En general podemos encontrar multiplexores en diferentes ámbitos, como en equipo de audio, video, cómputo, así como en los sistemas digitales. Para mostrar la idea de su función veamos un ejemplo, la radiograbadora:
Es sabido que en una radiograbadora se puede escuchar la radio, pero no es lo único que podemos escuchar. Posiblemente todos alguna vez hemos estado cerca de alguno de estos equipos, las y los profesores de inglés seguramente tienen una que hemos escuchado en sus clases, se pueden escuchar CD’s, MP3 desde una memoria USB, algunas antiguas tienen la opción del casete para escuchar cintas, muchas de ellas tienen entrada auxiliar o de micrófono, y aunque se tengan múltiples entradas, regularmente solo tienen una salida, sus bocinas.
Normalmente estos equipos no permiten escuchar diferentes entradas a la vez, se tiene que elegir una de ellas para ser escuchada, ahí es donde entran los multiplexores, que son estos selectores que cuentan con múltiples entradas y una salida. Existen en otros equipos también como los televisores:
Las televisiones modernas tienen múltiples entradas, pero al igual que las radiograbadoras, se tiene que elegir alguna de ellas para ser conectada a la salida. Aquí es donde entra otro concepto de los multiplexores, el “selector”, que es a través del cual podemos elegir cual de las entradas será la salida. En el caso de las radiograbadoras sería a través de botones, en las televisiones del control remoto o el menú en pantalla.
Esquema general de un multiplexor
El esquema general de un multiplexor lo podemos ver como un selector de datos donde tenemos múltiples entradas y una única salida, para elegir una de las entradas para salir se requiere un selector:
En el caso de los sistema digitales, los multiplexores tienen varios bits de entrada y un solo bit de salida, para elegir cual de sus entradas saldrá se elige a través de los bits de selección. Dependiendo del número de entradas será el número de bits de selección, por ejemplo si se tienen dos entradas (entrada I0 y entrada I1), con un solo bit de selección se pueden seleccionar (0-1). Para 4 entradas (I0 a I3) se requieren 2 bits de selección (con 2 bits podemos lograr 4 combinaciones, del 0 al 3) y así, para 8 entradas 3 bits de selección, para 16 entradas 4 bits de selección…
Funcionamiento interno de un multiplexor digital
Los multiplexores digitales se pueden generar a partir de una serie de compuertas lógicas, con la intención de tener múltiples entradas y poder seleccionar una de ellas para salir, como en el siguiente ejemplo de un multiplexor de 2 entradas, una salida y un bit de selección:
La idea es que en las entradas I0 ó I1 se coloque un valor binario cualquiera y que este salga por la salida Z, utilizando la entrada de selección S para elegir una de ellas. Se puede ilustrar el detalle de esta operación con el siguiente gráfico:
Se tienen 2 compuertas AND, una compuerta NOT y una compuerta OR, se puede apreciar que la entrada S define cual de las entradas I0 ó I1 saldrán, dado que cuando S = 0 se elimina una de las entradas por la compuerta AND y cuando S = 1 se elimina la opuesta dado que S llega negada a una de las compuertas AND. Los diferentes casos los podemos ver como:
Cuando S = 0 se tiene que en la compuerta AND superior resulta en (I1 AND 0) = 0 y al estar negado S el AND inferior resulta en (I0 AND 1) = I0 derivado de los teoremas de BOOLE. Podemos recordar algunos de estos teoremas como:
Por lo tanto, cuando S = 0, Z = I0 y cuando S = 1 entonces Z = I1. El resultado es que el bit de selección S define cual de las entradas saldrá por Z.
Circuitos integrados Multiplexores (74LS151, 74LS153 y 74LS157)
Comercialmente podemos encontrar variedad de circuitos integrados multiplexores, por ejemplo un multiplexor de 8 entradas 1 salida (74LS151), un circuito que integra dos multiplexores de 4 entradas y 1 salida (74LS153) o un circuito con 4 multiplexores de 2 entradas 1 salida (74LS157). Dependiendo la aplicación que se tenga se puede elegir entre alguno de ellos, a continuación se describirá cada uno de ellos.
74LS151 (Multiplexor 8 entradas 1 salida, 3 bits de selección)
74LS153 (2 multiplexores de 4 entradas 1 salida, 2 bits de selección)
74LS157 (4 multiplexores de 2 entradas 1 salida, 1 bit de selección)
Aplicaciones de los multiplexores
Son muy variadas las aplicaciones que se le pueden dar a los multiplexores, un ejemplo es en el direccionamiento de memoria, si pensamos en una computadora con la memoria RAM que llega hacia el procesador, el multiplexor sería el encargado de conectar cada una de las localidades de memoria hacia el procesador y con los bits de selección se elegiría la localidad correspondiente.
Se pueden utilizar para transmitir de forma secuencial información almacenada en paralelo con la ayuda de un contador y un multiplexor, o bien para elegir entre un grupo de datos como en el ejemplo siguiente:
Se puede utilizar un 74LS157 y conectar de modo que se tengan dos entradas de 4 bits y con un solo bit de selección se pueden elegir un grupo u otro para salir por las 4 salidas Z. En este ejemplo los 4 bits se colocan como entradas a un decodificador de BCD a 7 segmentos (74LS47) para mostrar en un display el valor correspondiente.
Un ejemplo de conexión de un 74LS157 en una protoboard se puede ver a continuación.
Con el botón conectado al bit de selección (anaranjado) se decide entre elegir las entradas 0 (azules) o las entradas 1 (rosa) para salir por las salidas Z (amarillo). Este archivo de simulación está disponible para su descarga aquí. Para obtener el simulador y ver cómo funciona, en el siguiente enlace:
Simulador de circuitos digitales
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Puede servir como práctica intentar tu propia implementación. Un reto mayor sería unir la simulación del tema anterior donde se utiliza el decodificador de BCD a 7 segmentos y este multiplexor 74LS157 para lograr el ejemplo mencionado arriba, de modo que se ingresen dos valores de 4 bits y con el bit de selección se elija entre mostrar en el display de 7 segmentos un valor u otro.
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