Construindo Multiplexador e Demultiplexador usando ICs da Série SN-7400 – DE Parte 16

No tutorial anterior, codificador e decodificadorR os circuitos foram construídos usando ICs de porta lógica da série SN-7400. O multiplexador e o demultiplexador também são circuitos combinacionais semelhantes ao codificador e ao decodificador. Um multiplexador é um circuito que aceita muitas entradas e canaliza dados digitais para apenas uma saída. O circuito combinacional de um multiplexador é semelhante ao codificador, com a única diferença de que o multiplexador possui entradas selecionadas que determinam de qual entrada os dados devem ser canalizados para a saída. Assim como o codificador, um circuito multiplexador pode ser construído usando portas AND, NOT e OR.

Um demultiplexador funciona exatamente de forma oposta a um multiplexador, ou seja, um demultiplexador aceita apenas uma entrada e canaliza dados para muitas saídas. O circuito combinacional do demultiplexador é semelhante ao decodificador, exceto que o demultiplexador possui entradas selecionadas que determinam para qual linha de saída os dados binários de entrada devem ser canalizados. Assim como o decodificador, o circuito demultiplexador pode ser construído usando portas AND e portas NOT.

Os multiplexadores são utilizados em telefonia, sistemas de comunicação e memórias de computadores. Eles também são usados ​​​​como conversores de dados paralelos a seriais. Os demultiplexadores são utilizados em sistemas de comunicação, chips de computadores para conexão de ALU com registradores e em conversores serial para paralelo. Nos sistemas de comunicação, como a comunicação de dados é sempre bidirecional, tanto o multiplexador quanto o demultiplexador são utilizados juntos. Nesses sistemas, o multiplexador e o demultiplexador utilizados são projetados para serem compatíveis entre si.

Neste tutorial, um multiplexador de 4 entradas e um demultiplexador de 4 saídas são projetados. O multiplexador de 4 entradas possui 4 linhas de entrada, 2 entradas selecionadas e uma entrada de dados. O demultiplexador de 4 saídas possui uma entrada de dados, 2 entradas selecionadas e 4 saídas.

Componentes necessários

Circuito de dispositivo de rastreamento de veículos IoT baseado em Arduino e ESP8266

Fig. 1: Lista de componentes usados ​​para fazer multiplexador e demultiplexador baseado em IC da série SN-7400

Circuito Diagrama –

O multiplexador tem o seguinte diagrama de circuito –

Circuito de dispositivo de rastreamento de veículos IoT baseado em Arduino e ESP8266

Fig. 2: Diagrama de circuito do multiplexador 4:1

O demultiplexador tem o seguinte diagrama de circuito –

Diagrama de Circuito Demultiplexador 1:4

Fig. 3: Diagrama de Circuito do Demultiplexador 1:4

Conexões de Circuito

O multiplexador e o demultiplexador também são circuitos combinacionais. Sua saída depende apenas do valor atual das entradas. Cada circuito possui uma tabela verdade única a partir da qual a respectiva expressão booleana para cada saída pode ser derivada. A expressão booleana minimizada é então convertida em um diagrama de porta lógica que é construído em uma placa de ensaio usando ICs da série 7400.

Os seguintes ICs de porta lógica são usados ​​na construção dos circuitos –

7411 CI – O IC 7411 é um IC de porta AND triplo de 3 entradas. O IC tem a seguinte configuração de pinos –

Fig. 4: Tabela listando a configuração dos pinos do 7411 IC

O IC tem o seguinte diagrama de pinos –

Diagrama de pinos 7411

Fig. 5: Diagrama de pinos do 7411 IC

O IC requer uma tensão de alimentação de 5 V que pode ser tolerada até 5,25 V. A tensão nas entradas das portas AND deve ser 2V para lógica alta e 0V para lógica baixa. A saída das portas AND possui tensão de 3,4 V para lógica alta e de até 0,8 V para lógica baixa. O IC opera em sistema lógico positivo. O atraso de propagação durante o trânsito do nível BAIXO para o ALTO na saída varia entre 4 a 18 ns, enquanto o atraso de propagação durante o trânsito do nível ALTO para o BAIXO na saída varia entre 3 a 18 ns.

7432 CI – O IC 7432 possui portas OR quádruplas de 2 entradas. O IC tem a seguinte configuração de pinos –

Fig. 6: Tabela listando a configuração dos pinos do 7432 IC

O IC tem o seguinte diagrama de pinos –

Diagrama de pinos 7432

Fig. 7: Diagrama de pinos do 7432 IC

O IC requer uma tensão de alimentação de 5V que pode ser tolerada até 7V. A tensão nas entradas das portas OR deve ser 2V para lógica alta e 0V para lógica baixa. A saída das portas OR possui tensão de 3,4 V para lógica alta e 0,35 V para lógica baixa. O IC opera em sistema lógico positivo. O atraso de propagação durante o trânsito do nível BAIXO para o ALTO na saída é de 3 a 15 ns, enquanto o atraso de propagação durante o trânsito do nível ALTO para o BAIXO na saída também é de 3 a 15 ns.

7404 CI – O IC 7404 possui seis portas inversoras. O IC tem a seguinte configuração de pinos –

Fig. 8: Tabela listando a configuração dos pinos do 7404 IC

O IC tem o seguinte diagrama de pinos –
Diagrama de pinos 7404

Fig. 9: Diagrama de pinos do 7404 IC

O IC requer uma tensão de alimentação de 5V que pode ser tolerada até 7V. A tensão nas entradas das portas NOT deve ser de 2 V para lógica alta e 0,8 V para lógica baixa. A saída das portas NOT possui tensão de 3,4 V para lógica alta e 0,2 V para lógica baixa. O IC opera em sistema lógico positivo. O atraso de propagação durante o trânsito do nível BAIXO para o ALTO na saída é de 22 ns, enquanto o atraso de propagação durante o trânsito do nível ALTO para o BAIXO na saída é de 15 ns.

Deve-se observar que os CIs selecionados possuem níveis de tensão de entrada, saída e alimentação compatíveis, pois são retirados de uma família comum (série 74XX) de CIs digitais.

Como funciona o circuito

Para construir o circuito multiplexador e demultiplexador, antes de mais nada, sua tabela verdade deve ser conhecida. A partir da tabela verdade, as expressões booleanas para cada linha de saída podem ser derivadas. A expressão booleana relaciona as variáveis ​​de saída com as variáveis ​​de entrada pela respectiva equação booleana. As equações booleanas derivadas podem ser realizadas interconectando portas lógicas de acordo. Os circuitos multiplexador e demultiplexador são construídos da seguinte forma –

Multiplexador – Multiplexador significa transmitir um grande número de unidades de informação através de um menor número de canais ou linhas. Um multiplexador digital é um circuito combinacional que seleciona informações binárias de uma das muitas linhas de entrada e as direciona para uma única linha de saída. A seleção de uma linha de entrada específica é controlada por um conjunto de linhas de seleção. Normalmente existem 2n linhas de entrada en número de linhas de seleção cuja combinação de bits determina qual entrada deve ser selecionada. Um multiplexador de 4 entradas é projetado aqui, com 4 entradas, 2 entradas selecionadas e uma linha de saída. Tem a seguinte tabela verdade –

Fig. 10: Tabela Verdade do Multiplexador 4:1

O multiplexador possui a seguinte tabela de funções –

Fig. 11: Tabela de funções do multiplexador 4:1

A partir da tabela verdade, o multiplexador pode ser construído usando portas AND, portas NOT e portas OR. Como existem dois pinos de seleção e os dados de cada entrada são roteados através de uma porta AND, são necessárias portas AND de 3 entradas para o circuito. Aqui, para construir o circuito multiplexador, são usados ​​​​7404 IC para porta NOT, 7411 IC para porta AND e 7432 IC para porta OR.

Circuito Multiplexador 4:1

Figura 12: Protótipo de Multiplexador 4:1

Os multiplexadores são usados ​​em diversas aplicações onde dados de muitos canais de entrada precisam ser transmitidos em uma única linha. Os multiplexadores são usados ​​nas seguintes aplicações eletrônicas –

Sistemas de comunicação – Sistema de comunicação é um conjunto de sistemas que permite a comunicação entre dois pontos ou locais como sistema de transmissão, estação retransmissora e tributária e redes de comunicação. A eficiência do sistema de comunicação pode ser aumentada consideravelmente usando o multiplexador. O multiplexador permite o processo de transmissão de diferentes tipos de dados, como áudio e vídeo, ao mesmo tempo, usando uma única linha de transmissão.

Rede telefônica – Nas redes telefônicas, vários sinais de áudio são integrados em uma única linha para transmissão com a ajuda de multiplexadores. Desta forma, múltiplos sinais de áudio podem ser isolados e, eventualmente, os sinais de áudio desejados chegam ao destinatário pretendido.

Memórias de computador – Os multiplexadores são usados ​​para implementar uma grande quantidade de memória nos sistemas de computador, reduzindo o número de linhas de cobre necessárias para conectar a memória a outras partes do circuito do computador ao mesmo tempo.

Transmissão do sistema de computador de um satélite – O multiplexador pode ser usado para a transmissão de sinais de dados do sistema de computador de um satélite ou espaçonave para o sistema terrestre usando satélites GPS (Sistema de Posicionamento Global).

Demultiplexador – A função de um Demultiplexador é oposta à função de multiplexador. Ele pega informações de uma linha e as distribui para um determinado número de linhas de saída. Por esse motivo, o demultiplexador também é conhecido como distribuidor de dados. Um decodificador também pode ser usado como demultiplexador.

No circuito demultiplexador 1:4, a linha de entrada de dados vai para todas as portas AND. As linhas de seleção de dados ativam apenas uma porta por vez e os dados na linha de entrada de dados passam através da porta selecionada para a linha de saída de dados associada. O demultiplexador 1:4 tem a seguinte tabela verdade –

Fig. 13: Tabela Verdade do Demultiplexador 1:4

O demultiplexador possui a seguinte tabela de funções –

Fig. 14: Tabela de funções do demultiplexador 1:4

A partir da tabela verdade, o demultiplexador pode ser construído usando portas AND e portas NOT. Como existem dois pinos de seleção e uma entrada de dados, portas AND de 3 entradas são necessárias para o circuito. Aqui, para construir o circuito demultiplexador, são usados ​​7404 IC para porta NOT e 7411 IC para portas AND.

Circuito Demultiplexador 1:4

Fig. 15: Protótipo de Demultiplexador 1:4

O demultiplexador é usado para conectar uma única fonte a vários destinos. A principal aplicação do demultiplexador é em sistemas de comunicação onde o multiplexador também é usado no final da transmissão. A maioria dos sistemas de comunicação são bidirecionais, ou seja, enviam e recebem dados nos dois sentidos (transmitindo e recebendo sinais). Conseqüentemente, para a maioria das aplicações, o multiplexador e o demultiplexador funcionam em sincronia. Os demultiplexadores também são usados ​​para reconstrução de dados paralelos e circuitos ALU. Os demultiplexadores têm as seguintes aplicações –

Sistemas de comunicação – Os sistemas de comunicação usam multiplexador para transportar vários dados como áudio, vídeo e outras formas de dados usando uma única linha para transmissão. Este processo facilita a transmissão. O demultiplexador recebe os sinais de saída do multiplexador e os converte de volta à forma original dos dados na extremidade receptora. O multiplexador e o demultiplexador trabalham juntos para realizar o processo de transmissão e recepção de dados em um sistema de comunicação.

ALU (Unidade Lógica Aritmética) – Em um circuito ALU, a saída da ALU pode ser armazenada em vários registros ou unidades de armazenamento com a ajuda do demultiplexador. A saída da ALU é alimentada como entrada de dados para o demultiplexador. Cada saída do demultiplexador está conectada a vários registros onde os dados podem ser armazenados neles.

Conversor serial para paralelo – Um conversor serial para paralelo é usado para reconstruir dados paralelos do fluxo de dados serial de entrada. Nesta técnica, os dados seriais do fluxo de dados serial de entrada são fornecidos como dados de entrada para o demultiplexador em intervalos regulares. Um contador está conectado à entrada de controle do demultiplexador. Este contador direciona o sinal de dados para a saída do demultiplexador onde esses sinais de dados são armazenados. Quando todos os sinais de dados tiverem sido armazenados, a saída do demultiplexador poderá ser recuperada e lida em paralelo.

Testando os circuitos

Os circuitos projetados acima podem ser testados fornecendo tensão de alimentação aos ICs por uma bateria por meio do regulador de tensão 7805. A mesma tensão pode ser reduzida para o nível de 2 V usando um resistor variável para lógica ALTA enquanto fornece lógica BAIXA através do terra. Os sinais de saída podem ser verificados conectando LEDs nos pinos de saída de cada circuito combinacional. Os circuitos podem ser verificados verificando as tabelas verdade de cada circuito.

No próximo tutorial, aprenda sobre circuitos lógicos sequenciais.

Diagramas de circuito

Diagrama de circuito desmultiplexador de 1-4 linhas
Diagrama de circuito do multiplexador de 4-1 linhas

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