מעגל מרבב וכיצד הוא עובד

המונח מרבב המכונה בדרך כלל " MUX " או " MPX " מתייחס לבחירת פלט אחד מתוך הכניסות הרבות הזמינות. פרופסור שנקר בלצ'נדרן (IIT-M) מסביר ריבוב כדרך לשדר מספר רב של יחידות מידע על מספר קטן של ערוצים או קווים ומרבב דיגיטלי הוא מעגל לוגי משלב הבוחר מידע בינארי מאחד מקווי הקלט הרבים ו מכוון אותו לשורת פלט אחת.

במאמר זה נלמד כיצד פועלים מולטיפקסרים אלה, כיצד לעצב אחד עבור הפרויקט שלנו וגם ננסה דוגמה מעשית על קרש לחם כדי לבדוק את העבודה על החומרה.

יסודות מולטיפלקסרים:

הדרך הטובה ביותר להבין מרבבים היא על ידי הסתכלות על מוט רב-ממוצב אחד כמוצג להלן. כאן יש למתג מספר כניסות D0, D1, D2 ו- D3 אך יש לו רק סיכת פלט אחת (Out). כפתור הבקרה משמש לבחירת אחד מארבעת הנתונים הזמינים ונתונים אלה ישתקפו בצד הפלט. בדרך זו המשתמש יכול לבחור את האות הנדרש בין אותות זמינים רבים.

זו דוגמה פשוטה למולטיפלקס מכני. אך במעגל אלקטרוני הכולל מיתוג מהיר והעברת נתונים אנו אמורים להיות מסוגלים לבחור את הקלט הנדרש במהירות רבה באמצעות מעגלים דיגיטליים. אותות הבקרה (S1 ו- S0) עושים בדיוק את אותו הדבר, הם בוחרים כניסה אחת מתוך הבסיס הזמין הרבים על האות שסופק להם. אז שלושת מונחי המינימום הבסיסיים והחסומים בכל מרבב יהיו סיכות קלט קלט, סיכת פלט ואות בקרה

סיכות קלט: אלו סיכות האות הזמינות שמהן יש לבחור אחת. אותות אלה יכולים להיות אות דיגיטלי או אות אנלוגי.

פין פלט: למולטיפקסר תמיד יהיה סיכת פלט אחת בלבד. אות סיכת הקלט שנבחר יסופק על ידי סיכת הפלט.

סיכת בקרה / בחירה: סיכות הבקרה משמשות לבחירת אות סיכת הקלט. מספר סיכות הבקרה במולטיפלקס תלוי במספר סיכות הקלט. לדוגמא למרבב בעל 4 כניסות יהיו 2 פינים לאות.

לשם הבנת מטרה, הבה נבחן מרבב בעל 4 קלט המוצג לעיל. יש לו שני אות בקרה באמצעותם נוכל לבחור אחד מארבעת קווי הקלט הזמינים. טבלת האמת שלהלן מדגימה את מצב סיכות הבקרה (S0 ו- S1) לבחירת סיכת הקלט הנדרשת.

עכשיו, אחרי שהבנו את הבסיס של מרבב בואו נסתכל על מרבב 2 קלט ומרבב 4 קלט המשמשים לרוב במעגלי יישומים.

מכפילים מרובי-כניסה:

כפי שהשם מרמז על מכפילים מרובי-כניסה יהיו לנו 2 שורות קלט וקווי יציאה אחת. כמו כן, תהיה לו סיכת בקרה אחת בלבד לבחירה בין שני סיכות הקלט הזמינות. ייצוג גרפי של מכפל 2: 1 מוצג להלן.

כאן נקראים סיכות הקלט D0 ו- D1 וסיכת הפלט נקראת בשם out. המשתמש יכול לבחור אחת מהקלטים שהם D0 או D1 באמצעות פין הבקרה S0. אם S0 נשמר נמוך (לוגיקה 0) אז הקלט D0 יבוא לידי ביטוי על סיכת הפלט ואם הקלט S0 נשמר גבוה (לוגיקה 1) אז הקלט D1 יבוא לידי ביטוי על סיכת הפלט. טבלת האמת המייצגת אותו מוצגת להלן

כפי שניתן לראות מהטבלה לעיל, כאשר אות הבקרה S0 הוא 0, הפלט משקף את ערכי האות של D0 (מודגש בכחול) וכמו כן כאשר אות הבקרה S0 הוא 1, הפלט משקף את ערכי האות של D1 (מודגש באדום.). יש מעט חבילות IC ייעודיות שיעבדו כמולטיפקסים ישר מהחבילה, אך מכיוון שאנו מנסים להבין את העיצובים הלוגיים המשולבים, בואו נבנה את המולטיפקסר 2-קלט הנ"ל באמצעות שערים לוגיים. תרשים המעגל הלוגי עבור אותו מוצג להלן

דיאגרמת ההיגיון משתמשת רק בשערי NAND ולכן ניתן לבנות אותה בקלות על לוח perf או אפילו על קרש לחם. הביטוי הבוליאני עבור דיאגרמת הלוגיקה יכול להינתן על ידי

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

אנו יכולים להמשיך בביטוי בוליאני זה באמצעות ביטול המונחים הנפוצים, כך שתרשים ההיגיון יהיה הרבה יותר פשוט וקל לבנייה. הביטוי הבוליאני הפשוט מובא להלן.

Out = S ₀ '. D ₀ + S _0. D ₁

מכפילים מסדר גבוה יותר (מרבב 4: 1):

ברגע שאתה מבין את עבודתו של מכפל 2: 1, יהיה קל להבין גם את מכפל 4: 1. רק שיהיו בו 4 סיכות כניסה וסיכות יציאה אחת עם שני קווי בקרה. שני קווי בקרה אלה יכולים ליצור 4 אותות לוגיים משולבים שונים ולכל אות ייבחר קלט מסוים אחד.

מספר קווי הבקרה עבור כל מרבב ניתן למצוא באמצעות הנוסחאות הבאות

2 ^{מספר שורות בקרה} = מספר שורות קלט

כך, למשל למולטיפקס 2: 1 יהיה קו בקרה אחד מכיוון 2 ¹ = 2 ומולטיפקס 4: 1 יהיו 2 קווי בקרה מכיוון 2 ² = 4. באופן דומה תוכלו לחשב עבור כל מכפילים מסדר גבוה יותר.

מקובל גם לשלב מולטיפקסרים מסדר נמוך כמו 2: 1 ו- MUX 4: 1 כדי ליצור MUX מסדר גבוה יותר כמו 8: 1 מרבב. כעת, למשל, ננסה ליישם מכפל 4: 1 באמצעות מכפיל 2: 1. כדי לבנות 4: 1 MUX באמצעות 2: 1 MUX, נצטרך לשלב שלושה 2: 1 MUX יחד.

התוצאה הסופית אמורה לתת לנו 4 סיכות קלט, 2 סיכות בקרה / בחירה וסיכת פלט אחת. כדי להשיג את MUX שני הראשונים מחובר במקביל ולאחר מכן את הפלט של שני אלה בפיד כקלט 3 ^rd MUX כמוצג להלן.

השלט / קו בחר של MUX שני הראשונים מחובר יחד כדי ליצור שורה אחת (S ₀) ולאחר מכן קו השליטה 3 ^rd MUX משמש אות מלאה / select השני. כך סוף סוף נקבל מכפל עם ארבע כניסות (W0, W1, W2 ו- W3) ופלט אחד בלבד (f). טבלת האמת עבור 4: 1 מרבב מוצג למטה.

כפי שניתן לראות בטבלה לעיל, עבור כל קבוצה של ערך המסופק לסיכות אות הבקרה (S0 ו- S1) אנו מקבלים פלט שונה מסיכות הכניסה שבסיכת הפלט שלנו. בדרך זו אנו יכולים להשתמש ב- MUX כדי לבחור אחד מבין ארבעת סיכות הקלט הזמינות לעבודה. בדרך כלל סיכות בקרה אלו (S0 ו- S1) נשלטות אוטומטית באמצעות מעגל דיגיטלי. ישנם IC ייעודי מסוימים שיכולים לשמש MUX ולהקל עלינו את העבודה, אז תן לנו להסתכל עליהם.

יישום מעשי של מרבב באמצעות IC 4052:

תמיד מעניין לבנות ולאמת דברים באופן מעשי, כך שהתאוריה שאנחנו לומדים תהיה יותר הגיונית. אז תן לנו לבנות מכפל 4: 1 ולבדוק איך זה עובד. ה- IC בו אנו משתמשים כאן הוא MC14052B ובו שני מולטיפקסרים 4: 1. הפינים של ה- IC מוצגים להלן

כאן הסיכות X0, X1, X2 ו- X3 הן ארבע סיכות הכניסה והסיכה X היא סיכת הפלט המתאימה לה. סיכות הבקרה A ו- B משמשות לבחירת הקלט הנדרש לסיכת הפלט. על סיכת ה- Vdd (סיכה 16) להתחבר למתח האספקה ​​שהוא + 5V, ויש לקרקע את סיכת ה- Vss ו- Vee. סיכת ה- Vee מיועדת לאפשר שהיא סיכה נמוכה פעילה ולכן עלינו לקרקע אותה בכדי לאפשר את ה- IC הזה. ה- MC14052 הוא מכפל אנלוגי, כלומר, ניתן לספק את סיכות הקלט גם במתח משתנה ואת אותו הדבר ניתן להשיג באמצעות סיכות הפלט. תמונת ה- GIF שלמטה מראה כיצד ה- IC מוציא מתח כניסה משתנה בהתבסס על אותות הבקרה שסופקו. לסיכות הכניסה יש מתח 1.5V, 2.7V, 3.3V ו- 4.8V שמתקבל גם על סיכת הפלט בהתבסס על אות הבקרה שניתן.

אנחנו יכולים גם להרכיב את המעגל הזה מעל קרש לחם ולבדוק אם הם עובדים. לשם כך השתמשתי בשני כפתורי לחיצה הם כניסות לסיכות הבקרה A ו- B. והשתמשתי בסדרה של שילובי מחלקים פוטנציאליים כדי לספק מתח משתנה לסיכות 12, 14, 15 ו- 11. סיכת המוצא 13 מחוברת ל לד. המתחים המשתנים המסופקים לנורית יגרמו לו לשנות את הבהירות בהתבסס על אותות הבקרה. המעגל שנבנה פעם אחת ייראה ככה למטה

וידאו העבודה המלא של המעגל ניתן למצוא גם בחלק התחתון של הדף הזה. מקווה שהבנת את העבודה של מולטיפקסרים ויודעת היכן להשתמש בהם בפרויקטים שלך. אם יש לך מחשבות או ספקות השאיר אותם בסעיף ההערות למטה ואשתדל כמיטב יכולתי להשיב להם. אתה יכול גם להשתמש בפורומים כדי לפתור את הספקות הטכניים שלך ולשתף את הידע שלך בין חברים אחרים בקהילה זו.