Práticas em Eletrônica Digital: Demultiplexadores Digitais

Práticas em Eletrônica Digital
D E M U L T I P L E X A D O R E S
D I G I T A I S
Luis Guilherme G Silva
Regimar F dos Santos
Renan R Oliveira
P R O P O S E D
B Y E T H A N
P E R E Z

Luis Guilherme G Silva
Regimar F dos Santos
Renan R Oliveira
Práticas em Eletrônica Digital
Conversores Demultiplexadores
Digitais
Imagem da capa: Central Telefônica Comercial de New Haven, 1879
Universidade São Francisco, Campus Itatiba - 2018

Práticas em Eletrônica Digital: Demultiplexadores Digitais
Sumário
Introdução ................................................................................................................ 3
Implementação com portas lógicas ......................................................................... 4
Simulação ............................................................................................................ 5
Implementação do circuito ................................................................................... 6
Implementação com circuito integrado .................................................................... 8
Conceito ............................................................................................................... 8
Simulação ............................................................................................................ 9
Implementação do circuito ................................................................................. 10
Conclusão ............................................................................................................. 11

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Introdução
Os circuitos demultiplexadores, ou DEMUX, são circuitos caracterizados por
realizarem a função inversa dos multiplexadores ou MUX, sendo assim estes
distribuem os dados provenientes de sua entrada para suas múltiplas saídas que são
determinadas pelos valores binários de suas entradas de controle, conforme
exemplificado no esquema abaixo.
Figura 0 - DEMUX 1:4.
Os DEMUX são classificados pelo número de saídas que possuem assim como os
MUX são classificados pelo número de entradas, assim o circuito mostrado no
esquema acima é um demultiplexador 1:4. Um DEMUX também tem a sua quantidade
de entradas de controle de acordo com seu número de saídas, por exemplo, um
circuito com n saídas, possui m entradas de controle sendo n = 2 m .
A principal função deste circuito é a conversão de sinais em série para sinais em
paralelo, sendo assim usados em conjunto com os multiplexadores em circuitos de
comunicação simples que na verdade servem de base para toda comunicação de
sinais.
Figura 1 - MUX e DEMUX trabalhando em um circuito de comunicação.
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Porém o escopo no qual veremos estes circuitos aqui é bem mais simples, veremos
como implementa-los no contexto da eletrônica digital, primeiramente com portas
lógicas, em um contexto onde podemos estudar de maneira mais minuciosa o
funcionamento dos DEMUX, e depois utilizando um circuito integrado dedicado, onde
aprenderemos mais sobre o uso de equipamentos disponíveis comercialmente.
Implementação com portas lógicas
Na verdade, demultiplexadores são circuitos relativamente simples de se implementar,
somente são necessárias portas AND e inversores, como observado no exemplo do
DEMUX 1:4 a seguir.
Figura 2 - Circuito lógico de um DEMUX 1:4.
Observando o circuito já é possível identificar sua funcionalidade características,
vemos que F é a entrada de dado, a e b as entradas de controle e A, B C e D as
saídas, o comportamento do circuito é então definido pela seguinte tabela verdade.
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Tabela 1 – Tabela verdade de um DEMUX 4:1.
a b A B C D
0 0 F 0 0 0
0 1 0 F 0 0
1 0 0 0 F 0
1 1 0 0 0 F
Simulação
Tendo como base a teoria apresentada no item anterior, é possível implementar um
circuito demultiplexador de 4 entradas em um software de simulação, como o exemplo
realizado no software Proteus abaixo.
Figura 3 -Circuito simulado de um DEMUX 4:1 utilizando-se de portas lógicas e componentes simples.
R4
680
R5
680
680
R6
U4:A
1 2
7404
U4:B
3 4
7404
A B E
1
2
4
5
12
13
9
10
U2:A
7408
U2:B
7408
U2:D
7408
U3:C
7408
3
6
11
8
1
2
9
10
4
5
12
13
U3:A
7408
U2:C
7408
U3:B
7408
U3:D
7408
3
8
6
11
R12
330
R13
330
R14
330
R15
330
S0
D9
LED-RED
S1
D10
LED-RED
S2
D11
LED-RED
S3
D12
LED-RED
Observe que como buscamos um ambiente mais próximo do real aqui temos que nos
atentar a algumas questões práticas. Um desses fatores é o uso de resistores pull
down, vistos à esquerda do esquema com valores de 680 ohms, estes servem para
remover interferências das entradas digitais, já que estas devem ter seus estados bem
definidos. Outra observação é o uso de oito portas AND de duas entradas, isto pois
foram utilizados dois circuitos integrados 7408 da família TTL, estes possuem, cada
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um, quatro portas AND de duas entradas, como mostrado na imagem a seguir, os
datasheets dos componentes citados neste livro se encontram no anexo 1 Datasheets.
Figura 4 - Esquema do circuito 7408.
Por último observa-se o uso de LEDs bem como resistores limitadores de corrente de
330 ohms ligados em serie com estes, para que possam ser observadas as quatro
saídas do circuito.
Com uma simulação em computador é possível ter uma ideia mais próxima do
funcionamento real de um circuito, bem como os componentes que serão necessários
para a montagem deste, como foi observado neste item.
Implementação do circuito
Seguindo o proposto nos dois itens anteriores é possível montar e observar o
funcionamento de um demultiplexador na prática utilizando apenas portas lógicas,
como pode ser visto na imagem a seguir.
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Figura 5 - Circuito multiplexador montado com portas lógicas.
Note que aqui como foi utilizado um módulo didático Datapool não foi necessário o
uso dos resistores de pull down e limitadores de corrente dos LEDs, bem como as
duas portas NOT, estas últimas, porém podem ser substituídas por transistores
montados como mostra a imagem, eliminando a necessidade de um circuito integrado
específico para tal fim.
Figura 6 - Transistor usado como porta NOT.
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Implementação com circuito integrado
Conceito
A implementação de um DEMUX com portas lógicas é utilizada para fins didáticos,
caso queiramos uma implementação mais robusta podemos utilizar um dos muitos
circuitos integrados específicos para esta finalidade disponíveis no mercado.
O CI que utilizaremos neste item é o 74138 também da família TTL, este implementa
um demultiplexador 1:8, conforme exemplificado em seu esquema na imagem.
Figura 7 - Esquema do circuito 74138.
Neste esquema observamos que as entradas de seleção são representadas pelas
letras A, B e C e estão nos pinos 1, 2 e 3 respectivamente. As saídas do DEMUX se
encontram, em ordem, nos pinos 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9 e 7, e são representadas
pela letra Y seguida pelo seu numeral, que vai de 0 a 8, este numeral será usado para
selecionar a saída em questão, habilitando-a quando o mesmo é inserido em binário
nas entradas de seleção (considerando A como LSB). A alimentação do circuito é
ligada ao pino 16 e o comum, ou terra, ao pino 8, lembrando que, por se tratar de um
circuito TLL tanto os níveis altos como a alimentação do mesmo. Por último temos três
entradas para o enable do circuito, estas funcionam como uma entrada enable de flipflop,
ou seja, o circuito só é habilitado e funciona normalmente quando estas estão em
uma configuração específica, no caso do 74138 G2A e G2B devem estar em estado
baixo e G1 deve estar em alto, caso contrário todas as saídas retornarão alto
independentemente das entradas de controle.
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Você deve ter percebido que o 74138 não disponibiliza uma entrada de dados para
definir o que será transmitido à saída selecionada, caso queira implementar uma
funcionalidade dessas é necessário faze-lo com outros componentes ligados ao CI, a
forma como a saída escolhida é representada é bem diferente da nossa montagem
anterior, aqui a saída selecionada pelas entradas de seleção retorna estado baixo e
as outras, que não foram selecionadas, retornam alto, conforme é mostrado na tabela
verdade abaixo, lembrando que esta já considera as entradas de enable configuradas
corretamente.
Tabela 2 – Tabela verdade do circuito demultiplexador 74138 configurado corretamente.
C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1
0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1
0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1
0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1
1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1
1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1
1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0
Simulação
Uma vez que entendemos a pinagem do circuito 74138 configura-lo é muito simples,
um exemplo de simulação em software se encontra na seguinte imagem.
Figura 8 - Circuito simulado de um 74138 funcionando com DEMUX 1:8.
?
R1
10k
R2
10k
R3
10k
U1(E1)
1
2
3
6
4
5
U1
A
B
C
E1
E2
E3
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
15
14
13
12
11
10
9
7
D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8
74HCT138
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Observe que aqui, ao contrário do circuito anterior, foram usados resistores de pull up
nas entradas de controle de modo que estas ficam normalmente em alto e tem seu
estado mudado para baixo com as chaves, além disso os LEDs foram inseridos
inversamente, com seus catodos conectados ao circuito o os anodos conectados a
uma fonte de tensão, desse modo apenas o LED na saída escolhida pelas entradas
de seleção acenderá, os outros permanecerão apagados pois as saídas
permanecerão em alto e não haverá diferencial entre os terminais. Esses são apenas
alguns exemplos de como este circuito pode ser montado de forma diferente com o
intuito de mostrar seu funcionamento.
Implementação do circuito
Para a implementação prática do 74138 apresentaremos um exemplo de uma
montagem utilizando apenas duas de suas entradas de dados, assim usando o circuito
como um DEMUX 1:4.
Figura 9 - Circuito 74138 funcionando como um DEMUX 4:1.
Como é possível observar também foi utilizado o Datapool, o que facilitou a montagem
uma vez que não são necessários componentes extras, esta configuração, como um
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demultiplexador de quatro saídas, mostra outra forma de como este circuito integrado
pode ser utilizado.
Conclusão
Os demultiplexadores digitais são circuitos que não apresentam muitas funções se
comparados a seus parentes multiplexadores, porém são essenciais em sistemas
digitais mais complexos, sobretudo quando se deseja criar componentes lógicos
separados, porém que se comuniquem.
Neste trabalho foi realizado os experimentos da implantação de um mesmo conceito,
um DEMUX 4:1, utilizando-se de portas lógicas (Cis 7408) e posteriormente de um
circuito integrado dedicado (74138), obtivemos sucesso em ambas as aplicações,
tanto nas simulações quanto na montagem dos circuitos físicos. Concluímos assim
que, apesar de ter um funcionamento aparentemente complicado, tais circuitos são
muito simples de serem implementados, utilizando-se para isto apenas de lógica
combinacional.
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