Мультиплексор 74151 - це інтегральна мікросхема, яка використовується в цифровій електроніці для комутації безлічі вхідних сигналів на один вихід. Вона була розроблена для спрощення процесу зміни маршруту передачі даних в різних цифрових системах.
Мультиплексор 74151 містить 8 входів даних (D0-D7), один вхід управління (C), три входи вибору (S0-S2) і один вихід (Y). Залежно від станів входів S0-S2, мультиплексор вибирає один з вхідних сигналів і передає його на вихід Y. Управління вибором вхідних даних здійснюється за допомогою входу C, який перемикає мультиплексор між двома станами – режимом роботи і режимом очікування.
Приклад використання мультиплексора 74151: припустимо, у нас є 8 джерел сигналів (наприклад, датчиків), і ми хочемо вибрати один з них для передачі даних. За допомогою мультиплексора 74151 ми можемо легко вибрати потрібний сигнал і передати його на вихід, спрощуючи процес комутації і знижуючи кількість використовуваних комутаційних елементів. Крім того, мультиплексори часто використовуються в процесорах та інших обчислювальних пристроях, де потрібно вибрати джерело даних для обробки або передачі.
Принцип роботи мультиплексора 74151
Принцип роботи мультиплексора 74151 заснований на комбінаційній логіці. Вхідні дані мультиплексора вибираються за допомогою селекторних входів S0, S1 і S2, які утворюють адресну лінію. Кожна комбінація значень на селекторних входах відповідає вибору певного вхідного сигналу на виході. Наприклад, якщо S0=S1=S2=0, то на виході мультиплексора буде знаходитися вхідний сигнал D0.
Застосування мультиплексора 74151 дозволяє істотно зменшити кількість логічних елементів, необхідних для реалізації певних функцій. Він може бути використаний, наприклад, для управління декількома пристроями, вибору одного з безлічі вхідних сигналів для передачі по одному каналу або для реалізації мультиплексованої пам'яті.
Архітектура мультиплексора
Стандартний мультиплексор 74151 має вісім входів даних (D0-D7), три входи вибору (S0-S2) і один вихід (Y). Залежно від значень на входах вибору, мультиплексор вибирає один з восьми вхідних сигналів і передає його на вихід.
Архітектура мультиплексора може бути представлена у вигляді таблиці істинності:
| 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 |
Таким чином, якщо на входи вибору задані значення (S2=0, S1=1, S0=0), мультиплексор вибере вхідний сигнал D2 і передасть його на вихід Y.
Архітектура мультиплексора 74151 дозволяє використовувати його для різних цілей, таких як мультиплексування даних, управління сигналами або вибір різних джерел сигналів. У сучасних системах він може бути замінений на програмовану логічну схему (FPGA) або інші пристрої з подібною функцією.
Сигнали управління мультиплексора
- Сигнал вибору (S0, S1, S2): ці сигнали визначають, який із входів даних слід вибрати та передати на вихід мультиплексора. Існує 8 можливих комбінацій цих трьох сигналів, визначених бітами адреси, які можуть бути використані для вибору відповідного входу.
- Сигнал входу даних (D0-D7): це вхідні дані, які можна вибрати та передати на вихід мультиплексора при правильній комбінації сигналів вибору. Всього дозволяється підключити до 8 вхідних сигналів, кожен з яких є однобітовим.
- Сигнал роздільної здатності (G1, G2): ці сигнали використовуються для управління мультиплексором. Існує дві основні комбінації сигналів роздільної здатності: G1 і G2 увімкнено (логічна одиниця) або G1 і G2 вимкнено (логічний нуль).
При виборі необхідного вхідного сигналу на вихід мультиплексора подається відповідний сигнал вибору, синхронно з яким вхідні дані надходять на мультиплексор. Потім включається сигнал дозволу, щоб передати обраний вхідний сигнал на вихід мультиплексора. При відключенні сигналу дозволу мультиплексор переходить в режим очікування і не передає сигнал на вихід.
Приклад використання мультиплексора в комбінаційних схемах
Давайте розглянемо приклад використання мультиплексора в комбінаційній схемі, яка може керувати світлофором. В даному прикладі будемо використовувати мультиплексор 74151 з 8 входами даних і 3-х бітним вибором.
| Вибір (A2: A0) | Вхідні дані (D7: D0) | Вихідний сигнал (Z) |
|---|---|---|
| 000 | R | Червоний |
| 001 | Y | Жовтий |
| 010 | G1 | Зелений1 |
| 011 | G2 | Зелений2 |
| 100 | A | Аварійний |
В даному прикладі, ми використовуємо комбінаційну схему, що складається з мультиплексора 74151 і набору логічних елементів, для управління світлофором. Входи A2, A1 і A0 мультиплексора з'єднані з перемикачами або іншими джерелами даних, які визначають вибір потрібного сигналу. Входи даних (D7:D0) містять різні сигнали світлофора, такі як" червоний"," жовтий"," Зелений1"," Зелений2 "і"аварійний". Вихідний сигнал (Z) буде передавати вибраний сигнал на світлофор.
Наприклад, якщо вхід а2а1а0 мультиплексора встановлений на 010, то буде обраний сигнал "Зелений1", і цей сигнал буде переданий на вихід (Z), що призведе до запалювання відповідного сигналу у світлофора.
Таким чином, мультиплексор 74151 дозволяє управляти різними сигналами джерел даних і передавати обраний сигнал на вихід для його подальшого використання в комбінаційних схемах, таких як управління світлофорами, мультимедійними системами, маршрутизаторами і т. д.
Приклад використання мультиплексора для вибору одного з багатьох джерел даних
Скажімо, у нас є система з декількома датчиками, кожен з яких передає інформацію про свій стан. Нам необхідно вибрати тільки один з цих датчиків і передати його дані на наступний етап обробки або подальшу передачу.
В такому випадку, ми можемо використовувати мультиплексор 74151 для реалізації вибору одного з датчиків. Нехай у нас є 8 датчиків (від 0 до 7) і кожен датчик підключений до одного з входів мультиплексора. Також у нас є 3-бітний керуючий сигнал, який буде вказувати номер обраного датчика.
При передачі конкретного значення керуючого сигналу, мультиплексор вибирає відповідний вхід і передає його вміст на вихід. Наприклад, якщо керуючий сигнал дорівнює 010 (в двійковій системі числення), то мультиплексор вибере 2-й вхід і передасть його дані на вихід.
Слід також зазначити, що мультиплексор може використовуватися не тільки для передачі даних, але і для вибору інших пристроїв або схем, таких як адреси, команди тощо.
У підсумку, застосування мультиплексора 74151 дозволяє нам ефективно вибирати потрібні дані з безлічі джерел з використанням мінімальної кількості керуючих сигналів.
Переваги використання мультиплексора 74151
1. Економія ресурсів
Мультиплексор 74151 дозволяє істотно економити ресурси системи, так як з його допомогою можна звести кілька провідників до одного. Це особливо корисно при розробці складних схем, де кількість провідників має обмеження. Таким чином, використання мультиплексора 74151 дозволяє скоротити кількість необхідних провідників і значно спростити структуру системи.
2. Зменшення витрат часу
Найчастіше, в цифрових системах потрібно обробляти безліч сигналів одночасно. У той же час, процесори і мікроконтролери мають обмежену кількість вхідних і вихідних портів. Використання мультиплексора 74151 дозволяє значно заощадити час, так як з його допомогою можна передати кілька сигналів через один порт. Це уровняет навантаження на процесор або мікроконтролер і дозволяє домогтися більш ефективного використання системних ресурсів.
3. Збільшення функціональності
Мультиплексор 74151 здатний виконувати різні функції, такі як комутація, вибірка даних і управління. Це дозволяє істотно збільшити функціональність цифрової системи при мінімальних витратах на реалізацію. Завдяки цьому мультиплексору можна ефективно вирішувати різноманітні завдання, від обробки сигналів в аудіо - і відеосистемах до управління периферійними пристроями комп'ютера.
Таким чином, використання мультиплексора 74151 в цифрових системах дозволяє досягти економії ресурсів, зменшення витрат часу і збільшення функціональності. Це робить даний мультиплексор невід'ємною частиною роботи з цифровими сигналами і сприяє ефективному розвитку цифрової електроніки в цілому.
Особливості підключення мультиплексора 74151
- Живлення: мультиплексор 74151 працює при напрузі живлення від 4.5 до 5.25 в.підтримувана напруга може бути підключена до контакту VCC, а земля - до контакту GND.
- Вибір каналу: мультиплексор має три входи для вибору каналу-A, B і C. Виходячи з комбінації цих входів, буде обраний один з восьми каналів.
- Входи даних: мультиплексор має вісім входів даних, позначених як D0-D7. Комбінація вхідних сигналів буде передана на обраний канал.
- Виходи: мультиплексор має два виходи-основний вихід Y і комплементарний вихід Ȳ. Основний вихід передає сигнал, обраний за допомогою керуючих входів, а комплементарний вихід - інверсію цього сигналу.
- Тактовий вхід: мультиплексор має тактовий вхід, який перемикає вибраний канал. По позитивному фронту тактування буде встановлено новий обраний канал.
Важливо правильно підключити живлення, Керуючі входи, входи даних і виходи мультиплексора 74151, щоб він працював коректно. Розташування контактів і схему підключення можна знайти в документації до даного пристрою.