Multiplexadores e demultiplexadores (ART159)

Os MUX e DEMUX ou ainda Multiplexadores e Demultiplexadores são sistemas digitais que podem processar informações de diversas formas, funcionando como conversores série/paralelo e vice versa. Neste artigo analisaremos o princípio de funcionamento destes circuitos de grande importância na eletrônica digital, dando prosseguimento à nossa série que deve ser acompanhada por todos que pretendem entender um pouco do princípio de funcionamento dos circuitos dos computadores e de muitos outros equipamentos modernos.

 

MULTIPLEXADORES

Um multiplexador ou abreviadamente MUX é um sistema digital que possui diversas entradas diferença onde aparecem informações na forma digital, uma saída de dados e entradas de controle, conforme mostra a figura 1.

 

 

Os sinais aplicados às entradas de controle determinam qual entrada vai ser conectada à saída, transferindo assim seus sinais. Em outras palavras, com um MUX é possível selecionar qual entrada vai ser conectada a saída, isso simplesmente por meio de comandos lógicos.

Uma tabela verdade pode ser associada ao multiplexador que demos como exemplo em que temos 4 entradas e uma saída:

 

 

Veja então que, quando desejamos que a entrada E2 seja a conectada a saída, transferindo seus sinais, tudo que temos de fazer é levar a entrada de controle C0 ao nível baixo e a entrada C1 ao nível alto.

Perceba também que a quantidade de linhas de controle depende justamente da quantidade de entradas que devem ser selecionadas. Para um MUX de 4 entradas precisamos de 2 entradas de controle, pois com dois dígitos cobrimos as 4 combinações possíveis de estados de controle.

Para um MUX de 8 entradas, como o mostrado na figura 2, precisamos de 3 entradas de controle, de modo a se obter as 8 combinações de estados que definem qual entradas será a ativada.

 

 

Uma tabela verdade para um MUX de 8 entradas, como o mostrado na figura 2 seria a seguinte:

 

A implementação de um multiplexador com portas lógicas pode ser  feita com relativa facilidade. No caso do multiplexador de 4 entradas e uma saída que tomamos como exemplo inicial podemos usar portas AND e OR além de inversores conforme mostra a figura 3.

 

A função de multiplexador pode ser encontrada tanto em circuitos integrados de tecnologia CMOS como TTL e nestes componentes temos ainda a possibilidade de encontrar uma entrada adicional de inibição INHIBIT que serve para desativar o circuito em caso de necessidade, desligando-se assim sua saída de qualquer das entradas.

Veja que esta entrada pode ser importante, pois em qualquer combinação de níveis lógicos da entrada de controle sempre teremos uma entrada conectada à saída e pode ser necessário em algum tipo de aplicação que nenhuma entrada seja conectada à saída em determinado instante.

Na figura 4 temos o circuito lógico de um multiplexador de 8 entradas com 3 entradas de controle e uma entrada de INHIBIT.

 

Este circuito utiliza inversores, portas AND e portas OR.

 

 

DEMULTIPLEXADORES

Um circuito demultiplexador ou DEMUX tem uma entrada de dados e um determinado número de saídas, além de entradas de controle, conforme mostra o diagrama simplificado da figura 5.

 

Pela aplicação de níveis lógicos apropriados nas entradas de controle podemos transferir o sinal da entrada para uma das saídas.

Qual saída receberá o sinal depende dos níveis na entrada de controle conforme a tabela verdade dada a seguir, para o exemplo da figura 5.

 

 

Perceba que, neste caso também, precisamos de duas entradas de controle para selecionar uma de 4 saídas. Se tivermos 8 saídas, como no DEMUX da figura 6, serão necessárias 3 entradas de controle e a tabela verdade será a seguinte:

 

 

Um circuito demultiplexador pode ser elaborado a partir de funções lógicas comuns. Para um demultiplexador de 4 saídas, como o tomado como exemplo inicial de nosso artigo temos a possibilidade de elaborá-lo com apenas dois inversores e 3 portas AND de 3 entradas, conforme mostra a figura 7.

 

 

 

MUX/DEMUX INTEGRADOS

Conforme explicamos as funções de multiplexadores e demultiplexadores digitais podem ser encontradas na forma de circuitos integrados tanto da família CMOS como TTL.

Damos a seguir alguns circuitos integrados comuns dessas duas famílias que podem ser usados em projetos.

 

74150 - seletor de dados 1 de 16

Este é um multiplexador TTL em invólucro de  24 pinos, mostrado na figura 8.

 

 

Na operação normal a entrada de habilitação EN deve ser colocada no nível baixo. Se a entrada EN for levada ao nível baixo o circuito é inibido e a saída fica no nível alto independentemente do que acontece em qualquer entrada ou nas linhas de seleção.

Este circuito também tem uma característica inversora: isso significa que o nível do sinal da entrada selecionada aparece invertido na saída.

 

74151 - seletor de dados 1 de 8

Este circuito TTL tem 8 entradas de dados, três linhas de seleção e duas saídas, sendo uma que apresenta o sinal da entrada na forma original e a outra que o apresenta invertido.

Na operação normal a entrada EN de habilitação deve ficar no nível baixo. Se esta entrada for levada ao nível alto a saída Y se mantém no nível baixo e a saída Y/ no nível alto independentemente do que acontece nas linhas de dados ou de controle.

O 74151 é apresentado em invólucro DIL de 16 pinos com a disposição de terminais mostrada na figura 9.

 

 

 

74152 - Duplo seletor de dados 1 de 4

Este circuito integrado TTL contém dois multiplexadores de 4 entradas de dados, com duas linhas de controle que atuam ao mesmo tempo sobre os dois circuitos. Na figura 10 temos a pinagem deste componente que é apresentado em invólucro DIL de 16 pinos.

 

Na operação normal a entrada EN deve ser mantida no nível baixo. Com esta entrada no nível alto, a saída do multiplexador correspondente se mantém no nível baixo independentemente da entrada selecionada.

 

74154 - Demultiplexador 1 de 16

Este circuito integrado TTL é apresentado em invólucro DIL de 24 pinos com a pinagem mostrada na figura 11.

 

 

Este tipo de circuito também é conhecido como distribuidor de dados e na operação normal a entrada EN deve ser mantida no nível baixo. Com esta entrada no nível alto, todas as saídas ficarão no nível alto, independentemente do que ocorre na entrada de dados e nas entradas de controle.

 

 

74155 - Duplo Demultiplexador 1 de 4

Este circuito integrado TTL é apresentado em invólucro DIL de 16 pinos, conforme mostra a figura 12.

 

Na operação normal a entrada EN deve estar no nível baixo. Com a entrada EN no nível alto, todas as saídas dos seletores ficam no nível alto, independente da seleção e dos dados da entrada.

 

4051 - Seletor 1 de 8 (MUX/DEMUX)

Este circuito integrado CMOS é apresentado em invólucro DIL de 16 pinos e pode trabalhar tanto com sinais analógicos como digitais, dependendo apenas da polarização do pino 7, conforme mostra a figura 13 em que temos a sua pinagem.

 

 

É interessante observar que este circuito pode funcionar tanto como multiplexador como demultiplexador já que as chaves usadas são bilaterais.

Quando utilizado em circuitos digitais a tensão de alimentação pode ficar entre 5 e 15 Volts e o pino 7 é aterrado. Se o circuito for utilizado para operar com sinais analógicos (áudio, por exemplo), o pino de alimentação positiva Vdd deve ficar em 5 V e o pino 7 em -5 V. Os sinais chaveados devem ter amplitudes que não ultrapassem esta faixa.

Com a entrada EN no nível alto todas as chaves ficam abertas e nenhum sinal pode passar. Se EN estiver no nível baixo, o canal selecionado pelas entradas de controle é conectado a saída. O sinal tanto pode fluir de um dos canais de entrada (X1, X2, X3 ou X4) para a saída (X) como vice-versa já que a operação é tanto como MUX como DEMUX, conforme explicamos.

As chaves abertas para este circuito têm uma resistência muito alta de centenas de megohms e na condição de fechadas têm uma resistência da ordem de 120 ohms. A corrente em cada chave não pode ser maior que 25 mA.

 

4052 - Duplo Seletor 1 de 4 (MUX/DEMUX)

Este circuito CMOS funciona exatamente como o 4051 com a diferença que no caso temos dois seletores (MUX/DEMUX) num mesmo circuito integrado em invólucro de 16 pinos, que é mostrado na figura 14.

 

 

Como no caso anterior, o circuito pode operar nos dois sentidos, ou seja, tanto como multiplexador como demultiplexador e dependendo da alimentação pode operar com sinais analógicos ou digitais.

 

 

4053 - Triplo Seletor 1 de 3 (MUX/DEMUX)

Temos finalmente um circuito CMOS que funciona como os anteriores, e que pode ser usado tanto como MUX como DEMUX tanto para sinais analógicos como digitais.

A pinagem deste circuito integrado é mostrada na figura 15.

 

 

 

As linhas de seleção de saídas/entradas dos três seletores (MUX/DEMUX) deste circuito integrado são independentes, mas para inibição do funcionamento existe uma entrada comum. Esta entrada deve ficar no nível baixo para o funcionamento normal.

 

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