Multiplexer 74151 - je to integrovaný čip používaný v digitální elektronice k přepínání mnoha vstupních signálů na jeden výstup. Byla navržena tak, aby zjednodušila proces změny trasy přenosu dat v různých digitálních systémech.
Multiplexer 74151 obsahuje 8 datových vstupů (D0-D7), jeden řídicí vstup (C), tři výběrové vstupy (S0-S2) a jeden výstup (Y). V závislosti na stavech vstupů S0-S2 multiplexer vybere jeden ze vstupních signálů a přenese jej na výstup Y. Výběr vstupů se ovládá pomocí vstupu C, který přepíná multiplexor mezi dvěma stavy – režimem provozu a pohotovostním režimem.
Příklad použití multiplexeru 74151: předpokládejme, že máme 8 zdrojů signálů (jako jsou senzory) a chceme si vybrat jeden z nich pro přenos dat. S Multiplexerem 74151 můžeme snadno vybrat požadovaný signál a přenést jej na výstup, což usnadňuje proces přepínání a snižuje počet použitých přepínacích prvků. Multiplexery se navíc často používají v procesorech a dalších výpočetních zařízeních, kde je nutné vybrat zdroj dat pro zpracování nebo přenos.
Princip fungování multiplexeru 74151
Princip multiplexeru 74151 je založen na kombinační logice. Vstup multiplexeru je vybrán pomocí selektivních vstupů S0, S1 a s2, které tvoří adresní čáru. Každá kombinace hodnot na selektivních vstupech odpovídá výběru konkrétního vstupního signálu na výstupu. Pokud například S0=s1=s2=0, pak bude na výstupu multiplexeru umístěn vstupní signál D0.
Aplikace multiplexeru 74151 umožňuje výrazně snížit počet logických prvků potřebných k implementaci určitých funkcí. Může být použit například pro správu více zařízení, výběr jednoho z mnoha vstupních signálů pro přenos na jednom kanálu nebo pro implementaci multiplexované paměti.
Architektura multiplexeru
Standardní multiplexer 74151 má osm datových vstupů (D0-D7), tři výběrové vstupy (S0-S2) a jeden výstup (Y). V závislosti na hodnotách na vstupech výběru multiplexer vybere jeden z osmi vstupních signálů a přenese je na výstup.
Architektura multiplexeru může být reprezentována jako pravdivá tabulka:
| S2 | S 1 | S0 | Y |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | D0 |
| 0 | 0 | 1 | D 1 |
| 0 | 1 | 0 | D2 |
| 0 | 1 | 1 | D 3 |
| 1 | 0 | 0 | D 4 |
| 1 | 0 | 1 | D5 |
| 1 | 1 | 0 | D 6 |
| 1 | 1 | 1 | D 7 |
Pokud jsou tedy na vstupy výběru nastaveny hodnoty (S2=0, S1=1, S0=0), multiplexer vybere vstupní signál D2 a přenese jej na výstup Y.
Architektura multiplexeru 74151 umožňuje jeho použití pro různé účely, jako je multiplexování dat, Správa signálů nebo výběr různých zdrojů signálu. V moderních systémech může být nahrazen programovatelným logickým obvodem (FPGA) nebo jinými zařízeními s podobnou funkcí.
Řídicí signály multiplexeru
- Select signal (S0, s1, s2): tyto signály určují, který z datových vstupů by měl být vybrán a přenášen na výstup multiplexeru. Existuje 8 možných kombinací těchto tří signálů definovaných bity adresy, které lze použít k výběru příslušného vstupu.
- Datový vstupní signál (D0-D7): Jedná se o vstupní data, která lze vybrat a přenést na výstup multiplexeru při správné kombinaci signálů výběru. Celkem je možné připojit až 8 vstupních signálů, z nichž každý je jednobitový.
- Signál rozlišení (G1, G2): tyto signály se používají k ovládání multiplexeru. Existují dvě hlavní kombinace signálů rozlišení: G1 a G2 zapnuté (logická jednotka) nebo G1 a G2 vypnuté (logická nula).
Při výběru požadovaného vstupního signálu je na výstup multiplexeru podán odpovídající signál výběru, synchronně se kterým vstupy vstupují do multiplexeru. Poté se zapne signál rozlišení, aby se vybraný vstupní signál přenesl na výstup multiplexeru. Když je signál rozlišení vypnutý, multiplexor přejde do pohotovostního režimu a nepřenese signál na výstup.
Příklad použití multiplexeru v kombinačních obvodech
Podívejme se na příklad použití multiplexeru v kombinačním schématu, které může řídit semafor. V tomto příkladu použijeme multiplexer 74151 s 8 vstupy dat a 3bitovým výběrem.
| Výběr (A2:A0) | Vstupní údaje (D7:D0) | Výstup (z) |
|---|---|---|
| 000 | R | Červený |
| 001 | Y | Žlutý |
| 010 | G1 | Zelený1 |
| 011 | G2 | Zelený2 |
| 100 | A | Nouzový |
V tomto příkladu používáme kombinační obvod složený z multiplexeru 74151 a sady logických prvků k ovládání semaforu. Vstupy A2, A1 a A0 multiplexeru jsou spojeny s přepínači nebo jinými zdroji dat, které určují výběr požadovaného signálu. Datové vstupy (D7:D0) obsahují různé světelné signály, jako je" červená"," žlutá"," zelená"," zelená","zelená" a "nouzová". Výstupní signál (Z) přenese vybraný signál na semafor.
Pokud je například vstup a2a1a0 multiplexoru nastaven na 010, bude vybrán signál "Green1" a tento signál bude předán na výstup (Z), což způsobí, že se příslušný signál rozsvítí u semaforu.
Multiplexer 74151 tak umožňuje ovládat různé signály datových zdrojů a přenášet vybraný signál na výstup pro jeho další použití v kombinačních obvodech, jako je ovládání semaforů, multimediálních systémů, směrovačů atd.
Příklad použití multiplexeru k výběru jednoho z mnoha datových zdrojů
Řekněme, že máme systém s několika senzory, z nichž každý přenáší informace o svém stavu. Musíme vybrat pouze jeden z těchto senzorů a přenést jeho data do další fáze zpracování nebo dalšího přenosu.
V takovém případě můžeme použít multiplexer 74151 k realizaci výběru jednoho ze senzorů. Ať máme 8 senzorů (0 až 7) a každý senzor je připojen k jednomu ze vstupů multiplexeru. Máme také 3bitový řídicí signál, který bude indikovat číslo vybraného senzoru.
Při přenosu konkrétní hodnoty řídicího signálu multiplexer vybere příslušný vstup a přenese jeho obsah na výstup. Pokud je například řídící signál 010 (v binární číselné soustavě), multiplexer vybere 2.vstup a přenese jeho data na výstup.
Je také třeba poznamenat, že multiplexer lze použít nejen k přenosu dat, ale také k výběru dalších zařízení nebo obvodů, jako jsou adresy, příkazy atd.
V důsledku toho nám aplikace multiplexeru 74151 umožňuje efektivně vybrat požadovaná data z mnoha zdrojů pomocí minimálního počtu řídících signálů.
Výhody multiplexeru 74151
1. Úspora zdrojů
Multiplexer 74151 umožňuje výrazně šetřit zdroje systému, protože pomocí něj lze redukovat více vodičů na jeden. To je zvláště užitečné při navrhování složitých obvodů, kde je počet vodičů omezen. Použití multiplexeru 74151 tak umožňuje snížit počet potřebných vodičů a výrazně zjednodušit strukturu systému.
2. Snížení časových nákladů
V digitálních systémech je často nutné zpracovat mnoho signálů najednou. Zároveň mají procesory a mikrokontroléry omezený počet vstupních a výstupních portů. Použití multiplexeru 74151 umožňuje výrazně ušetřit čas, protože pomocí něj lze přenášet více signálů přes jeden port. To vyrovnává zatížení procesoru nebo mikrokontroléru a umožňuje efektivnější využití systémových zdrojů.
3. Zvýšení funkčnosti
Multiplexer 74151 je schopen provádět různé funkce, jako je přepínání, vzorkování dat a správa. To umožňuje výrazně zvýšit funkčnost digitálního systému s minimálními náklady na implementaci. Díky tomuto multiplexeru je možné efektivně řešit různé úkoly, od zpracování signálu v audio a video systémech až po správu periferních zařízení počítače.
Použití multiplexeru 74151 v digitálních systémech tak umožňuje dosáhnout úspory zdrojů, snížení časových nákladů a zvýšení funkčnosti. Díky tomu je tento multiplexer nedílnou součástí práce s digitálními signály a přispívá k efektivnímu rozvoji digitální elektroniky jako celku.
Funkce připojení multiplexeru 74151
- Napájení: multiplexer 74151 funguje při napájecím napětí mezi 4.5 a 5.25 V.Podporované napětí lze připojit ke kolíku VCC a země ke kolíku GND.
- Výběr kanálu: multiplexer má tři vstupy pro výběr kanálu - a, B A C. Na základě kombinace těchto vstupů bude vybrán jeden z osmi kanálů.
- Datové vstupy: multiplexer má osm datových vstupů označených jako D0-D7. Kombinace vstupních signálů bude přenášena na vybraný kanál.
- Výstupy: multiplexer má dva výstupy-hlavní výstup Y a komplementární výstup Ȳ. Hlavní výstup vysílá signál vybraný pomocí řídicích vstupů a komplementární výstup je inverze tohoto signálu.
- Hodinový vstup: multiplexer má hodinový vstup, který přepíná vybraný kanál. Na kladné frontě taktování bude instalován nový vybraný kanál.
Je důležité správně připojit napájení, řídicí vstupy, datové vstupy a výstupy multiplexeru 74151, aby fungovaly správně. Umístění kontaktů a schéma připojení lze nalézt v dokumentaci k tomuto zařízení.