Il multiplexing nasce con l’esigenza di ridurre drasticamente il numero di connessioni in una linea di trasporto dati. L’idea sfrutta la capacità di trasportare dati eterogeni non contemporanei, ovvero trasmessi uno alla volta commutando ad una velocità tale che non sia possibile accorgersi di tale artificio. Il multiplexing viene utilizzato nella trasmissione dati, voce, nei comandi di display, di video, e in generale laddove serva ridurre il numero di linee elettriche a favore di una maggiore economicità e semplicità di realizzazione. In elettronica il multiplexing è spesso utilizzato nel pilotaggio di display e led, grazie alla grande riduzione del numero di collegamenti necessari. Cerchiamo di capire come funziona un multiplexing su, ad esempio, un display a 7 segmenti.
Un display a 7 segmenti, prendiamone uno ad anodo comune, è così disposto:
L’anodo (comune) fa capo a tutti i led di ogni singolo segmento, va alimentato col + sull’anodo portando verso massa (con una resistenza di limitazione) i catodi necessari ad accendere la cifra che si desidera visualizzare. Per visualizzare il n. 2 dovremo quindi portare a massa i segmenti a, b, g, e, d. Abbiamo quindi bisogno di 7 linee (8 se si desidera usare anche il punto decimale). Ora mettiamo il caso di dover pilotare 2 display. In questo caso avremo bisogno di 14 (16) linee, come in figura, per comandarli. Passando a 3 le linee diventano 21 (24) un numero di linee oneroso da gestire da un qualsiasi uController.
A questo punto ci viene in aiuto il multiplexing. Ecco come collegare 3 display con questo metodo:
Si nota che i segmenti (ovvero tutti i catodi) sono in parallelo tra di loro, a con a, b con b, etc… mentre gli anodi sono separati permettendo quindi di ridurre le linee di comando da 21 a 10. Quel’è il trucco? Semplice, basta alimentare uno solo anodo alla volta e portare a massa i segmenti corrispondenti alla cifra da visualizzare su quel display, ripetendo la stessa procedura, sempre e rigorosamente uno alla volta, per i display successivi. In pratica accenderemo un solo display alla volta (gli altri, non avendo l’anodo alimentato non potranno illuminarsi) e se riusciamo a scorrere tutti i display abbastanza velocemente il nostro occhio non sarà più in grado di percepire l’accensione/spegnimento grazie allo stesso motivo fisiologico detto “persistenza della visione” che viene sfruttato anche dal cinema, dai cartoni animati e dalla tv. In pratica, oltre una certa soglia di frequenza identificabile grosso modo con 16..24Hz, il cervello non è più in grado di cogliere discontinuità nell’immagine ed assembla ciò che percepisce come se fosse una visione fluida, senza interruzioni. Se volessimo aggiungere un nuovo display le linee occupate crescerebbero di una sola unità (l’anodo). Un frequenzimetro ad 8 cifre, tanto per dirne una, invece di occupare 64 linee di comando ne occuperebbe solo 16. Una cosa da tenere in conto è la corrente da far scorrere nei segmenti. Essendo ognuno di loro acceso solo per 1/n del tempo utile (dove n è il numero di display in multiplexing) dovremo accettare un leggero calo della luminosità a causa del multiplexing stesso, calo che si può moderare aumentando la corrente di segmento.