ 4 แบบและสำหรับแต่ละสัญญาณจะมีการเลือกอินพุตเฉพาะหนึ่งรายการ

จำนวนบรรทัดควบคุมสำหรับ Multiplexer ใด ๆ สามารถพบได้โดยใช้สูตรด้านล่าง

2 ^{Number of Control lines} = จำนวนสายอินพุต

ดังนั้นตัวอย่างเช่น 2: 1 Multiplexer จะมี 1 สายควบคุมเพราะ 2 ¹ = 2 และ 4: 1 Multiplexer จะมี 2 สายควบคุมเพราะ 2 ² = 4 ในทำนองเดียวกันคุณสามารถคำนวณหา Multiplexers ลำดับที่สูงกว่าได้

นอกจากนี้ยังเป็นเรื่องปกติที่จะรวมกับมัลติเพล็กเซอร์ลำดับที่ต่ำกว่าเช่น 2: 1 และ 4: 1 MUX เพื่อสร้าง MUX ลำดับที่สูงขึ้นเช่นมัลติเพล็กเซอร์ 8: 1 ตัวอย่างเช่นตอนนี้ให้เราลองใช้ Multiplexer 4: 1 โดยใช้ Multiplexer 2: 1 ในการสร้าง 4: 1 MUX โดยใช้ 2: 1 MUX เราจะต้องรวมสาม 2: 1 MUX เข้าด้วยกัน

ผลลัพธ์สุดท้ายควรให้เรา 4 ขาอินพุต 2 พินควบคุม / เลือกและพินเอาต์พุตหนึ่งอัน เพื่อให้ได้ MUX สองตัวแรกเชื่อมต่อแบบขนานจากนั้นเอาต์พุตของทั้งสองจะถูกป้อนเป็นอินพุตไปยังMUX 3 ^rdดังที่แสดงด้านล่าง

สายควบคุม / เลือกของ MUX สองตัวแรกเชื่อมต่อเข้าด้วยกันเพื่อสร้างบรรทัดเดียว (S ₀) จากนั้นใช้สายควบคุมของ 3 ^rd MUX เป็นสัญญาณควบคุม / เลือกที่สอง ในที่สุดเราก็ได้รับมัลติเพล็กเซอร์ที่มีอินพุตสี่ตัว (W0, W1, W2 และ W3) และมีเอาต์พุตเพียงตัวเดียว (f) ตารางความจริงสำหรับ 4: 1 Multiplexerแสดงอยู่ด้านล่าง

ดังที่คุณเห็นในตารางด้านบนสำหรับแต่ละชุดของค่าที่ให้ไว้กับพินสัญญาณควบคุม (S0 และ S1) เราจะได้รับเอาต์พุตที่แตกต่างจากพินอินพุตบนขาเอาต์พุตของเรา ด้วยวิธีนี้เราสามารถใช้ MUX เพื่อเลือกหนึ่งในสี่ขาอินพุตที่มีให้ใช้งานได้ โดยปกติหมุดควบคุม (S0 และ S1) เหล่านี้จะถูกควบคุมโดยอัตโนมัติโดยใช้วงจรดิจิตอล มี IC เฉพาะบางตัวที่สามารถทำหน้าที่เป็น MUX และทำให้งานง่ายสำหรับเราดังนั้นให้เรามาดูกัน

การใช้งาน Multiplexer ในทางปฏิบัติโดยใช้ IC 4052:

เป็นเรื่องที่น่าสนใจเสมอที่จะสร้างและตรวจสอบสิ่งต่าง ๆ ในทางปฏิบัติดังนั้นทฤษฎีที่เราเรียนรู้จะมีเหตุผลมากขึ้น ดังนั้นให้เราสร้าง Multiplexer 4: 1 และตรวจสอบว่ามันทำงานอย่างไร IC ที่เราใช้อยู่นี้คือMC14052Bซึ่งมี Multiplexers แบบ 4: 1 สองตัวอยู่ข้างใน พินของ IC แสดงอยู่ด้านล่าง

ที่นี่หมุด X0, X1, X2 และ X3 เป็นพินอินพุตสี่ขาและพิน X คือพินเอาต์พุตที่สอดคล้องกัน หมุดควบคุม A และ B ใช้เพื่อเลือกอินพุตที่ต้องการไปยังขาเอาต์พุต ขา Vdd (พิน 16) ต้องเชื่อมต่อกับแรงดันไฟฟ้าซึ่งเป็น + 5V และขา Vss และ Vee ควรต่อสายดิน Vee pin ใช้สำหรับเปิดใช้งานซึ่งเป็นพินต่ำที่ใช้งานได้ดังนั้นเราจึงต้องกราวด์เพื่อเปิดใช้งาน IC นี้ MC14052 เป็น Analog Multiplexer ซึ่งหมายความว่าขาอินพุตสามารถจ่ายให้กับแรงดันไฟฟ้าผันแปรได้และสามารถรับได้เช่นเดียวกันแม้ว่าขาออก ภาพ GIF ด้านล่างแสดงให้เห็นว่า IC ส่งออกแรงดันไฟฟ้าอินพุตตัวแปรตามสัญญาณควบคุมที่ให้มาอย่างไร หมุดอินพุตมีแรงดันไฟฟ้า 1.5V, 2.7V, 3.3V และ 4.8V ซึ่งได้รับจากขาเอาต์พุตตามสัญญาณควบคุมที่กำหนด

นอกจากนี้เรายังสามารถประกอบวงจรนี้บนเขียงหั่นขนมและตรวจสอบว่าใช้งานได้หรือไม่ ในการทำเช่นนั้นฉันใช้ปุ่มกดสองปุ่มเป็นอินพุตสำหรับพินควบคุม A และ B และใช้ชุดตัวแบ่งที่เป็นไปได้หลายชุดเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าแปรผันสำหรับพิน 12, 14, 15 และ 11 ขาเอาต์พุต 13 เชื่อมต่อกับ LED. แรงดันไฟฟ้าแปรผันที่จ่ายให้กับ LED จะทำให้ความสว่างแตกต่างกันไปตามสัญญาณควบคุม วงจรเมื่อสร้างแล้วจะมีลักษณะดังนี้ด้านล่าง

คุณสามารถดูวิดีโอการทำงานที่สมบูรณ์ของวงจรได้ที่ด้านล่างของหน้านี้ หวังว่าคุณจะเข้าใจการทำงานของ Multiplexers และรู้ว่าจะใช้พวกมันในโครงการของคุณได้ที่ไหน หากคุณมีความคิดหรือข้อสงสัยโปรดทิ้งไว้ในส่วนความคิดเห็นด้านล่างและเราจะพยายามอย่างเต็มที่เพื่อตอบกลับ คุณยังสามารถใช้ฟอรัมเพื่อแก้ไขข้อสงสัยทางเทคนิคของคุณและแบ่งปันความรู้ของคุณกับสมาชิกคนอื่น ๆ ในชุมชนนี้