Multiplexadores e demultiplexadores

 

Olá a todos!

No post de hoje, iremos conhecer os multiplexadores e os demultiplexadores. Embora o nome seja um pouco assustador, na realidade, estes componentes são muitos simples. Neste post, iremos entender o funcionamento dos multiplexadores e dos demultiplexadores, veremos algumas aplicações e também como podemos desenvolver ambos os componentes utilizando nossos conhecimentos de portas lógicas e circuitos lógicos.

Vamos começar o nosso estudo pelos multiplexadores. Como dito anteriormente, embora o nome seja complexo, se tratam de componentes muito simples. Sendo assim, vamos começar já simplificando este nome complexo: multiplexadores podem ser chamados de mux e demultiplexadores podem ser chamados de demux. Os multiplexadores (mux) nada mais são do que circuitos responsáveis por receber sinais elétricos de várias fontes diferentes na entrada e emitir estes sinais por uma única saída. Podemos imaginar que se trata de um componente com diversas entradas e com uma chave conectada a um fio, que passa por todas as entradas, conectando uma por vez ao fio de saída. A seleção das entradas é feita utilizando um código binário:

 

Este exemplo é muito interessante para compreender o funcionamento dos multiplexadores, porém, não representa a realidade de seu funcionamento. O multiplexador, na realidade, faz uso de portas lógicas AND, OR e NOT para funcionar. Para entendermos melhor, nada melhor do que usar todos os nossos conhecimentos adquiridos até hoje sobre circuitos lógicos e desenvolver um multiplexador do zero.

Primeiramente, devemos montar a tabela verdade. Iremos desenvolver um multiplexador com 4 entradas, então precisaremos de 4 valores diferentes para fazer a seleção das entradas. Para isso, podemos usar dois bits, visto que 2² = 4. Obs: o número de entradas do multiplexador deve ser igual a 2 elevado ao número de bits utilizado na seleção. Logo, se fossemos usar 4 bits para a seleção, teríamos um mux com 16 entradas (2^4 = 16).

Porém, estamos trabalhando com 2 bits de seleção, o que nos dará 4 entradas:

Com isso, podemos desenvolver nossa tabela verdade. Temos dois bits de seleção, logo, nossas opções para a seleção serão: 00, 01, 10 e 11. Cada uma dessas opções será responsável por selecionar uma saída:

B1	B2	Selecionar
0	0	A
1	0	B
0	1	C
1	1	D

Utilizando os conhecimentos adquiridos em posts anteriores, podemos entender o seguinte. A entrada A é igual a B1’ AND B2’, a entrada B é igual a B1’ AND B2, C é igual a B1 AND B2’ e, finalmente, D é igual a B1 AND B2. Todos esses sinais serão direcionados à mesma saída, logo, precisaremos de uma porta OR no final do circuito. Com isso, teremos a seguinte expressão: 

Agora, para montar o circuito, devemos associar cada entrada com sua combinação, para que apenas a entrada desejada passe para a saída:

Agora que já temos o circuito montado utilizando a lógica booleana, podemos passar para um circuito real. O circuito ficará parecido com isso:

Fazendo a simulação, podemos perceber que este circuito apenas permite a passagem da entrada selecionada para a saída. Se a saída D, por exemplo, estiver selecionada (com o código 1 1 na seleção), os bits de todas as outras entradas não poderão chegar até a saída. Apenas o bit D será capaz de acender o LED azul ao final do circuito (se você é como eu e gosta de estudar ouvindo música, não se preocupe. O vídeo não tem som):

 

Porém, agora surge a pergunta: qual seria a utilidade de um circuito desses? Muitas vezes, no dia a dia, se torna ineficiente, custoso e muitas vezes impossível utilizar um número muito grande de cabos para transportar sinais de um ponto ao outro de um local. Nestes casos, um mux se torna muito útil. Porém, na saída do mux, temos apenas uma saída, com bits saindo o tempo todo. Se refletirmos um pouco, a informação inicial iria se perder na saída do mux, visto que uma informação de 4 bits se torna um conjunto de bits saindo por apenas um fio. É neste ponto que entra o demultiplexador (ou demux). Este componente é responsável por fazer o processo inverso do mux: pega uma entrada e divide para várias saídas. O circuito é muito simples. Precisamos apenas retirar as portas OR e ligar as portas AND direto na saída. As quatro entradas também irão dar lugar a uma entrada única:

 

Na simulação do circuito, a entrada foi trava em nível lógico 1 e, usando os bits de seleção, a saída foi sendo modificada:

 

Estes dois componentes geralmente são utilizados em conjunto, como podemos ver no GIF abaixo:

 

Para que o funcionamento seja perfeito, é necessário que os bits de seleção estejam sincronizados, pois, caso não estejam, é possível que o sinal de uma entrada do mux saia na entrada errada do demux.

Por hoje, foi isso. Como dito no início do post, este é um assunto bastante simples, embora pareça complexo de início. O importante é compreender os detalhes e o funcionamento completo do sistema.

Enfim... espero que tenham achado este post interessante. Até a próxima!