Multiplexer 74151 - dies ist ein integrierter Chip, der in der digitalen Elektronik verwendet wird, um mehrere Eingangssignale an einen einzigen Ausgang zu schalten. Es wurde entwickelt, um den Prozess der Änderung der Übertragungsroute in verschiedenen digitalen Systemen zu vereinfachen.
Der 74151-Multiplexer enthält 8 Dateneingänge (D0-D7), einen Steuereingang (C), drei Auswahleingänge (S0-S2) und einen Ausgang (Y). Abhängig von den Zuständen der Eingänge S0-S2 wählt der Multiplexer eines der Eingangssignale aus und leitet es an den Y-Ausgang weiter. Die Auswahl der Eingaben wird über den Eingang C gesteuert, der den Multiplexer zwischen zwei Zuständen – dem Betriebsmodus und dem Standby-Modus - umschaltet.
Beispiel für den 74151-Multiplexer: angenommen, wir haben 8 Signalquellen (z. B. Sensoren), und wir möchten eine für die Datenübertragung auswählen. Mit dem 74151-Multiplexer können wir das gewünschte Signal einfach auswählen und an den Ausgang senden, wodurch der Schaltvorgang vereinfacht und die Anzahl der verwendeten Schaltelemente reduziert wird. Darüber hinaus werden Multiplexer häufig in Prozessoren und anderen Computergeräten verwendet, bei denen die zu verarbeitende oder zu übertragende Datenquelle ausgewählt werden muss.
Funktionsprinzip des Multiplexors 74151
Das Funktionsprinzip des 74151-Multiplexers basiert auf der Kombinationslogik. Die Multiplexer-Eingaben werden mit den Selektoreingängen S0, S1 und S2 ausgewählt, die eine Adresslinie bilden. Jede Kombination von Werten an den Wahleingängen entspricht der Auswahl eines bestimmten Eingangssignals am Ausgang. Wenn beispielsweise S0=S1=S2=0 ist, befindet sich das Eingangssignal D0 am Ausgang des Multiplexers.
Der 74151-Multiplexer kann die Anzahl der für die Implementierung bestimmter Funktionen erforderlichen logischen Elemente erheblich reduzieren. Es kann beispielsweise verwendet werden, um mehrere Geräte zu steuern, eines der vielen Eingangssignale für die Übertragung über einen Kanal auszuwählen oder Multiplexspeicher zu implementieren.
Multiplexer-Architektur
Der 74151-Standard-Multiplexer verfügt über acht Dateneingänge (D0-D7), drei Auswahleingänge (S0-S2) und einen Ausgang (Y). Abhängig von den Werten an den Auswahleingängen wählt der Multiplexer eines der acht Eingangssignale aus und leitet es an den Ausgang weiter.
Die Multiplexer-Architektur kann als Wahrheitstabelle dargestellt werden:
| S2 | S1 | S0 | Y |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | D0 |
| 0 | 0 | 1 | D1 |
| 0 | 1 | 0 | D2 |
| 0 | 1 | 1 | D3 |
| 1 | 0 | 0 | D4 |
| 1 | 0 | 1 | D5 |
| 1 | 1 | 0 | D6 |
| 1 | 1 | 1 | D7 |
Wenn also die Auswahleingänge auf Werte eingestellt sind (S2=0, S1=1, S0=0), wählt der Multiplexer das Eingangssignal D2 aus und überträgt es an den Ausgang Y.
Die Architektur des 74151-Multiplexers ermöglicht die Verwendung für verschiedene Zwecke, z. B. das Multiplexen von Daten, das Signalmanagement oder die Auswahl verschiedener Signalquellen. In modernen Systemen kann es durch eine programmierbare Logikschaltung (FPGA) oder andere Geräte mit ähnlicher Funktion ersetzt werden.
Mehrfachkoppler-Steuersignale
- Auswahlsignal (S0, S1, S2): Diese Signale bestimmen, welcher der Dateneingänge ausgewählt und an den Multiplexer-Ausgang gesendet werden soll. Es gibt 8 mögliche Kombinationen dieser drei Signale, die durch die Adressbits definiert sind, die zur Auswahl des entsprechenden Eingangs verwendet werden können.
- Dateneingangssignal (D0-D7): Dies sind Eingangs-Daten, die mit der richtigen Kombination von Auswahlsignalen ausgewählt und an den Multiplexer-Ausgang übertragen werden können. Insgesamt können bis zu 8 Eingangssignale angeschlossen werden, von denen jedes ein Bit ist.
- Auflösungssignal (G1, G2): Diese Signale werden zur Steuerung des Multiplexors verwendet. Es gibt zwei Hauptkombinationen von Auflösungssignalen: G1 und G2 sind eingeschaltet (logische Einheit) oder G1 und G2 sind ausgeschaltet (logische Null).
Wenn Sie das gewünschte Eingangssignal auswählen, wird das entsprechende Auswahlsignal an den Multiplexer-Ausgang gesendet, mit dem die Eingaben synchron an den Multiplexer gesendet werden. Das Auflösungssignal wird dann aktiviert, um das ausgewählte Eingangssignal an den Multiplexer-Ausgang zu senden. Wenn das Auflösungssignal deaktiviert ist, wechselt der Multiplexer in den Standby-Modus und sendet kein Signal an den Ausgang.
Beispiel für die Verwendung eines Multiplexers in Kombinationsschaltungen
Betrachten wir ein Beispiel für die Verwendung eines Multiplexers in einer Kombinationsschaltung, die eine Ampel steuern kann. In diesem Beispiel verwenden wir den 74151-Multiplexer mit 8 Dateneingängen und einer 3-Bit-Auswahl.
| Auswahl (A2:A0) | Eingabe (D7:D0) | Ausgangssignal (Z) |
|---|---|---|
| 000 | R | Rot |
| 001 | Y | Gelb |
| 010 | G1 | Grün1 |
| 011 | G2 | Grün2 |
| 100 | A | Abnormal |
In diesem Beispiel verwenden wir eine Kombinationsschaltung, bestehend aus einem Multiplexer 74151 und einer Reihe von logischen Elementen, um die Ampel zu steuern. Die Eingänge A2, A1 und A0 des Multiplexers sind mit Schaltern oder anderen Datenquellen verbunden, die die Auswahl des gewünschten Signals bestimmen. Dateneingänge (D7:D0) enthält verschiedene Ampelsignale wie Rot, Gelb, Grün1, Grün2 und Notsignal. Das Ausgangssignal (Z) sendet das ausgewählte Signal an die Ampel.
Wenn beispielsweise der Eingang A2A1A0 des Multiplexer auf 010 eingestellt ist, wird das Signal "Grün1" ausgewählt und dieses Signal wird an den Ausgang (Z) gesendet, wodurch das entsprechende Signal an der Ampel angezündet wird.
Der 74151-Multiplexer ermöglicht somit die Steuerung verschiedener Datenquellensignale und die Übertragung des ausgewählten Signals an den Ausgang zur späteren Verwendung in Kombinationsschaltungen wie Ampelsteuerung, Multimediasystemen, Routern usw.
Beispiel für die Verwendung eines Multiplexers zur Auswahl einer der vielen Datenquellen
Nehmen wir an, wir haben ein System mit mehreren Sensoren, von denen jeder seine Statusinformationen übermittelt. Wir müssen nur einen dieser Sensoren auswählen und die Daten an den nächsten Verarbeitungsschritt oder die Weitergabe weiterleiten.
In diesem Fall können wir den 74151-Multiplexer verwenden, um die Auswahl eines der Sensoren zu realisieren. Lassen Sie uns 8 Sensoren haben (0 bis 7) und jeder Sensor ist an einen der Eingänge des Multiplexers angeschlossen. Außerdem haben wir ein 3-Bit-Steuersignal, das die Nummer des ausgewählten Sensors anzeigt.
Wenn ein bestimmter Wert des Steuersignals gesendet wird, wählt der Multiplexer den entsprechenden Eingang aus und überträgt seinen Inhalt an den Ausgang. Wenn das Steuersignal beispielsweise 010 ist (im binären Zahlensystem), wählt der Multiplexer den 2. Eingang aus und überträgt seine Daten an den Ausgang.
Es sollte auch beachtet werden, dass der Multiplexer nicht nur für die Datenübertragung verwendet werden kann, sondern auch für die Auswahl anderer Geräte oder Schaltungen wie Adressen, Befehle usw.
Der 74151-Multiplexer ermöglicht es uns daher, die benötigten Daten effizient aus einer Vielzahl von Quellen unter Verwendung einer minimalen Anzahl von Steuersignalen auszuwählen.
Vorteile der Verwendung eines 74151-Multiplexers
1. Ressourcen sparen
Der 74151-Multiplexer spart Systemressourcen erheblich, da mehrere Leiter auf einen einzelnen Leiter reduziert werden können. Dies ist besonders nützlich bei der Entwicklung komplexer Schaltungen, bei denen die Anzahl der Leiter begrenzt ist. Somit kann der 74151-Multiplexer die Anzahl der benötigten Leiter reduzieren und die Systemstruktur erheblich vereinfachen.
2. Weniger Zeitaufwand
Oft ist es in digitalen Systemen erforderlich, viele Signale gleichzeitig zu verarbeiten. Gleichzeitig haben Prozessoren und Mikrocontroller eine begrenzte Anzahl von Ein- und Ausgangs-Ports. Mit dem 74151 Multiplexer können Sie viel Zeit sparen, da Sie mehrere Signale über einen einzigen Port senden können. Dies erhöht die CPU- oder Mikrocontroller-Belastung und ermöglicht eine effizientere Nutzung der Systemressourcen.
3. Verbesserte Funktionalität
Der 74151 Multiplexer ist in der Lage, verschiedene Funktionen wie Schalt-, Datenproben- und Steuerungsfunktionen auszuführen. Dadurch kann die Funktionalität des digitalen Systems bei minimalen Implementierungskosten erheblich gesteigert werden. Mit diesem Multiplexer können Sie eine Vielzahl von Aufgaben effizient lösen, von der Signalverarbeitung in Audio- und Videosystemen bis zur Steuerung von Computer-Peripheriegeräten.
Die Verwendung des 74151-Multiplexers in digitalen Systemen ermöglicht somit Ressourceneinsparungen, geringere Zeitaufwendungen und mehr Funktionalität. Dies macht diesen Multiplexer zu einem integralen Bestandteil der Arbeit mit digitalen Signalen und trägt zur effizienten Entwicklung der digitalen Elektronik im Allgemeinen bei.
Merkmale des 74151 Multiplexer-Anschlusses
- Stromversorgung: Der 74151-Multiplexer arbeitet mit einer Versorgungsspannung zwischen 4,5 und 5,25 V. Die unterstützte Spannung kann an den VCC-Pin und die Masse an den GND-Pin angeschlossen werden.
- Kanalauswahl: Der Multiplexer hat drei Eingänge für die Kanalauswahl - A, B und C. Basierend auf einer Kombination dieser Eingänge wird einer der acht Kanäle ausgewählt.
- Dateneingänge: Der Multiplexer hat acht Dateneingänge, die als D0-D7 gekennzeichnet sind. Die Kombination der Eingangssignale wird an den ausgewählten Kanal gesendet.
- Ausgänge: Der Multiplexer hat zwei Ausgänge - den Hauptausgang Y und den Komplementarausgang Ȳ. Der Hauptausgang überträgt das mit den Steuereingängen ausgewählte Signal, während der komplementäre Ausgang die Umkehrung dieses Signals darstellt.
- Takteingang: Der Multiplexer hat einen Takteingang, der den ausgewählten Kanal umschaltet. An der positiven Taktfront wird ein neuer gewählter Kanal installiert.
Es ist wichtig, die Stromversorgung, Steuereingänge, Dateneingänge und Ausgänge des 74151-Multiplexers richtig anzuschließen, damit er ordnungsgemäß funktioniert. Die Position der Kontakte und das Anschlussschema finden Sie in der Dokumentation zu diesem Gerät.
