Introduzione
I multiplexer e i demultiplexer sono altri componenti molto utili della logica combinatoria, utilizzati per esempio per ottimizzare e instradare i segnali nei circuiti elettronici digitali. In questo video approfondiamo come funzionano, quando è utile utilizzarli e come possono essere implementati in un circuito.
Cos’è un Multiplexer?
Un multiplexer (MUX) è un dispositivo che consente di trasferire all’uscita uno dei dati presenti in ingresso a seconda del valore degli ingressi di selezione, ignorando gli altri. In particolare un multiplexer con n linee di selezione può trasferire in uscita uno deli 2n segnali di ingresso.
Funzionamento di un multiplexer a due ingressi
Un MUX a 2 ingressi, ad esempio, utilizza una linea di selezione (S) per scegliere quale ingresso trasmettere all’uscita:
- Quando S è 0: ’ingresso D0 viene trasferito all’uscita.
- Quando S è 1: L’ingresso D1 viene trasferito all’uscita.
Con più ingressi, vengono utilizzate più linee di selezione. Un MUX a 4 ingressi ha 2 linee di selezione, mentre un MUX a 8 ingressi ne richiede 3, e così via. Alcuni modelli comunemente usati includono il 74HC153 (un MUX a 4 ingressi con doppio canale) e il 74HC157.
Applicazioni dei Multiplexer
Nella pratica i multiplexer vengono spesso utilizzati per:
- Instradare segnali tra dispositivi: se diversi dispositivi devono inviare dati su un unico bus, il MUX seleziona il dispositivo attivo.
- Sistemi di comunicazione: insieme ai demultiplexer possono essere utilizzati, insieme ad altri circuiti digitali, per trasferire su un’unica connessione più dati (conversione parallelo/seriale).
- Implementazione di una Tavola della Verità: un utilizzo davvero particolare, impostando gli ingressi ad un valore fisso ed utilizzando gli ingressi di selezione come ingressi è possibile implementare una TdV.
Cos’è un Demultiplexer?
Il demultiplexer (DEMUX) esegue l’operazione inversa del MUX: prende un ingresso unico e lo distribuisce su una serie di uscite, selezionate in base a un segnale di controllo. In sostanza, consente di “smistare” un dato ingresso su uno specifico canale di uscita.
Funzionamento del Demultiplexer
Un DEMUX utilizza un segnale di selezione per determinare quale uscita attivare. Ad esempio, in un DEMUX a 1 ingresso e 4 uscite:
- Quando la selezione è 00: Il segnale viene indirizzato all’uscita 0
- Quando la selezione è 01: Il segnale viene indirizzato all’uscita 1
- Quando la selezione è 10: Il segnale viene indirizzato all’uscita 2
- Quando la selezione è 11: Il segnale viene indirizzato all’uscita 3
Un esempio di circuito integrato a media scala di integrazione (MSI) è il 74HC138, che permette di scegliere tra 8 uscite diverse tramite 3 linee di selezione.
Implementazione e Simulazione con Logisim Evolution
Logisim Evolution è uno strumento di simulazione usato per testare circuiti logici digitali. Tramite Logisim, è possibile simulare il comportamento di multiplexer e demultiplexer, visualizzando come le linee di selezione attivano ingressi e uscite e verificando così il corretto funzionamento del circuito.
Passaggi per la simulazione di un DEMUX
- Progettazione: Creare un MUX con il numero di ingressi desiderato, definendo il numero di linee di selezione necessarie.
- Simulazione: Collegare i vari ingressi e impostare le linee di selezione per verificare la corretta attivazione dell’uscita.
- Conferma visiva: Logisim evidenzia i collegamenti attivi, permettendo di osservare quali segnali sono in trasmissione in ogni momento.
Applicazioni dei Demultiplexer
Nella pratica i demultiplexer vengono spesso utilizzati per:
- Sistemi di comunicazione: Possono essere utilizzati in combinazione con i multiplexer per gestire la distribuzione di segnali, come nella selezione di periferiche o nella distribuzione di un segnale a più dispositivi.
- Riduzione degli ingressi usati di un microcontrollore: Sono usati per concentrare dati provenienti da più sensori in un’unica linea di dati, ideale per risparmiare spazio nei cablaggi e ridurre la complessità del circuito.
Differenze chiave tra Multiplexer e Demultiplexer
| Caratteristica | Multiplexer | Demultiplexer |
|---|---|---|
| Funzione | Instrada uno tra molti ingressi su un’uscita | Instrada un ingresso su una tra molte uscite |
| Applicazioni tipiche | Condivisione di bus dati, selezione segnali, sistemi di comunicazione, implementazione TdV | Distribuzione di segnali, controllo su più dispositivi, sistemi di comunicazione |
| Linee di selezione | Determinano quale ingresso è attivo | Determinano quale uscita è attiva |
Datasheet
I multiplexer e demultiplexer sono strumenti versatili e potenti nell’elettronica digitale, utili per ottimizzare i circuiti e ridurre il numero di connessioni necessarie. Essi rappresentano un elemento cruciale in applicazioni come la gestione dei bus dati e la selezione dei dispositivi in circuiti complessi.
