آموزش کامل مدار مالتی پلکسر (Multiplaxer چیست؟)

مدار مالتی پلکسر چگونه کار میکند؟

نوعی مولتی پلکسر که به طور رایج MUX یا MPX نامیده میشود، به انتخاب کردن یک خروجی از تعداد زیادی ورودی در دسترس، برمیگردد. پروفسر شانکر بالاچندرن (Shankar Balachandran) (IIT-M) مالتی پلکسینگ را به عنوان یک روشی که تعداد زیادی واحد اطلاعات را از طریق تعداد کمی کانال یا خطوط منتقل می کند، توضیح می دهد و یک مولتی پلکسر دیجیتال یک مدار منطق ترکیبی است که اطلاعات باینری را از یکی از تعداد زیاد خطوط ورودی انتخاب می کند و آن را به یک خط سیگنال خروجی، هدایت می کند.

پیشنهاد میکنم قبل از خواندن این مطلب، مقاله انکدر باینری و دیکدر باینری را بخوانید.

در این مقاله، ما درمورد اینکه این مولتی پلکسرها چگونه کار می کنند و چگونه یکی از آن ها را برای پروژه ی خود طراحی کنیم، خواهیم آموخت و همچنین یک نمونه ی عملی را روی یک تخته نرد، برای بررسی کار بر روی سخت افزار امتحان میکنیم.

فیلم زیر شما را با مدار های مالتی پلکسر آشنا میکند:

اصول مالتی پلکسر

بهترین راه برای درک مولتی پلکسر با نگاه کردن به یک تک قطب چندگانه (Single Pole Multi_positioned) است که در شکل زیر قرار دارد.  در این سوئیچ چندین ورودی D0 ، D1 ، D2 و D3 وجود دارد ولی فقط یک پین خروجی دارد.  از دکمه کنترل برای انتخاب یکی از چهار داده موجود استفاده می شود و این داده ها در سمت خروجی منعکس می شوند.  به این ترتیب کاربر می تواند سیگنال مورد نیاز را در بین بسیاری از سیگنال های موجود انتخاب کند.

این یک نمونه ساده از یک مولتی پلکسر مکانیکی است. اما در مدار الکترونیکی که شامل سوئیچینگ با سرعت بالا و انتقال داده است، باید بتوانیم ورودی مورد نیاز را خیلی سریع با استفاده از مدارهای دیجیتال انتخاب کنیم. سیگنال های کنترل (S1 و S0) دقیقاً همین کار را می کنند ، براساس سیگنالی که به آنها داده می شود ، یک ورودی از موردهای زیادی که وجود دارد، انتخاب می کنند.  بنابراین سه اصطلاح اساسی و  پایه ای در هر مولتی پلکسر عبارتند از: پین های ورودی ، پین خروجی و سیگنال کنترل.

پین های ورودی: پین های سیگنال موجود هستند که باید یکی از آنها انتخاب شود.  این سیگنال ها می توانند یک سیگنال دیجیتال یا یک سیگنال آنالوگ باشند.

پین خروجی: یک مالتی پلکسرفقط یک پین خروجی دارد.  سیگنال پین ورودی انتخاب شده، توسط پین خروجی ارائه می شود.

پین کنترل / انتخاب: از پین های کنترل برای انتخاب سیگنال پین ورودی، استفاده می شود.  تعداد پین های کنترل در مولتی پلکسر به تعداد پین های ورودی بستگی دارد.  به عنوان مثال ، یک مالتی پلکسر4 ورودی دارای 2 پین سیگنال است.

برای اینکه متوجه شوید،  مالتی پلکسر 4 ورودی بالا را در نظر بگیرید. دو سیگنال کنترلی دارد که با استفاده از آن می توانیم یکی از چهار خط ورودی موجود را انتخاب کنیم.  جدول ارزش زیر وضعیت پین های کنترل (S0 و S1) را برای انتخاب پین ورودی موردنیاز نشان می دهد.

حالا که ما اساس مولتی پلکسر را فهمیدیم ، نگاهی به مولی پلکسر 2 ورودی و مالتی پلکسر 4 ورودی که معمولاً در مدارهای کاربردی استفاده می شود، بیندازیم.

پادکست زیر شما را با مدار های مالتی پلکسر آشنا میکند:

مالتی پلکسر 2 به 1

همانطور که از نام  “2 ورودی  مولتی پلکسر” پیداست، ما دو خط ورودی و یک خط خروجی خواهیم داشت. نمودار گرافیکی یک مالتی پلکسر 1:2 در زیر نشان داده شده است.

در اینجا پین های ورودی به عنوان DO وD1 نام گذاری شده اند و پین خروجی به عنوان Out نام گذاری شده است.

کاربر می تواند با استفاده از پین کنترل SO یکی از ورودي های DO یا D1 را انتخاب کند. اگر SO پایین نگه داشته شود (منطق0) بنابراین ورودی DO بر روی پین خروجی نشان داده می شود و اگر ورودی SO بالا نگه داشته شود (منطق1) بنابراین ورودی D1 بر روی پین خروجی نشان داده می شود.

جدول ارزش نمایانگر همان، در زیر نشان داده شده است.

همانطور که می توانید از جدول بالا مشاهده کنید، هنگامی که سيگنال کنترل SO  صفر (0) باشد، خروجی مقدار سیگنال DO را نشان می دهد (بخش های آبی رنگ) و همینطور وقتی که سیگنال کنترل SO یک (1) باشد، خروجی مقدار سیگنال D1 را نشان می دهد (بخش هاي قرمز رنگ).

تعدا کمی از پکیج های اختصاصی IC وجود دارند که بطور مستقیم، خارج از پکیچ به عنوان مالتی پلکسر کار می کنند.

اما از آنجا که ما در حال تلاش برای درک طرح های منطق ترکیبی هستیم، بیایید با استفاده از گیت های منطقی، 2 ورودی مالتی پلکسر بالا را بسازیم. برای همین نمودار مدار منطقی در زیر نشان داده شده است.

نمودار منطقی فقط از گیت های NAND استفاده می کند و از این رو می توان به راحتی روی یک برد سوراخ شده یا حتی روی یک تخته مدار، آن را ساخت.

می توان عبارت Boolean را برای نمودار منطق به صورت زیر ارائه داد :

Out = S0’.D0’.D1 + S0’.D0.D1 + S0.D0.D1’ + S0.D0.D1

همچنین ما می توانیم با استفاده از اصطلاحات رایج ساده تر، این عبارت Boolean را ساده تر کنیم.

به گونه ای که مفهموم نمودار منطق بسیار ساده تر و آسان تر می شود. عبارت Boolean ساده شده در زیر آورده شده است.

Out = S0’.D0 + S0.D1

مالتی پلکسر 4 به 1

وقتی کار یک مولتی پلکسر 2:1 را فهمیدید ، درک مالتی پلکسر 4:1 نیز آسان میشود. فقط باید 4 پین ورودی و 1 پین خروجی با دو خط کنترل داشته باشد. این دو خط کنترل می توانند 4 سیگنال منطق ترکیبی مختلف را تشکیل بدهند و برای هر سیگنال یک ورودی خاص انتخاب کنند.

با استفاده از فرمول زیر می توانید تعداد خطوط کنترلی برای هر مالتی پلکسر را پیدا کنید:

2 Number of Control lines = Number of Input lines

2 به توان تعداد خطوط کنترل = تعداد خطوط ورودی

بنابراین به عنوان مثال ، یک مالتی پلکسر 2:1 دارای 1 خط کنترل است زیرا 2×1 = 2 و یک مولتی پلکسر 4:1 دارای 2 خط کنترل است زیرا 2×2 = 4. به همین نحو، شما میتوانید هر مقدار بالاتری از مالتی پلکسر را محاسبه کنید.

ترکیبی از مالتی پلکسرهای مرتبه پایین مانند مولتی پلکسر 2:1 و 4:1 برای ساخت مالتی پلکسر مرتبه بالاتر، مانند مولتی پلکسر 8:1 متداول است. به عنوان مثال، ما برای کار کردن مولتی پلکسر 4:1 از مولتی پلکسر 2:1 استفاده می کنیم. برای ساختن مولتی پلکسر 4:1 با استفاده از یک مولتی پلکسر 2:1 ، باید سه تا مولتی پلکسر 2:1 را با هم ترکیب کنیم.

پین های کنترل یا انتخاب : از پین های کنترل برای انتخاب سیگنال پین ورودی، استفاده می شود. تعداد پین های کنترل در مولتی پلکسر به تعداد پین های ورودی بستگی دارد. به عنوان مثال ، یک مولتی پلکسر 4 ورودی، دارای 2 پین سیگنال است.

خط کنترل یا انتخاب دو مولتی پلکسر اول به هم متصل می شوند تا یک خط واحد (S0) تشکیل شود و سپس از خط کنترل مولتی پلکسر سومی، به عنوان سیگنال کنترل یا انتخاب استفاده می شود. بنابراین در نهایت ما یک مولتی پلکسر با چهار ورودی (W0 ، W1 ، W2 و W3) و تنها یک خروجی (f) دریافت می کنیم. جدول ارزش برای یک مولتی پلکسر 4:1 در زیر آورده شده است.

همانطور که در جدول بالا می بینید، برای هر مجموعه ای از مقادیر ارائه شده به پین ​​های کنترل سیگنال (S0 و S1) ، از پین های ورودی موجود در پین خروجی ما ، یک خروجی متفاوت دریافت می کنیم. به این ترتیب می توانیم از مولتی پلکسر استفاده کنیم تا یکی از چهار پین ورودی موجود را برای کار با آن انتخاب کنیم. به طور معمول این پین های کنترل (S0 و S1) با استفاده از یک مدار دیجیتال به طور خودکار کنترل می شوند. IC اختصاصی خاصی وجود دارد که می تواند به عنوان مالتی پلکسر عمل کند و کار را برای ما آسان کند ، بنابراین بیاید نگاهی به آنها بیاندازیم.

اجرای عملی مالتی پلکسر با استفاده از IC 4052

همیشه ساختن و تأیید صحت چیزها جالب است ، به گونه ای که نظریه ای که ما یاد می گیریم ، مفهوم بیشتری پیدا کند. بنابراین اجازه دهید ما یک مالتی پلکسر 4:1  بسازیم و نحوه عملکرد آن را بررسی کنیم. آی سی ای که در اینجا از آن استفاده می کنیم MC14052B است که دو مالتی پلکسر  4:1 در داخل خود است. نتایج مربوط به IC در شکل زیر نشان داده شده است.

در اینجا پین های X0 ، X1 ، X2 و X3 چهار پین ورودی هستند و پین X پین خروجی مربوطه ی آن است. از پین های کنترل A و B برای انتخاب ورودی مورد نیاز به پین خروجی استفاده می شود. پین Vdd (پین 16) باید به ولتاژ منبع تغذیه وصل شود که +5 ولت است و پین Vss و Vee باید به زمین متصل شوند. پین VEE که یک پین کم فعالیت است ، برای فعال سازی استفاده می شود. بنابراین برای فعال کردن این IC  ، مجبوریم ک آنرا به زمین متصل کنیم .  MC14052  یک مولتی پلکسر  آنالوگ است به این معنی که پین های ورودی را نیز می توان با ولتاژ متغیر تهیه کرد و همین کار را می توان با وجود پین های خروجی بدست آورد. تصویر GIF زیر نشان می دهد که چگونه ولتاژ ورودی متغیر IC را بر اساس سیگنال های کنترل ارائه شده ، تولید میشوند . پین های ورودی دارای ولتاژ 1.5 ولت ، 2.7 ولت ، 3.3 ولت و 4.8 ولت هستند که همچنین بر روی پین خروجی بر اساس سیگنال کنترل داده شده بدست می آیند.

ما همچنین می توانیم این مدار را روی یک تخته نرد، مونتاژ کنیم و بررسی کنیم که آیا آنها کار می کنند؟ . برای این کار من از دو دکمه فشار که به عنوان ورودی هایی برای پین های کنترل A و B هستند ، استفاده کرده ام و برای تهیه ولتاژهای متغیر برای پین های 12 ، 14 ، 15 و 11 از یک سری ترکیبات بالقوه تقسیم کننده استفاده شده است. پین خروجی 13 به یک LED متصل است. ولتاژهای متغیر عرضه شده به LED باعث می شود تا روشنایی براساس سیگنال های کنترل تغییر کند. مداری که ساخته شده چیزی شبیه به این در زیر خواهد بود.

فیلم کامل این کار را می توانید در پایین همین صفحه مشاهده کنید. امیدوارم که متوجه عملکرد مولتی پلکسر شده باشید و بدانید که در کجا میتوانید آن ها را در پروژه ی خود بکار ببرید. اگر هرگونه فکری یا شکّی دارید میتوانید آن را در قسمت کامنت پایین بنویسید و من تمام تلاشم را میکنم تا به آن ها پاسخ دهم. شما همچنین می توانید در انجمن ها شک های فنّی خود را برطرف کنید و اطلاعات خود را در بین اعضای انجمن به اشتراک بگذارید.

سوالات متداول

مالتی پلکسر چیست؟

یک مولتی پلکسر دیجیتال یک مدار منطق ترکیبی است که اطلاعات باینری را از یکی از تعداد زیاد خطوط ورودی انتخاب می کند و آن را به یک خط سیگنال خروجی، هدایت می کند.

مالتی پلکسر 2 به 1 چیست؟

همانطور که از نام  “2 به 1” پیداست، ما دو خط ورودی و یک خط خروجی خواهیم داشت.

مالتی پلکسر 8 به 1 چطور کار میکند؟

مالتی پلکسر 8 به 1 به اینصورت عمل میکند که هشت ورودی را تبدیل به یک خروجی میکند.