Construcción de multiplexor y demultiplexor utilizando circuitos integrados de la serie SN-7400 - DE Parte 16

En el tutorial anterior, los circuitos codificadores y decodificadores R se construyeron utilizando circuitos integrados de puerta lógica de la serie SN-7400. El multiplexor y el demultiplexor también son circuitos combinacionales similares al codificador y decodificador. Un multiplexor es un circuito que acepta muchas entradas y canaliza datos digitales a una sola salida. El circuito combinacional de un multiplexor es similar al codificador, con la única diferencia de que el multiplexor ha seleccionado entradas que determinan desde qué entrada se deben canalizar los datos hacia la salida. Al igual que el codificador, se puede construir un circuito multiplexor utilizando puertas AND, NOT y OR.

Un demultiplexor funciona exactamente al revés de un multiplexor, es decir, un demultiplexor acepta solo una entrada y canaliza datos a muchas salidas. El circuito combinacional del demultiplexor es similar al decodificador, excepto que el demultiplexor tiene entradas seleccionadas que determinan a qué línea de salida se deben canalizar los datos binarios de entrada. Al igual que el decodificador, el circuito demultiplexor se puede construir utilizando puertas AND y NO.

Los multiplexores se utilizan en telefonía, sistemas de comunicación y memorias de ordenador. También se utilizan como convertidores de datos en paralelo a serie. Los demultiplexores se utilizan en sistemas de comunicación, chips de computadora para conectar ALU a registros y en convertidores de serie a paralelo. En los sistemas de comunicación, como la comunicación de datos es siempre bidireccional, se utilizan juntos tanto el multiplexor como el demultiplexor. En estos sistemas, el multiplexor y el demultiplexor utilizados están diseñados para ser compatibles entre sí.

En este tutorial se diseñan un multiplexor de 4 entradas y un demultiplexor de 4 salidas. El multiplexor de 4 entradas tiene 4 líneas de entrada, 2 entradas seleccionadas y una entrada de datos. El demultiplexor de 4 salidas tiene una entrada de datos, 2 entradas seleccionadas y 4 salidas.

Componentes necesarios

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

Fig. 1: Lista de componentes utilizados para fabricar el multiplexor y demultiplexor basado en IC de la serie SN-7400

Diagrama de circuito -

El multiplexor tiene el siguiente diagrama de circuito:

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

Fig. 2: Diagrama de circuito del multiplexor 4:1

El demultiplexor tiene el siguiente diagrama de circuito:

Diagrama de Circuito Demultiplexador 1:4

Fig. 3: Diagrama del circuito demultiplexor 1:4

Conexiones de circuito

El multiplexor y el demultiplexor también son circuitos combinacionales. Su salida depende únicamente del valor actual de las entradas. Cada circuito tiene una tabla de verdad única de la cual se puede derivar la expresión booleana respectiva para cada salida. La expresión booleana minimizada se convierte luego en un diagrama de puerta lógica que se construye en una placa utilizando circuitos integrados de la serie 7400.

Los siguientes circuitos integrados de puerta lógica se utilizan en la construcción de los circuitos:

7411 IC : el 7411 IC es un IC de puerta AND triple de 3 entradas. El IC tiene la siguiente configuración de pines:

Fig. 4: Tabla que enumera la configuración de pines del 7411 IC

El IC tiene el siguiente diagrama de pines:

Diagrama de pinos 7411

Fig. 5: Diagrama de pines del 7411 IC

El IC requiere un voltaje de suministro de 5 V que puede tolerarse hasta 5,25 V. El voltaje en las entradas de la puerta AND debe ser de 2 V para lógica alta y 0 V para lógica baja. La salida de las puertas AND tiene un voltaje de 3,4 V para lógica alta y hasta 0,8 V para lógica baja. El CI opera en un sistema de lógica positiva. El retardo de propagación durante el tránsito de LOW a HIGH en la salida varía entre 4 a 18 ns, mientras que el retardo de propagación durante el tránsito de HIGH a LOW en la salida varía entre 3 a 18 ns.

7432 IC : el 7432 IC tiene puertas OR cuádruples de 2 entradas. El IC tiene la siguiente configuración de pines:

Fig. 6: Tabla que enumera la configuración de pines del 7432 IC

El IC tiene el siguiente diagrama de pines:

Diagrama de pinos 7432

Fig. 7: Diagrama de pines del 7432 IC

El IC requiere una tensión de alimentación de 5 V que puede tolerarse hasta 7 V. El voltaje en las entradas de las puertas OR debe ser de 2 V para lógica alta y de 0 V para lógica baja. La salida de las puertas OR tiene un voltaje de 3,4 V para lógica alta y 0,35 V para lógica baja. El CI opera en un sistema de lógica positiva. El retardo de propagación durante el tránsito de BAJO a ALTO en la salida es de 3 a 15 ns, mientras que el retardo de propagación durante el tránsito de ALTO a BAJO en la salida también es de 3 a 15 ns.

7404 IC : el 7404 IC tiene seis puertos de inversor. El IC tiene la siguiente configuración de pines:

Fig. 8: Tabla que enumera la configuración de pines del 7404 IC

El IC tiene el siguiente diagrama de pines:
Diagrama de pinos 7404

Fig. 9: Diagrama de pines del 7404 IC

El IC requiere una tensión de alimentación de 5 V que puede tolerarse hasta 7 V. El voltaje en las entradas de las puertas NOT debe ser de 2 V para lógica alta y de 0,8 V para lógica baja. La salida de las puertas NOT tiene un voltaje de 3,4 V para lógica alta y 0,2 V para lógica baja. El CI opera en un sistema de lógica positiva. El retardo de propagación durante el tránsito de BAJO a ALTO en la salida es de 22 ns, mientras que el retardo de propagación durante el tránsito de ALTO a BAJO en la salida es de 15 ns.

Cabe señalar que los circuitos integrados seleccionados tienen niveles de voltaje de entrada, salida y potencia compatibles, ya que provienen de una familia común (serie 74XX) de circuitos integrados digitales.

Cómo funciona el circuito

Para construir el circuito multiplexor y demultiplexor, en primer lugar se debe conocer su tabla de verdad. De la tabla de verdad se pueden derivar expresiones booleanas para cada línea de salida. La expresión booleana relaciona las variables de salida con las variables de entrada mediante la ecuación booleana respectiva. Las ecuaciones booleanas derivadas se pueden realizar interconectando puertas lógicas en consecuencia. Los circuitos multiplexor y demultiplexor se construyen de la siguiente manera:

Multiplexor : multiplexor significa transmitir una gran cantidad de unidades de información a través de una cantidad menor de canales o líneas. Un multiplexor digital es un circuito combinacional que selecciona información binaria de una de muchas líneas de entrada y la dirige a una única línea de salida. La selección de una línea de entrada específica está controlada por un conjunto de líneas de selección. Normalmente hay 2n líneas de entrada yn número de líneas de selección cuya combinación de bits determina qué entrada debe seleccionarse. Aquí se diseña un multiplexor de 4 entradas, con 4 entradas, 2 entradas seleccionadas y una salida de línea. Existe la siguiente tabla de verdad:

Fig. 10: Tabla de verdad del multiplexor 4:1

El multiplexor tiene la siguiente tabla de funciones:

Fig. 11: Tabla de funciones del multiplexor 4:1

A partir de la tabla de verdad, el multiplexor se puede construir usando puertas Y, NO puertas y puertas O. Dado que hay dos pines de selección y los datos de cada entrada se enrutan a través de una puerta AND, se requieren puertas AND de 3 entradas para el circuito. Aquí, para construir el circuito multiplexor, se utilizan 7404 IC para puerta NOT, 7411 IC para puerta AND y 7432 IC para puerta OR.

Circuito Multiplexador 4:1

Figura 12: Prototipo de multiplexor 4:1

Los multiplexores se utilizan en diversas aplicaciones donde es necesario transmitir datos de muchos canales de entrada en una sola línea. Los multiplexores se utilizan en las siguientes aplicaciones electrónicas:

Sistemas de comunicación : un sistema de comunicación es un conjunto de sistemas que permite la comunicación entre dos puntos o ubicaciones, como el sistema de transmisión, la estación repetidora y afluente y las redes de comunicación. La eficiencia del sistema de comunicación se puede aumentar considerablemente utilizando el multiplexor. El multiplexor permite el proceso de transmitir diferentes tipos de datos como audio y video al mismo tiempo utilizando una sola línea de transmisión.

Red telefónica : en las redes telefónicas, se integran múltiples señales de audio en una sola línea para su transmisión con la ayuda de multiplexores. De esta manera, se pueden aislar múltiples señales de audio y, finalmente, las señales de audio deseadas llegan al destinatario previsto.

Memorias de computadora : los multiplexores se utilizan para implementar una gran cantidad de memoria en sistemas informáticos al reducir la cantidad de líneas de cobre necesarias para conectar la memoria a otras partes del circuito de la computadora al mismo tiempo.

Transmisión desde el sistema informático de un satélite : el multiplexor se puede utilizar para transmitir señales de datos desde el sistema informático de un satélite o nave espacial al sistema terrestre mediante satélites GPS (Sistema de posicionamiento global).

Demultiplexor : la función de un demultiplexor es opuesta a la función de un multiplexor. Toma información de una línea y la distribuye a un número determinado de líneas de salida. Por este motivo, al demultiplexor también se le conoce como distribuidor de datos. Un decodificador también se puede utilizar como demultiplexor.

En el circuito demultiplexor 1:4, la línea de entrada de datos va a todas las puertas AND. Las líneas de selección de datos activan solo un puerto a la vez, y los datos en la línea de entrada de datos pasan a través del puerto seleccionado a la línea de salida de datos asociada. El demultiplexor 1:4 tiene la siguiente tabla de verdad:

Fig. 13: Tabla de verdad del demultiplexor 1:4

El demultiplexor tiene la siguiente tabla de funciones:

Fig. 14: Tabla de funciones del demultiplexor 1:4

A partir de la tabla de verdad, el demultiplexor se puede construir utilizando puertas AND y NOT. Dado que hay dos pines de selección y una entrada de datos, se requieren puertas AND de 3 entradas para el circuito. Aquí, para construir el circuito demultiplexor, se utilizan 7404 IC para puerta NOT y 7411 IC para puerta AND.

Circuito Demultiplexador 1:4

Fig. 15: Prototipo de demultiplexor 1:4

El demultiplexor se utiliza para conectar una única fuente a múltiples destinos. La principal aplicación del demultiplexor es en sistemas de comunicación donde el multiplexor también se utiliza en el extremo de transmisión. La mayoría de los sistemas de comunicación son bidireccionales, es decir, envían y reciben datos en ambas direcciones (transmitiendo y recibiendo señales). Por tanto, para la mayoría de las aplicaciones, el multiplexor y el demultiplexor funcionan sincrónicamente. Los demultiplexores también se utilizan para la reconstrucción de datos paralelos y circuitos ALU. Los demultiplexores tienen las siguientes aplicaciones:

Sistemas de comunicación : los sistemas de comunicación utilizan multiplexor para transportar diversos datos como audio, video y otras formas de datos utilizando una sola línea para la transmisión. Este proceso facilita la transmisión. El demultiplexor recibe las señales de salida del multiplexor y las convierte nuevamente al formato de datos original en el extremo receptor. El multiplexor y el demultiplexor trabajan juntos para llevar a cabo el proceso de transmisión y recepción de datos en un sistema de comunicación.

ALU (Unidad aritmética lógica) : en un circuito ALU, la salida de ALU se puede almacenar en varios registros o unidades de almacenamiento con la ayuda de un demultiplexor. La salida de la ALU se alimenta como entrada de datos al demultiplexor. Cada salida del demultiplexor está conectada a varios registros donde se pueden almacenar datos.

Convertidor de serie a paralelo : se utiliza un convertidor de serie a paralelo para reconstruir datos paralelos a partir del flujo de datos de serie de entrada. En esta técnica, los datos en serie del flujo de datos en serie de entrada se proporcionan como datos de entrada al demultiplexor a intervalos regulares. Un contador está conectado a la entrada de control del demultiplexor. Este contador dirige la señal de datos a la salida del demultiplexor donde se almacenan estas señales de datos. Cuando se han almacenado todas las señales de datos, la salida del demultiplexor se puede recuperar y leer en paralelo.

Probando los circuitos

Los circuitos diseñados anteriormente se pueden probar suministrando voltaje de suministro a los circuitos integrados mediante una batería a través del regulador de voltaje 7805. El mismo voltaje se puede reducir a un nivel de 2 V usando una resistencia variable para lógica ALTA mientras se suministra lógica BAJA a través de tierra. Las señales de salida se pueden verificar conectando LED a los pines de salida de cada circuito combinacional. Los circuitos se pueden verificar consultando las tablas de verdad de cada circuito.

En el siguiente tutorial, aprenderá sobre los circuitos lógicos secuenciales.

Diagramas de circuito

Diagrama del circuito demultiplexor de 1 a 4 líneas
Diagrama de circuito del multiplexor de línea 4-1

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