- Khái niệm cơ bản về Bộ ghép kênh:
- Bộ ghép kênh 2 đầu vào:
- Bộ ghép kênh thứ tự cao hơn (Bộ ghép kênh 4: 1):
- Thực tế triển khai bộ ghép kênh sử dụng IC 4052:
Thuật ngữ Bộ ghép kênh cũng thường được gọi là “ MUX ” hoặc “ MPX ” đề cập đến việc chọn một đầu ra trong số nhiều đầu vào có sẵn. Giáo sư Shankar Balachandran (IIT-M) giải thích ghép kênh là phương pháp truyền một số lượng lớn các đơn vị thông tin qua một số lượng nhỏ kênh hoặc đường và Bộ ghép kênh kỹ thuật số là một mạch Logic tổ hợp chọn thông tin nhị phân từ một trong nhiều đường đầu vào và hướng nó đến một dòng đầu ra duy nhất.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu cách hoạt động của các Bộ ghép kênh này, cách thiết kế một bộ ghép kênh cho dự án của chúng tôi và cũng có thể thử một ví dụ thực tế trên bảng mạch để kiểm tra hoạt động trên Phần cứng.
Khái niệm cơ bản về Bộ ghép kênh:
Cách tốt nhất để hiểu Bộ ghép kênh là nhìn vào một cực đơn đa vị trí như hình dưới đây. Ở đây công tắc có nhiều đầu vào D0, D1, D2 và D3 nhưng nó chỉ có một chân Đầu ra (Out). Núm điều khiển được sử dụng để chọn một trong bốn dữ liệu có sẵn và dữ liệu này sẽ được phản ánh ở phía đầu ra. Bằng cách này, người dùng có thể chọn tín hiệu được yêu cầu trong số nhiều tín hiệu có sẵn.
Đây là một ví dụ đơn giản về Bộ ghép kênh cơ học. Nhưng trong mạch điện tử liên quan đến chuyển mạch tốc độ cao và truyền dữ liệu, chúng ta có thể chọn đầu vào cần thiết rất nhanh bằng cách sử dụng các mạch kỹ thuật số. Các tín hiệu Điều khiển (S1 và S0) hoạt động giống hệt nhau, chúng chọn một đầu vào trong số nhiều tín hiệu có sẵn dựa trên tín hiệu được cung cấp cho chúng. Vì vậy, ba thuật ngữ cơ bản và tối thiểu nhất trên bất kỳ Bộ ghép kênh nào sẽ là Chân đầu vào đầu vào, Chân đầu ra và Tín hiệu điều khiển
Các chân đầu vào: Đây là các chân tín hiệu có sẵn mà từ đó một chân phải được chọn. Các tín hiệu này có thể là tín hiệu số hoặc tín hiệu tương tự.
Chân đầu ra : Một bộ ghép kênh sẽ luôn chỉ có một chân đầu ra. Tín hiệu chân đầu vào đã chọn sẽ được cung cấp bởi chân đầu ra.
Chân Điều khiển / Lựa chọn: Các Chân Điều khiển được sử dụng để chọn tín hiệu chân đầu vào. Số lượng chân Điều khiển trên Bộ ghép kênh phụ thuộc vào số lượng chân đầu vào. Ví dụ bộ ghép kênh 4 đầu vào sẽ có 2 chân tín hiệu.
Để hiểu rõ mục đích, chúng ta hãy xem xét một bộ ghép kênh 4 đầu vào được hiển thị ở trên. Nó có hai tín hiệu điều khiển sử dụng mà chúng ta có thể chọn một trong bốn dòng đầu vào có sẵn. Sự thật Bảng dưới đây minh họa trạng thái của các chân Điều khiển (S0 và S1) để chọn chân Đầu vào cần thiết.
Bây giờ, chúng ta đã hiểu cơ bản về Bộ ghép kênh, chúng ta hãy xem xét Bộ ghép kênh 2 đầu vào và Bộ ghép kênh 4 đầu vào được sử dụng phổ biến nhất trong các mạch ứng dụng.
Bộ ghép kênh 2 đầu vào:
Như tên cho thấy đối với Bộ ghép kênh 2 đầu vào, chúng ta sẽ có 2 dòng đầu vào và một dòng đầu ra. Ngoài ra, nó sẽ chỉ có một chân Điều khiển để chọn giữa hai chân Đầu vào có sẵn. Dưới đây là biểu diễn đồ họa của Bộ ghép kênh 2: 1.
Ở đây các chân đầu vào được đặt tên là D0 và D1 và chân Đầu ra được đặt tên là out. Người dùng có thể chọn một trong các đầu vào là D0 hoặc D1 bằng cách sử dụng Chân điều khiển S0. Nếu S0 được giữ ở mức thấp (mức logic 0) thì Đầu vào D0 sẽ được phản ánh trên chân đầu ra và nếu Đầu vào S0 được giữ ở mức cao (mức logic 1) thì Đầu vào D1 sẽ được phản ánh trên chân đầu ra. Bảng sự thật đại diện cho cùng một được hiển thị bên dưới
Như bạn có thể thấy từ bảng trên, khi tín hiệu điều khiển S0 bằng 0, Đầu ra phản ánh các giá trị tín hiệu của D0 (được đánh dấu màu xanh lam) và tương tự khi tín hiệu điều khiển S0 là 1, Đầu ra phản ánh các giá trị tín hiệu của D1 (được đánh dấu màu đỏ). Có một số gói IC chuyên dụng sẽ hoạt động như bộ ghép kênh trực tiếp ra khỏi gói, nhưng vì chúng tôi đang cố gắng hiểu các thiết kế logic tổ hợp, chúng ta hãy xây dựng bộ ghép kênh 2 đầu vào ở trên bằng cách sử dụng các cổng logic. Sơ đồ mạch Logic cho tương tự được hiển thị bên dưới
Sơ đồ logic chỉ sử dụng các cổng NAND và do đó có thể dễ dàng xây dựng trên bảng mạch hoàn thiện hoặc thậm chí trên bảng mạch. Biểu thức Boolean cho sơ đồ Logic có thể được đưa ra bởi
Hết = S 0 '.D 0 '.D 1 + S 0 '.D 0.D 1 + S 0.D 0.D 1 ' + S 0.D 0.D 1
Chúng ta có thể đơn giản hơn nữa biểu thức Boolean này bằng cách sử dụng loại bỏ các thuật ngữ phổ biến, để sơ đồ logic trở nên đơn giản và dễ xây dựng hơn nhiều. Biểu thức Boolean đơn giản được đưa ra dưới đây.
Hết = S 0 '.D 0 + S 0.D 1
Bộ ghép kênh thứ tự cao hơn (Bộ ghép kênh 4: 1):
Một khi bạn hiểu hoạt động của Bộ ghép kênh 2: 1, bạn cũng sẽ dễ dàng hiểu được Bộ ghép kênh 4: 1. Nó chỉ là nó sẽ có 4 chân đầu vào và 1 chân đầu ra với hai đường điều khiển. Hai đường điều khiển này có thể tạo thành 4 tín hiệu logic tổ hợp khác nhau và đối với mỗi tín hiệu, một đầu vào cụ thể sẽ được chọn.
Có thể tìm thấy số lượng dòng điều khiển cho bất kỳ Bộ ghép kênh nào bằng cách sử dụng các công thức dưới đây
2 Số dòng điều khiển = Số dòng đầu vào
Vì vậy, ví dụ: Bộ ghép kênh 2: 1 sẽ có 1 đường điều khiển vì 2 1 = 2 và Bộ ghép kênh 4: 1 sẽ có 2 đường điều khiển vì 2 2 = 4. Tương tự, bạn có thể tính toán cho bất kỳ Bộ ghép kênh nào có thứ tự cao hơn.
Người ta cũng thường kết hợp với các bộ ghép kênh bậc thấp như MUX 2: 1 và 4: 1 để tạo thành MUX bậc cao hơn như Bộ ghép kênh 8: 1. Bây giờ, chẳng hạn, chúng ta hãy thử triển khai Bộ ghép kênh 4: 1 bằng Bộ ghép kênh 2: 1. Để tạo MUX 4: 1 bằng MUX 2: 1, chúng ta sẽ phải kết hợp ba MUX 2: 1 với nhau.
Kết quả cuối cùng sẽ cung cấp cho chúng ta 4 chân Đầu vào, 2 Chân Điều khiển / Chọn và một chân đầu ra. Để đạt được hai MUX đầu tiên được kết nối song song và sau đó đầu ra của hai MUX đó được cấp làm đầu vào cho MUX thứ 3 như hình dưới đây.
Dòng điều khiển / chọn của hai MUX đầu tiên được kết nối với nhau để tạo thành một đường (S 0) và sau đó dòng điều khiển của MUX thứ 3 được sử dụng làm tín hiệu điều khiển / chọn thứ hai. Vì vậy, cuối cùng chúng ta nhận được một bộ ghép kênh với bốn đầu vào (W0, W1, W2 và W3) và chỉ một đầu ra (f). Bảng chân trị cho Bộ ghép kênh 4: 1 được hiển thị bên dưới.
Như bạn có thể thấy trong bảng trên, với mỗi bộ giá trị được cung cấp cho các chân tín hiệu Điều khiển (S0 và S1), chúng ta nhận được một Đầu ra khác với các chân đầu vào trên chân đầu ra của chúng tôi. Bằng cách này, chúng ta có thể sử dụng MUX để chọn một trong bốn chân đầu vào có sẵn để làm việc. Thông thường các chân Điều khiển này (S0 và S1) sẽ được điều khiển tự động bằng mạch kỹ thuật số. Có một số vi mạch chuyên dụng nhất định có thể hoạt động như MUX và giúp chúng ta thực hiện công việc dễ dàng, vì vậy chúng ta hãy xem xét chúng.
Thực tế triển khai bộ ghép kênh sử dụng IC 4052:
Luôn luôn thú vị khi xây dựng và xác minh mọi thứ một cách thực tế, sao cho lý thuyết chúng ta học được sẽ có ý nghĩa hơn. Vì vậy, hãy để chúng tôi xây dựng Bộ ghép kênh 4: 1 và kiểm tra xem nó hoạt động như thế nào. IC mà chúng tôi đang sử dụng ở đây là MC14052B có hai bộ ghép kênh 4: 1 bên trong nó. Sơ đồ chân của vi mạch được hiển thị bên dưới
Ở đây các chân X0, X1, X2 và X3 là bốn chân đầu vào và chân X là chân đầu ra tương ứng của nó. Các chân điều khiển A và B được sử dụng để chọn đầu vào cần thiết cho chân đầu ra. Chân Vdd (chân 16) phải kết nối với điện áp cung cấp là + 5V và chân Vss và Vee phải được nối đất. Chân Vee dùng để kích hoạt là chân thấp hoạt động nên chúng ta phải nối đất để kích hoạt IC này. MC14052 là một Bộ ghép kênh tương tự có nghĩa là các chân đầu vào cũng có thể được cung cấp điện áp thay đổi và có thể thu được điều tương tự thông qua các chân đầu ra. Hình ảnh GIF dưới đây cho thấy cách IC xuất ra điện áp đầu vào thay đổi dựa trên các tín hiệu điều khiển được cung cấp. Các chân đầu vào có điện áp 1.5V, 2.7V, 3.3V và 4.8V cũng được lấy trên chân Output dựa trên tín hiệu điều khiển đã cho.
Chúng tôi cũng có thể lắp ráp mạch này trên breadboard và kiểm tra xem chúng có hoạt động không. Để làm điều đó, tôi đã sử dụng hai nút nhấn là đầu vào cho các chân điều khiển A và B. Và sử dụng một loạt các tổ hợp bộ chia tiềm năng để cung cấp điện áp thay đổi cho các chân 12, 14, 15 và 11. Chân đầu ra 13 được kết nối với một Đèn LED. Điện áp thay đổi được cung cấp cho đèn LED sẽ làm cho nó thay đổi độ sáng dựa trên các tín hiệu điều khiển. Mạch sau khi xây dựng sẽ giống như sau
Các đoạn video làm việc hoàn chỉnh của mạch cũng có thể được tìm thấy ở dưới cùng của trang này. Hy vọng bạn đã hiểu hoạt động của Bộ ghép kênh và biết cách sử dụng chúng trong các dự án của mình. Nếu bạn có bất kỳ suy nghĩ hoặc nghi ngờ nào, hãy để lại chúng trong phần bình luận bên dưới và tôi sẽ cố gắng hết sức để trả lời chúng. Bạn cũng có thể sử dụng các diễn đàn để giải quyết các nghi ngờ về kỹ thuật của mình và chia sẻ kiến thức của bạn với các thành viên khác của cộng đồng này.