Multiplexen einer Schaltung

Ich werde versuchen, die Teile Ihrer Frage separat zu behandeln.

Multiplexing

Ist der Multiplexer im Schaltplan dort dargestellt, wo "Puffer" steht?

Nö! Der Multiplexer ist der ausgewählte Ziffernteil der Schaltung. Wie Sie sagten, ein Multiplexer ist ein elektrischer Schalter: wenn ich habe$n$"Selektor"-Eingänge, aus denen ich wählen kann$2^n$Ausgänge. In Ihrem Fall haben Sie einen Zwei-Bit-Zähler (weil 1 Bit nicht ausreicht, um bis 2 zu zählen), der mit dem "Select" -Teil des Multiplexers verbunden ist. Der Mux setzt dann einen seiner vier Ausgänge hoch, je nachdem, was der Zähler ist. Wenn Sie Ihren Zähler zurücksetzen, sobald er 3 erreicht, setzt Ihr Multiplexer 0 hoch, dann 1, dann 2 und wiederholt diese Schleife für immer.

Wenn das ultimative Ziel darin besteht, die Ausgabe auf zwei zusätzlichen Displays anzuzeigen, warum können wir dann nicht einfach alle a's, b's, c's usw. miteinander verbinden?

Wenn der Mux die Ziffer 0 hoch gesetzt hat, wollen wir nur die Anzeige 0 aufleuchten lassen (und ebenso für 1 und 2). Wenn Sie die Displays miteinander verdrahten, können Sie sie nicht alle mit unterschiedlichen Ziffern steuern.

High-End-Digit-Treiber

Der Zweck der Transistortreiber besteht darin, Strom zu / von den LEDs zu liefern / zu senken, aber es ist unklar, womit sie in Bezug auf Emitter, Kollektor und Basis elektrisch verbunden sind.

Betrachten Sie einen einstelligen Treiber. Wenn der Mux-Ausgang hoch ist, möchten Sie, dass Strom von Ihrer Stromversorgung in die LEDs fließt. Wenn der Mux niedrig ist, möchten Sie diesen Strom blockieren. Das heißt, welche Ziffer? Der Ausgang ist wahrscheinlich mit der Basis des Transistors verbunden, und wenn er hoch eingestellt ist, kann Strom vom Kollektor zum Emitter fließen. Reicht das als Schritt in die richtige Richtung?

Wenn die Treiber nur Strom liefern oder ziehen, warum sind sie dann mit dem Multiplexer verbunden?

Sie haben drei Fahrer. Sie möchten nur jeweils einen einschalten, und der Multiplexer wählt aus, welcher. Sie sind nicht "einfach Stromquellen", denke ich - es sind Stromquellen, die Sie selektiv ein- und ausschalten können.

Zählerschaltung

Was wird hier jedoch als wünschenswerte Ausgabe angesehen?

Sie wollen zählen

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

Sie benötigen also zwei Drähte (wie ich oben erwähnt habe). Auf welche Teile haben Sie Zugriff? Welche Art von Zählerschaltungen haben Sie schon einmal gesehen?

Wie Nedd erwähnt hat, haben Sie einen guten Oszillator eingerichtet - das wird die Eingabe für Ihren Zähler sein. Flip-Flops wären von da an ein Standardansatz.

Ich stimme Ihnen zu und stimme @Kynit nicht zu: Der Multiplexer ist der Teil, der in Ihrem Schaltplan mit "Puffer" gekennzeichnet ist. Aber dazu gleich mehr: Gehen wir die Schaltung rückwärts durch, vom Display zum Oszillator.

Ich werde keine Schaltpläne zur Verfügung stellen und kann manchmal etwas vage sein - während Sie lernen, stelle ich mir vor, dass es am besten ist, nicht zu viel zu verraten.

Anzeige

Soweit ich weiß, sind Ihre drei 7-Segment-Displays eine gemeinsame Anode, und die Kathoden jedes Segments sind mit dem entsprechenden Segment in den anderen beiden Displays verdrahtet. Dies bedeutet, dass, wenn Sie die drei Anoden an die positive Versorgung und eine beliebige Kathode an die negative Versorgung anschließen (natürlich unter Verwendung geeigneter Strombegrenzungswiderstände), das entsprechende Segment auf allen drei Anzeigen aufleuchten würde.

Dies ist natürlich unerwünscht, da Sie in der Lage sein möchten, jedes Display unabhängig zu steuern. Hier kommen die Zifferntreiber ins Spiel.

Zifferntreiber

Anstatt jede der drei Anoden direkt mit der positiven Versorgung zu verbinden, können Sie drei Transistoren (einen auf jedem Display) als Schalter verwenden, um ein einzelnes Display zu einem bestimmten Zeitpunkt selektiv anzuschließen.

Dazu verbinden Sie den Kollektor jedes Transistors mit der positiven Versorgung, den Emitter über einen Strombegrenzungswiderstand mit der Anode des Displays und verwenden die Basis als Steuereingang. Das Anlegen einer positiven Spannung an die Basis schaltet das Display ein, das Anschließen an Masse schaltet das Display aus.

Jetzt können Sie entscheiden, welches Display eine bestimmte Ziffer anzeigt. Das ist jedoch nur die halbe Miete - Sie müssen immer noch die neun Bits der Eingabe nehmen und nur die drei Bits auswählen, die dem derzeit eingeschalteten Display entsprechen.

Multiplexer

Hier kommt der Multiplexer ins Spiel. Tatsächlich ist ein Multiplexer nur ein Gerät, das mehrere Eingangssignale aufnimmt und auswählt, welches ausgegeben werden soll. Hier möchten Sie den Neun-Bit-Eingang in drei Drei-Bit-Eingänge aufteilen (dh digit 0, digit 1und digit n-1auf Ihrem Schaltplan) und dann den Multiplexer verwenden, um jeweils nur einen davon auf dem "Display-Bus" zu platzieren.

Sie benötigen einen 3-zu-1-Multiplexer (Sie haben drei Eingänge und einen Ausgang), der drei Bit breit ist (jedes Signal ist 3 Bit). Glücklicherweise ist das dasselbe wie drei parallele Ein-Bit-3-zu-1-Multiplexer, für die Schaltpläne leicht online gefunden werden können.

Beispielsweise werden Bit 0 von digit 0, Bit 0 von digit 1und Bit 0 von digit n-1mit den drei Eingängen des ersten Multiplexers verbunden, und sein Ausgang wird zu Bit 0 Ihres "Anzeigebusses". Wiederholen Sie dies noch zweimal für Bit 1 und Bit 2.

Wie entscheiden Sie also, welcher Ausgang gerade aktiv ist? Der Multiplexer hat zwei zusätzliche "Auswahl"-Leitungen: Anlegen von Logik 00an diese Leitungen wählt den ersten Eingang aus, Logik 01den zweiten und Logik 10den dritten (mit 11unbenutztem). Möglicherweise finden Sie Designs mit einer leichten Konfiguration (z . B. 01, 10, 11anstelle von 00, 01, 10), aber die erste Konfiguration ist wahrscheinlich am häufigsten und davon gehe ich im Rest der Diskussion aus.

Großartig, Sie können also steuern, welche Anzeige aktiv ist und welchen Teil der Eingabedaten sie anzeigt. Aber wie bringt man es dazu, durch die Ziffern zu radeln?

Zähler

Was Sie jetzt brauchen, ist eine Art zyklischer Zähler, der zuerst Display 0 auswählt, dann Display 1 auswählt, dann Display 2, zurück zu Display 0, Display 1 und so weiter.

Dies ist als Mod-3-Zähler bekannt, da er nur drei mögliche Ausgangszustände hat: 0, 1 und 2. Digitale Zähler werden am einfachsten unter Verwendung einer Mod-2- ⁿ - Konstruktion aufgebaut, z. B. mod-2, mod-4, mod -8 usw., da dies einer ganzen Zahl von Ausgangsbits entspricht (z. B. 1-Bit, 2-Bit bzw. 3-Bit). Glücklicherweise ist es auch einfach, einen Mod-4-Zähler (dh 2-Bit) mit einem "Reset"-Eingang in Mod-3 umzuwandeln - binden Sie einfach das zweite Ausgangsbit (das hoch wird, wenn der Zähler 2 erreicht) an den Reset-Eingang. Dies bedeutet, dass es beim nächsten Zyklus sofort auf 0 zurückkehrt, anstatt zuerst auf 3 zu gehen.

Auch hier können Schaltpläne für den Mod-4-Zähler leicht im Internet gefunden werden.

Sie können dies dann direkt mit Ihrem Multiplexer verbinden - wenn der Zähler 0 (logisch 00) ausgibt, werden die Eingangsdaten für das erste Display auf den Display-Bus gelegt, Ausgang 1 ( 01) wählt die Daten des zweiten Displays und Ausgang 2 wählt das dritte aus.

Auch dies ist jedoch nur die halbe Miete - Sie können jetzt durch die Eingabedaten blättern, aber Sie steuern immer noch nicht aktiv, welches Display aktiv ist.

2-zu-4-Decoder

Um zu steuern, welche Anzeige aktiv ist, möchten Sie nacheinander ein positives Signal an jeden Anzeigetreiber anlegen. Das heißt, wenn der Zähler 0 ausgibt (und der Multiplexer digit 0auf den Anzeigebus gelegt hat), möchten Sie, dass die Basis des ersten Transistors positiv wird und die anderen beiden auf Masse gehen. Ein ähnliches Argument gilt für die anderen beiden Bildschirmtreiber. Dies ist der Zweck Ihres Blocks "Wählen Sie eine Ziffer".

Sie möchten also im Grunde diesen Zwei-Bit-Ausgang von Ihrem Zähler nehmen und ihn verwenden, um abhängig vom Zählerwert eine von drei Zeilen auszuwählen. Die Schaltung, die dies kann, wird als 2-zu-4-Decoder bezeichnet, der einfach zwei Eingangsleitungen und vier Ausgänge hat. Wenn der Eingang ist 00, ist der erste Ausgang hoch und die anderen sind niedrig. Wenn der Eingang ist 01, ist der zweite Ausgang hoch und die anderen sind niedrig. Wenn der Eingang ist 10, ist der dritte Ausgang hoch und die anderen sind niedrig. Und wenn der Eingang ist 11, ist der vierte Ausgang hoch und die anderen sind niedrig.

Sie brauchen keine vier Ausgänge, und Ihr Zähler wird sowieso nie ausgeben 11, also verwenden Sie einfach die ersten drei Ausgänge und verbinden Sie sie mit Ihren Anzeigetreibern (ignorieren Sie den vierten Ausgang).

Beachten Sie, dass Ihr 3-zu-1-Multiplexer im Grunde einen eigenen internen 2-zu-4-Decoder enthält. Wenn Sie dies also alles in diskreter Logik implementieren, können Sie den Multiplexer tatsächlich vereinfachen, indem Sie den Ausgang des 2-zu-4 verwenden Decoder, den Sie für den Ziffernwähler verwenden - das scheint in Ihrem Schaltplan impliziert zu sein.

Auch hier sind Schaltpläne für 2-zu-4-Decoder leicht online zu finden.

Es gibt jedoch noch eine letzte Sache, die Sie brauchen - ein Signal, das den Zähler veranlasst, seine Werte zu durchlaufen.

Oszillator

Ihre 555-Schaltung ist Ihr Oszillator, der einfach ein Taktsignal erzeugt, das den Zähler antreibt. Die von Ihnen gezeigte astabile Multivibratorschaltung ist genau das, was Sie brauchen. Das einzige, was Sie herausfinden müssen, ist die gewünschte Ausgangsfrequenz und das gewünschte Tastverhältnis.

Wie von @EM Fields erwähnt, ist der Arbeitszyklus hier wahrscheinlich nicht sehr wichtig, daher ist ein 50/50-Zyklus ein vernünftiger Standardwert.

Bei der Frequenz sollte man versuchen, das gesamte Display mindestens 30 Mal pro Sekunde zu aktualisieren, um störendes Flackern zu vermeiden. Da Sie jeden der drei Zählerstände durchlaufen müssen, um die Anzeige einmal zu aktualisieren, bedeutet dies, dass Ihr Oszillator mit mindestens 90 Hz laufen sollte, aber es lohnt sich, zur Sicherheit deutlich schneller zu gehen. Andererseits kann es beim Testen sinnvoll sein, den Oszillator (sehr) langsam laufen zu lassen, weil man dann die Ziffern beim Wechseln beobachten kann.

Angesichts dieser Werte gibt es leicht verfügbare Formeln, die Ihnen sagen, welche Widerstandsgröße Sie verwenden müssen.

Eine Randbemerkung

Wo der Demultiplexer ins Spiel kommt (auf den Ihr Professor angedeutet hat), ist der 2-zu-4-Decoder. Wie der Name schon sagt, macht ein Demultiplexer das Gegenteil eines Multiplexers, indem er einen einzelnen Eingang nimmt und ihn zwischen einem von mehreren Ausgängen umschaltet. Als solcher ist der 2-zu-4-Decoder im Grunde nur ein 1-Bit-1-zu-4-Demultiplexer, dessen Eingang permanent auf logisch gesetzt ist 1. Aus diesem Grund bin ich mit @Kynit nicht einverstanden - was er / sie als Multiplexer bezeichnet, ist, wenn überhaupt, ein Demultiplexer, und der eigentliche Multiplexer befindet sich an anderer Stelle in der Schaltung.

Ich hoffe das obige hilft! Wenn etwas nicht ganz zusammenpasst, lassen Sie es mich wissen und ich werde es gerne regeln.

Der 555 stellt nur den Oszillator zur Verfügung, um die Digit Drive-Signale zu erzeugen benötigt man zusätzlich einen Zähler. Ein Beispiel ist ein MC14017. Verwenden Sie Q0, Q1 und Q2 als Eingänge für Ihre dreistelligen Treiber und lassen Sie dann das Q3-Signal an den Reset-Pin zurückgeben. Der Ausgang zählt also als 0,1,2,0,1.......

Weitere Verbindungsinformationen finden Sie im Datenblatt:
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MC14017B-D.PDF

Die Schaltung nach dem Zähler könnte als Multiplexer betrachtet werden, da sie jeweils eine 3-Bit-Datengruppe auswählt und an den Decoder sendet.

Schönes Projekt.

Beginnend am hinteren Ende mit dem Oszillator schlagen Sie vor, einen 555 in seinem standardmäßigen astabilen Modus zu verwenden, damit er mit einer Ausgangsfrequenz von:

und ein Tastverhältnis von

Für Ihre Anwendung spielt das Tastverhältnis keine große Rolle, also stellen Sie R1 auf etwa 1000 Ohm ein und berechnen Sie R2 für die gewünschte Frequenz, wobei C1 gleich ist$1\mu$F, wie Sie gezeigt haben.

Als nächstes müssen Sie in der Lage sein, jeweils eine Ziffer aus einem sequenziell wiederkehrenden Auswahlzyklus auszuwählen (hier kommt das Multiplexen ins Spiel) und alle Segmente, die Sie für diese Ziffer ausgewählt haben, mit ihrem DIP-Schalter auf einmal zu beleuchten .

Um das Multiplexen richtig durchzuführen, müssen Sie jeweils die gemeinsame Anode einer Ziffer auswählen, und Ihr Oszillator, der so etwas wie einen 4017 antreibt, liefert Ihnen das grundlegende Timing, aber nicht den Antrieb.

So weit, ist es gut?