قطعات الکترونیک مدارهای الکترونیک

تحلیل و بررسی مدارهای منطقی قسمت هفتم: شناخت و کاربرد مالتی پلکسر

basic-digital-logic-circuit-part-seven-multiplexer-digispark
نوشته شده توسط معین صابری

در سلسله آموزش های مدارهای منطقی، قسمت هفتم به تحلیل و بررسی قطعه ای پرکاربرد در مدارات منطقی، مالتی پلکسر می پردازیم. در قسمت های پیشین به بررسی گیت ها و عملگرهای پایه ای مدارت منطقی پرداختیم. در این قسمت به بررسی مالتی پلکسر که بر پایه گیت های منطقی ساخته می شود، می پردازیم. مطابق روال معمول ابتدا به معرفی این قطعه و سپس به بررسی خروجی آن مطابق ورودی می پردازیم. در ادامه این آموزش با مرجع تخصصی الکترونیک به زبان فارسی، دیجی اسپارک همراه باشید.

 


مالتی پلکسر تعریف و کاربرد


مالتی پلکسر از قطعات پرکاربرد و کلیدی در مدارات دیجیتال به شمار می رود. این قطعه به قدری کاربردی است که در ساختار CPU ها هم نیز به کار می رود. برای روشن شدن عملکرد این قطعه، ابتدا به تصویر زیر توجه کنید.

مالتی پلکسر تعریف و کاربرد - دیجی اسپارک

 

همانطور که در تصویر فوق مشاهده می کنید، دو ورودی A و B و یک خروجی Z داریم. در کنار این، یک ورودی دیگر هم به نام S0 داریم. به کمک ورودی S0 می توانیم تعیین کنیم که کدام ورودی در خروجی قرار گیرد. به عنوان مثال اگر S0 یک تعیین شود، ورودی A و چنانچه S0 برابر با صفر شود، ورودی B در خروجی قرار می گیرد. بدین ترتیب به کمک این قطعه می توانید تعیین کنید که در این لحظه، کدام ورودی در مسیر خروجی قرار گیرد. از این قطعه در باس های اشتراکی دیتا به وفور استفاده می شود. منظور از باس اشتراکی دیتا، کابل، سیم و یا محلی است که ماژول های مختلف داده های خود را روی آن قرار می دهند. برای روشن تر شدن موضوع باس، تصویر زیر را دقت کنید.

مدارهای منطقی شناخت مالتی پلکسر - دیجی اسپارک

 

در تصویر فوق، ماژول های مختلف که با نام slave شناخته می شوند، داده های خود را روی باس اشتراکی قرار می دهند.  در این قسمت، چنانچه تمام ماژول ها به صورت همزمان داده های خود را روی باس قرار دهند، اختلال و شلوغی سبب به هم ریختگی داده ها می شود. بدین ترتیب به کمک مالتی پلکسر می توان تعیین نمود که در این لحظه کدام ماژول داده خود را بر روی باس اشتراکی قرار دهد. در قسمت بعدی به جدول صحت و مدار منطقی این قطعه می پردازیم.

 


جدول صحت و مدار منطقی مالتی پلکسر


در قسمت های پیشین به بررسی و تعریف مالتی پلکسر پرداختیم. در این قسمت قصد داریم جدول صحت و مدار منطقی داخلی آن را بررسی کنیم. در ابتدا یک مالتی پلکسر ۲ به یک، یعنی یک مالتی پلکسر با دو ورودی و یک خروجی، جدول صحتی به شکل زیر دارد.

خروجی ورودی انتخاب
A ۱
B ۰

 

مطابق جدول فوق، در صورتیکه ورودی انتخاب ۱ باشد، خروجی برابر با A خواهد شد. به طور مشابه با صفر شدن این ورودی، B در خروجی قرار خواهد گرفت. تصویر زیر مدار منطقی داخلی مالتی پلکسر را نمایش می دهد.

صحت و مدار منطقی مالتی پلکسر - دیجی اسپارک

 

در نظر داشته باشید که مالتی پلکسرها همیشه ۲ به ۱ نیستند، بلکه می توانند ۴ به یک، ۸ به یک و ۱۶ به یک نیز باشند. یعنی شما از بین ۴ و ۸ و یا ۱۶ ورودی، داده ها را انتخاب نمایید. این مورد را در قسمت بعدی بررسی می کنیم.

 


مالتی پلکسرهایی با ورودی های ۴، ۸ و ۱۶


در قسمت های پیشین به تحلیل و بررسی مالتی پلکسرهای ۲ به یک پرداختیم. در این قسمت به بررسی مالتی پلکسرها با ورودی های بیش از ۲، می پردازیم. در ابتدا به عنوان یک قانون، توجه داشته باشید که تعداد ورودی های یک مالتی پلکسر همواره به صورت توانی از ۲ تعریف می شود. یعنی یک مالتی پلکسر ۴ به یک در حقیقت ۲ به توان ۲ عدد ورودی دارد. به صور مشابه، ۲ به توان ۳ برابر با هشت بوده که یک مالتی پلکسر با ۸ ورودی را تعریف می کند. در ادامه، به تحلیل مالتی پلکسر ۴ به یک می پردازیم. این مالتی پلکسر دارای ۴ ورودی بوده که یکی را انتخاب کرده و در خروجی قرار می دهد. اما برای انتخاب ورودی ها، نیاز به دو پایه انتخاب داریم. چراکه با یک پایه تنها می توانیم عدد ۰ و یا ۱ را انتخاب کنیم. این درحالیست که با دو پایه برای سیگنال انتخاب، می توانیم تا ۴ عدد تولید کنیم. جدول زیر را دقت کنید.

Y S0 S1
۰ ۰ ۰
۱ ۱ ۰
۲ ۰ ۱
۳ ۱ ۱

 

مطابق جدول فوق، خروجی y معادل دهدهی عدد دوبیتی قرار گرفته در متغیرهای S0 و S1 را نشان می دهد. برای روشن تر شدن موضوع، عبارت زیر را دقت کنید.

در عبارت فوق S1S0 یک عدد دوبیتی باینری است. این عدد می تواند بین ۰ الی ۳(۴ عدد) را پوشش دهد.در منطق باینری، تعداد بیت ها به توان دو بیشنه ظرفیت عدد را نمایش می دهند. یعنی اگر تعداد بیت ها ۳ باشد، بیشینه عددی که می توان ذخیره کرد برابر با دو به توان ۳، ۸ خواهد بود. در اینجا چون ۲ بیت(S1S0) داریم، بنابراین ۲ به توان ۲، ۴ عدد خواهیم داشت. همانطور که گفته شد، این اعداد بین ۰ الی ۳ بوده که در جدول فوق لیست شده اند. بنابراین، برای یک مالتی پلکسر ۴ به یک، شمایی به صورت زیر داریم.

مالتی پلکسرهایی با ورودی های 4، 8 و 16 - دیجی اسپارک

 

در تصویر فوق، ورودی های انتخاب S1S0، ورودی متناظر را در خروجی قرار می دهند.  جدول صحت زیر این مورد را نمایش می دهد.

Y S0 S1
I0 ۰ ۰
I1 ۱ ۰
I2 ۰ ۱
I3 ۱ ۱

 

در جدول فوق، Y معادل خروجی را ایجاد می کند. برای مالتی پلکسرهای ۸ به یک نیز همین رویه برقرار است. در این حالت، سه ورودی داریم که هشت حالت(دو به توان ۳) را ایجاد می کنند. به طور مشابه برای ۱۶، ۳۲، ۶۴ و…. نیز همین روال برقررا خواهد بود.

 


آی سی مالتی پلکسر ۷۴۱۵۰


پس از بررسی مفاهیم پایه ای مالتی پلکسر، نوبت به بررسی آی سی آن می رسد. آی سی مالتی پلکسر ۷۴۱۵۰، یک مالتی پلکسر ۱۶ به یک را پیاده سازی می کند. به کمک این آی سی می توانید از بین ۱۶ ورودی، با اعمال مقدار به ورودی های انتخاب، خروجی مطلوب را تولید کنید. مطابق آنچه که پیشتر گفته شد، این آی سی دارای ۴ خط انتخاب برای ورودی است. در زیر تصویر این آی سی مشاهده می شود.

آی سی مالتی پلکسر 74150 - دیجی اسپارک

 

مطابق تصویر فوق، پایه های DATA از ۰ الی ۱۵ ورودی ها هستند. پایه X خروجی را تعیین می کند. در کنار این، ورودی های A، B،C و D خطوط انتخاب هستند که ورودی ها را بین ۰ الی ۱۵ تعیین می کنند.  در کنار این، این آی سی دارای پایه ای به نام STORBE بوده که در حقیقت پایه فعال ساز این آی سی است. در صورتیکه این پایه به یک منطقی متصل شود، آی سی فعال شده و خروجی ها معتبر خواهند بود. توجه کنید که تغذیه این آی سی ۵ ولت بوده و یک منطقی ۵ ولت و صفر منطقی برای این آی سی صفر است. توجه داشته باشید که حداقل ولتاژ برای یک منطقی، ۲ ولت است.

 


جمع بندی


در سلسله آموزش های مدارهای منطقی، قسمت هفتم به تحلیل و بررسی مالتی پلکسر پرداختیم. مالتی پلکسر از قطعات پایه ای و کلیدی بوده که در مدارات منطقی و دیجیتال نقشی اسای را بازی می کند. به کمک این قطعه شما می توانید بین ورودی های مختلف، یکی را انتخاب کرده و در خروجی قرار دهید. در این آموزش به تحلیل و بررسی مالتی پلکسر، مفهوم و کاربرد آن پرداختیم. در قسمت های بعدی، همانند قسمت های پیشین، به تحلیل و بررسی بیشتر و دقیق تری از مدارات منطقی می پردازیم.

 

چنانچه مطالب این آموزش را گنک یافتید، بدون هیچ نگرانی در انتهای همین پست، به صورت ثبت نظر سوالتان را مطرح کنید. من در سریع‌ترین زمان ممکن پاسخ رفع مشکل شما را خواهم داد. همچنین اگر ایرادی در مطالب درج شده وجود دارد می‌توانید از همین طریق اطلاع رسانی کنید.

 

درباره نویسنده

معین صابری

کارشناسی ارشد رشته معماری سیستم های کامپیوتری

مالي که ز تو کس نستاند، علم است
حرزي که تو را به حق رساند، علم است
جز علم طلب مکن تو اندر عالم
چيزي که تو را ز غم رهاند، علم است
(شیخ بهایی)

تبادل نظر و رفع عیب با ثبت دیدگاه