Multiplexación de un circuito

Trataré de cubrir las partes de su pregunta por separado.

multiplexación

¿Está representado el multiplexor en el esquema donde dice "búferes"?

¡No! El multiplexor es la parte de selección de dígitos del circuito. Como dijiste, un multiplexor es un interruptor eléctrico: si tengo$n$Entradas de "selector", puedo elegir$2^n$salidas. En su caso, tiene un contador de dos bits (porque 1 bit no es suficiente para contar hasta 2) que está conectado a la parte "seleccionar" del multiplexor. El mux luego establece una de sus cuatro salidas en alto, dependiendo de cuál sea el contador. Si hace que su contador se reinicie tan pronto como llegue a 3, entonces su multiplexor establecerá 0 alto, luego 1, luego 2, y repetirá este ciclo para siempre.

Si el objetivo final es mostrar la salida en dos pantallas adicionales, ¿por qué no podríamos conectar todos los a, b, c, etc. juntos?

Cuando el mux ha establecido el dígito 0 alto, solo queremos iluminar la pantalla 0 (y lo mismo para 1 y 2). Si conecta las pantallas juntas, no puede controlarlas todas con dígitos diferentes.

Controlador de dígitos de gama alta

El propósito de los controladores de transistores es suministrar/hundir corriente hacia/desde los LED, pero no está claro a qué está conectado eléctricamente en términos de emisor, colector y base.

Mire un controlador de un solo dígito. Cuando su salida mux es alta, desea que la corriente fluya desde su fuente de alimentación hacia los LED; cuando el mux es bajo, desea bloquear esa corriente. Eso significa que su dígito? La salida probablemente esté conectada a la base del transistor, y configurarlo alto permite que la corriente fluya desde el colector al emisor. ¿Es un paso suficiente en la dirección correcta?

Si los controladores simplemente obtienen o descargan corriente, ¿por qué están conectados al multiplexor?

Tendrás tres conductores. Solo desea encender uno a la vez, y el multiplexor elige cuál. Supongo que no son "simplemente fuente de corriente", son fuentes actuales que puede encender y apagar selectivamente.

Circuito contador

Sin embargo, ¿qué se considera aquí un resultado deseable?

quieres contar

0, 1, 2, 0, 1, 2, ...

por lo que necesitará dos cables (como mencioné anteriormente). ¿A qué partes tienes acceso? ¿Qué tipo de circuitos contadores has visto antes?

Como mencionó Nedd, tiene una buena configuración de oscilador, esa será la entrada de su contador. Las chanclas serían un enfoque estándar a partir de ahí.

Estoy de acuerdo con usted y no estoy de acuerdo con @Kynit: el multiplexor es la parte marcada como "búferes" en su esquema. Pero más sobre eso en un momento: recorramos el circuito hacia atrás, desde la pantalla hasta el oscilador.

No voy a proporcionar ningún esquema, y ​​puede que a veces sea un poco vago; a medida que aprende, imagino que es mejor no revelar demasiado.

Mostrar

Según tengo entendido, sus tres pantallas de 7 segmentos son de ánodo común y tienen los cátodos de cada segmento conectados al segmento correspondiente en las otras dos pantallas. Esto implica que si conecta los tres ánodos al suministro positivo y cualquier cátodo dado al suministro negativo (por supuesto, utilizando las resistencias limitadoras de corriente apropiadas), el segmento correspondiente se iluminará en las tres pantallas.

Obviamente, esto no es deseable, porque desea poder controlar cada pantalla de forma independiente. Aquí es donde entran los controladores de dígitos.

Controladores de dígitos

En lugar de conectar directamente cada uno de los tres ánodos al suministro positivo, puede usar tres transistores (uno en cada pantalla) como interruptor para conectar selectivamente una sola pantalla en un momento dado.

Para hacer esto, conectaría el colector de cada transistor al suministro positivo, el emisor al ánodo de la pantalla a través de una resistencia limitadora de corriente y usaría la base como entrada de control. Aplicar un voltaje positivo a la base enciende la pantalla, conectarla a tierra apaga la pantalla.

Ahora puede decidir qué pantalla mostrará cualquier dígito dado. Sin embargo, eso es solo la mitad de la batalla: aún necesita una forma de tomar los nueve bits de entrada y seleccionar solo los tres bits correspondientes a la pantalla que está encendida actualmente.

multiplexor

Ahí es donde entra en juego el multiplexor. Efectivamente, un multiplexor es solo un dispositivo que toma múltiples señales de entrada y selecciona cuál emitir. Aquí, desea dividir la entrada de nueve bits en tres entradas de tres bits (es decir digit 0, digit 1y digit n-1en su esquema), luego use el multiplexor para colocar solo uno de ellos en el "bus de visualización" en un momento dado.

Necesitará un multiplexor 3 a 1 (tiene tres entradas y una salida), que tiene tres bits de ancho (cada señal tiene 3 bits). Afortunadamente, eso es lo mismo que tener tres multiplexores paralelos 3 a 1 de un bit, cuyos esquemas se pueden encontrar fácilmente en línea.

Por ejemplo, el bit 0 de digit 0, el bit 0 de digit 1y el bit 0 de digit n-1se conectan a las tres entradas del primer multiplexor, y su salida se convierte en el bit 0 de su "bus de visualización". Repita dos veces más para el bit 1 y el bit 2.

Entonces, ¿cómo decide qué salida está activa en cualquier momento? El multiplexor tiene dos líneas adicionales de "selección": la aplicación de la lógica 00a estas líneas selecciona la primera entrada, la lógica 01la segunda y la lógica 10la tercera ( 11sin usar). Puede encontrar diseños con una configuración ligera (p. ej 01., 10, 11en lugar de 00, 01, 10), pero la primera configuración es probablemente la más común y es lo que asumo en el resto de la discusión.

Genial, para que pueda controlar qué pantalla está activa y qué parte de los datos de entrada muestra. Pero, ¿cómo hacer que recorra los dígitos?

Encimera

Lo que necesita ahora es algún tipo de contador cíclico que primero seleccione la pantalla 0, luego seleccione la pantalla 1, luego la pantalla 2, vuelva a la pantalla 0, la pantalla 1 y así sucesivamente.

Esto se conoce como contador mod-3, ya que solo tiene tres posibles estados de salida: 0, 1 y 2. Los contadores digitales se construyen más fácilmente usando una construcción mod-2 ⁿ , por ejemplo, mod-2, mod-4, mod -8, etc., ya que esto corresponde a un número entero de bits de salida (por ejemplo, 1 bit, 2 bits y 3 bits respectivamente). Afortunadamente, también es fácil convertir un contador mod-4 (es decir, 2 bits) con una entrada de "reinicio" a mod-3: simplemente conecte el segundo bit de salida (que se vuelve alto cuando el contador llega a 2) a la entrada de reinicio. Esto significa que volverá inmediatamente a 0 en el próximo ciclo, en lugar de ir a 3 primero.

Nuevamente, los esquemas para el contador mod-4 se pueden encontrar fácilmente en Internet.

Luego puede vincular esto directamente a su multiplexor: cuando el contador emite 0 (lógica 00), los datos de entrada para la primera pantalla se colocan en el bus de pantalla, la salida 1 ( 01) selecciona los datos de la segunda pantalla y la salida 2 selecciona la tercera.

Nuevamente, esto es solo la mitad de la batalla: ahora puede recorrer los datos de entrada, pero aún no controla activamente qué pantalla está activa.

Decodificador 2 a 4

Para controlar qué pantalla está activa, desea aplicar una señal positiva a cada controlador de pantalla por turno. Es decir, cuando el contador da como resultado 0 (y el multiplexor se ha colocado digit 0en el bus de visualización), desea que la base del primer transistor sea positiva y que los otros dos vayan a tierra. Un argumento similar se aplica a los otros dos controladores de pantalla. Este es el propósito de su bloque "seleccionar dígito".

Entonces, básicamente desea tomar esa salida de dos bits de su contador y usarla para seleccionar una de las tres líneas según el valor del contador. El circuito que puede hacer esto se llama decodificador 2 a 4, que simplemente tiene dos líneas de entrada y cuatro salidas. Cuando la entrada es 00, la primera salida es alta y las otras son bajas. Cuando la entrada es 01, la segunda salida es alta y las otras son bajas. Cuando la entrada es 10, la tercera salida es alta y las otras son bajas. Y cuando la entrada es 11, la cuarta salida es alta y las otras son bajas.

No necesita cuatro salidas, y su contador nunca generará una salida de 11todos modos, así que solo use las primeras tres salidas y conéctelas a sus controladores de pantalla (ignorando la cuarta salida).

Tenga en cuenta que su multiplexor 3 a 1 básicamente contiene su propio decodificador interno 2 a 4, por lo que si está implementando todo esto en lógica discreta, puede simplificar el multiplexor usando la salida del 2 a 4 decodificador que está utilizando para el selector de dígitos: eso es lo que parece estar implícito en su esquema.

Nuevamente, los esquemas para decodificadores de 2 a 4 se encuentran fácilmente en línea.

Sin embargo, todavía hay una última cosa que necesita: alguna señal para que el contador recorra sus valores.

Oscilador

Su circuito 555 es su oscilador, que simplemente produce una señal de reloj que impulsa el contador. El circuito multivibrador astable que muestra es exactamente lo que necesita, lo único que debe averiguar es la frecuencia de salida y el ciclo de trabajo deseados.

Como mencionó @EM Fields, el ciclo de trabajo probablemente no sea muy importante aquí, por lo que un ciclo 50/50 es un valor predeterminado razonable.

Para la frecuencia, debe intentar actualizar toda la pantalla al menos 30 veces por segundo para evitar el molesto parpadeo. Dado que debe pasar por cada uno de los tres estados del contador para actualizar la pantalla una vez, eso significa que su oscilador debe funcionar al menos a 90 Hz, pero vale la pena ir considerablemente más rápido que eso solo para estar seguro. Por otro lado, durante la prueba puede ser útil hacer funcionar el oscilador (muy) lentamente porque entonces puede observar los dígitos a medida que cambian.

Dados esos valores, hay fórmulas fácilmente disponibles que le dirán qué tamaño de resistencias usar.

Una nota al margen

Donde el demultiplexor entra en juego (que su profesor insinuó) es con el decodificador de 2 a 4. Como sugiere el nombre, un demultiplexor hace lo contrario de un multiplexor, toma una sola entrada y la cambia entre una de varias salidas. Como tal, el decodificador 2 a 4 es básicamente un demultiplexor 1 a 4 de un bit, con su entrada configurada permanentemente en lógica 1. Es por eso que no estoy de acuerdo con @Kynit: lo que él / ella describe como un multiplexor es, en todo caso, un demultiplexor , y el multiplexor real está en otra parte del circuito.

¡Espero que lo de arriba ayude! Si algo no cuadra, házmelo saber y estaré feliz de solucionarlo.

El 555 solo proporciona el oscilador, para producir las señales de manejo de dígitos también necesita un contador. Un ejemplo es un MC14017. Use Q0, Q1 y Q2 como entradas para sus controladores de tres dígitos, luego tenga la retroalimentación de la señal Q3 en el pin de reinicio. Entonces la salida cuenta como 0,1,2,0,1.......

Consulte la hoja de datos para obtener otra información de conexión:
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MC14017B-D.PDF

El circuito después del contador podría considerarse un multiplexor, ya que selecciona un grupo de datos de 3 bits a la vez y lo envía al decodificador.

Buen proyecto.

Comenzando desde el final, con el oscilador, está proponiendo usar un 555 en su modo astable estándar, por lo que funcionará libremente con una frecuencia de salida de:

y un ciclo de trabajo de

Para su aplicación, el ciclo de trabajo no importa mucho, así que haga que R1 sea igual a aproximadamente 1000 ohmios y calcule R2 para la frecuencia que desea con C1 igual a$1\mu$F, como has demostrado.

A continuación, debe poder seleccionar un dígito a la vez fuera de un ciclo de selección recurrente secuencial (ahí es donde entra la multiplexación) y, todo a la vez, iluminar los segmentos que ha seleccionado para ese dígito con su interruptor DIP .

Para hacer la multiplexación correctamente, debe seleccionar el ánodo común de un dígito a la vez, y su oscilador que maneja algo como un 4017 le dará la sincronización básica, pero no la unidad.

¿Hasta ahora tan bueno?