Multiplexer-Board 74HC4067

Der IC 74HC4067 mit seinen 24 Pins ist ein analoger 16-kanaliger Multiplexer/Demultiplexer, der in diesem Fall der Bequemlichkeit auf eine kleine Platine aufgebracht wurde, damit man ihn leichter ins 2,54mm-Raster (z.B. für Breadboards) adaptieren kann.
Man kann ihn mit 2V bis zu 10V betreiben und somit ist er sowohl für ESP32/Raspberry Pi (3,3V) als auch für Arduino-Derivate (5V) gut geeignet, ohne dass besondere Vorkehrungen getroffen werden müssen.

Verwendete Bauteile

• Grundlegende Werkzeuge und Hilfsmittel
• Arduino UNO (oder kompatibles Board)
• Multiplexer-Board 74HC4067
• 16x LED (hier: 5mm rot)
• 2x 8-Position 16-Pin DIP-Schalter
• 1kΩ Widerstand
• Steckkabel ("Jumperkabel")
• Steckbrett ("Breadboard")

Anschlüsse

Demultiplexing (Output)

In dem folgenden Schaltplan sind die 16 Ausgänge mit jeweils einer LED verbunden, um das Demultiplexing mit dem 74HC4067 zu veranschaulichen. Da immer nur an einem Ausgang gleichzeitig ein HIGH-Signal anliegen kann und damit immer nur eine der 16 LEDs leuchten wird, reicht hier ein einziger Vorwiderstand, den sich alle LED teilen.

Durch das Demultiplexing können die vier digitalen Eingänge S0, S1, S2 und S3 auf die 16 Ausgangskanäle geschaltet werden. Dazu muss jedoch zusätzlich der Pin #1 (Z) auf VCC des Arduino gezogen werden, damit später an den Ausgängen die entsprechenden Signale anliegen.
Je nachdem, welche Signale an den vier Adress-Eingängen nun anliegen, wird jeweils einer der 16 Ausgänge geschaltet, wie folgende Wahrheitstabelle zeigt:

Wahrheitstabelle für S0-S3

1 = Signal "HIGH"
0 = Signal "LOW"
? = beliebiges Signal

Sketch

Der folgende Sketch lässt nacheinander an jedem Ausgang für kurze Zeit ein HIGH-Signal anliegen und dabei leuchtet die entsprechende LED.

byte controlPins[] = {
    B00000000, B10000000, B01000000, B11000000,
    B00100000, B10100000, B01100000, B11100000,
    B00010000, B10010000, B01010000, B11010000,
    B00110000, B10110000, B01110000, B11110000
};

void setup()
{
    // set digital pin 4 to 7 as outputs
    DDRD = DDRD | B11110000;
}

void setOutput(byte index)
{
    PORTD = controlPins[index];
}

void loop()
{
    for (byte i = 0; i < 16; i++)  {
        setOutput(i);
        delay(100);
    }
}

Multiplexing (Input)

Der Aufbau ähnelt dem ersten Schaltplan, nur dass hier an jeden Ausgang (hier als Eingang genutzt) ein Schalter angeschlossen wird. Der Bequemlichkeit halber verwende ich hier sogannante DIP-Schalter, die sich auf engstem Raum auf dem Breadboard verstauen lassen. Außerdem wird Pin #1 (Z) mit einem analogen Eingang (hier A0) des Arduino Uno verbunden.

Sketch

Der folgende Sketch liest alle 5000ms jeden Kanal ein, wobei hier wieder S0-S3 richtig adressiert werden müssen. Ist der Schalter an dem jeweiligen Kanal geschlossen (LOW), so wird an dem Eingang A0 des Arduino ebenfalls ein LOW gelesen. Ist der Schalter offen, so wird ein Wert weit über 100 ausgelesen.

const byte PIN_SIG = A0;
const byte CHANNEL[] = {
    B00000000, B10000000, B01000000, B11000000,
    B00100000, B10100000, B01100000, B11100000,
    B00010000, B10010000, B01010000, B11010000,
    B00110000, B10110000, B01110000, B11110000
};

void setup()
{
    // set digital pin 4 to 7 as outputs
    DDRD = DDRD | B11110000;
    Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
    for (byte channel = 0; channel < 16; channel++) {
        Serial.print("Channel #" + String(channel) + ":\t");
        Serial.println(getSignal(channel));
    }
    Serial.println("");
    delay(5000);
}

int getSignal(byte channel)
{
    PORTD = CHANNEL[channel];
    return analogRead(PIN_SIG);
}