Аналоговый мультиплексор/демультиплексор CD4051 - увеличиваем количество аналоговых выводов Ардуино

CD4051 - это 8 канальный аналоговый CMOS мультиплексор/демультиплексор. Если вам в вашем проекте не хватает аналоговых входов, то данная микросхема поможет решить эту проблему: используя 1 аналоговый и 3 цифровых входа можно получить 8 аналоговых входов.

Мультиплексором называется устройство, которое позволяет передавать сигнал с одного из нескольких входов на единственный выход. Демультиплексор, напротив, передает сигнал с единственного входа на один из информационных выходов. CD4051 совмещает в себе эти две функции, являясь по сути аналоговым коммутатором, принцип ее работы показан на следующей схеме:

Функциональная схема CD4051

Вывод COM подключается к аналоговому выводу микроконтроллера. Значения на цифровых входах A, B, C определяют какой из каналов будет соединен с выводом COM. Соединение возможно только при наличии разрешающего сигнала (низкого уровня) на входе INH.

Технические характеристики микросхемы CD4051 вы можете найти в Даташите.

Теперь о применении микросхемы. С ее помощью можно, например, управлять 8 светодиодами или считывать значения 8 потенциометров. Можно увеличить количество пьезоизлучателей, подключаемых к Ардуино для создания MIDI барабанной установки. Я для примера покажу, как можно подключить 8 фоторезисторов к Ардуино.

Схема подключения 8 фоторезисторов к Ардуино с использованием аналогового коммутатора CD4051

Я не хочу управлять выводом INH и подсоединил его к земле. Таким образом чтение/запись сигнала через CD4051 будут всегда разрешены. Вывод COM подключен к пину A0 Ардуино, выводы A, B и C к цифровым пинам 8, 9 и 10 соответственно. Чтобы не устанавливать значение каждого из этих пинов функцией digitalWrite я буду обращаться напрямую к регистру B, который отвечает за значения пинов с 8 по 13. Фоторезисторы я поместил в термоусадочную трубку, так они будут более "направленными".

// Пример работы с микросхемой CD4051
byte AnalogIn = A0; // CD4051 pin 3 (Common in/out)

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(8,  OUTPUT);  // CD4051 pin 11 (A)
  pinMode(9,  OUTPUT);  // CD4051 pin 10 (B)
  pinMode(10, OUTPUT);  // CD4051 pin 9  (C)
}

void loop() {
  for (byte i = 0; i < 8; i++) {
    PORTB = (PORTB & B11111000) ^ i;
    Serial.print(i);
    Serial.print(": ");
    Serial.println(analogRead(AnalogIn));
  }
  Serial.println();
  delay(1000);
}

После прошивки данного скетча в Ардуино откройте монитор порта, в нем будут отображаться значения, считанные с фоторезисторов. Я же для демонстрации добавил в схему блютуз модуль и вывел полученные значения на смартфон с установленным на нем приложением RemoteXY:

Таким образом с помощью CD4051 можно увеличить количество аналоговых выводов в Ардуино. Но если этого окажется мало, то можно подключить несколько микросхем CD4051. Для этого пины Ардуино, отвечающие за выбор канала, подключаются к выводам A, B и C всех микросхем, а выбор активной микросхемы осуществляется установкой разрешающего сигнала на входе INH, например, с помощью дешифратора.