多路复用器(MUX)和多路复用

在本教程中,我们将使用称为多路复用器的组合逻辑电路来了解一个名为多路复用及其数字实现的通信中有趣的概念。我们将学习什么是多路复用器,不同类型的多路复用器,例如2至1、4至1、8至1和16至1多路复用器,通常可用的多路复用器IC和多路复用器的一些重要应用。

什么是多路复用?

多路复用是在单个通道上组合一个或多个信号并传输的过程。在模拟通信系统中,通信渠道是一个稀缺数量,必须正确使用。为了具有成本效益,有效地利用通道,多路复用的概念非常有用,因为它允许多个用户以逻辑方式共享一个单个通道。

多样化方法的三种常见类型是:

  • 时间
  • 频率
  • 空间

我们日常生活中使用的多路复用系统的两个最好的例子是座机电话网络和有线电视。

负责多路复用的设备称为多路复用器。多路复用器都用于模拟和数字信号。让我们专注于本教程中的数字信号,以使事情变得简单。多路复用器是最常用的组合电路,它在数字系统中是许多重要的构件。

这些主要用于在多个来源和单个目的地之间形成选定的路径。基本的多路复用器具有各种数据输入线和单个输出线。这些在许多数字系统应用程序中都可以找到,例如数据选择和数据路由,逻辑函数生成器,具有多路复用显示的数字计数器,电话网络,通信系统,波形生成器等。在本文中,我们将讨论多路复用器和它的设计。

什么是多路复用器?

多路复用器或MUX是数字开关,也称为数据选择器。它是一个组合逻辑电路,具有多个输入线,一个输出线和多个选择线。它接受来自多个输入线或源的二进制信息,并根据选择线的集合,将特定的输入线路路由到单个输出线上。

多路复用的基本思想如下图所示,其中启用开关打开时,将来自多个源的数据路由到单个输出线路。这就是为什么,多路复用器也被称为“多到一个”组合电路的原因。

使用开关的基本多路复用

下图显示了由N输入线,M选择线和一条输出线组成的多路复用器的框图。如果有M选择线,则可能的输入线的数量为2m。另外,我们可以说,如果输入线的数量等于2m,然后需要M选择线才能选择N之一(考虑2m= n)输入线。

这种类型的多路复用器称为2n×1多路复用器或2n-to-1多路复用器。例如,如果输入线的数量为4,则需要两个选择行。同样,要选择8个输入线之一,需要三个选择行。

通用多路复用器的框图

通常,多路复用器的数据输入数量是两个的幂,例如2、4、8、16等。一些最常用的多路复用器包括2-1,4-1,8-to-1和16比1多路复用器。

这些多路复用器可在具有不同输入和选择行配置的IC表单中获得。一些可用的多路复用器ICS包括74157(Quad 2-1 Mux),78158(Quad 2-1 Mux具有逆输出),74153(4-1 MUX),74152(8-1 MUX))和74150(16-1 MUX)。

2-1多路复用器

2比1的多路复用器由两个输入D0和D1组成,一个选择输入s和一个输出y。根据选择信号,输出连接到任何一个输入。由于有两个输入信号,因此只有两种方法可以将输入连接到输出,因此需要一个选择来执行这些操作。

如果选择行较低,则输出将切换为D0输入,而如果选择行高,则输出将切换为D1输入。下图显示了2-1多路复用器的框图,该图将两个1位输入连接到公共目的地。

2-1多路复用器的框图

2比1多路复用器的真实表如下所示。根据选择输入的值,输入即D0,D1在输出处产生。The output is D0 when Select value is S = 0 and the output is D1 when Select value is S = 1.

s D0 D1 y
0 0 X 0
0 1 X 1
1 X 0 0
1 X 1 1

上面真相表中的“ X”表示不在乎的条件。因此,忽略不在乎的条件,我们可以得出典型2至1个多路复用器的布尔表达:如下:

y =sD0 + SD1

从上面的输出表达式中,可以使用逻辑门实现2-1多路复用器的逻辑电路,如图所示。它由两个和大门组成,一个不是门,一个或一个门。当Select Line(S = 0)时,较低和门的输出为零,但是上层和门的输出为D0。因此,OR门产生的输出等于D0。

同样,当s = 1时,上层和门的输出为零,但较低和门的输出为d1。因此,或门的输出为d1。因此,该电路满足上述给定的布尔表达。

2-1 MUX的逻辑电路

为了有效使用硅,IC制造商在单个IC中制造了多个多路复用器。通常,在单个IC中制造了四个2线至1行多路复用器。2至1个多路复用器的一些流行IC包括IC 74157和IC 74158。

这两个IC都是四边形的2-1多路复用器。虽然IC 74157的输出正常,但IC74158具有倒输出。只有一个选择行,它可以控制所有四个多路复用器中输出线的输入线。

输出Y0可以根据选择行的状态为A0或B0。同样,Y1可以是A1或B1,Y2可以是A2或B2,依此类推。还有一个额外的频闪或启用控制输入E/strobe,它可以启用和禁用所有多路复用器,即当e = 1时,所有多路复用器的输出均为零。

Quad 2-1 Mux的内部电路

仅当E / Strobe输入较低时,所有多路复用器才会被激活。

4-1多路复用器

4比1的多路复用器组成了四个数据输入线,为D0至D3,两个选择行AS S0和S1和一个输出线Y。选择行S0和S1选择四个输入线之一,以连接输出线。下图显示了4比1多路复用器的框图,其中多路复用器通过选择行解码输入。

4比1多路复用器的真实表如下所示,其中选择线上的四个输入组合00、10、01和11分别将输入D0,D2,D1和D3切换为输出。这意味着当S0 = 0和S1 = 0时,y处的输出为d0,如果选择输入S0 = 0 = 0和S1 = 1等,则y是d1。

S0 S1 D0 D1 D2 D3 y
0 0 0 X X X 0
0 0 1 X X X 1
0 1 X 0 X X 0
0 1 X 1 X X 1
1 0 X X 0 X 0
1 0 X X 1 X 1
1 1 X X X 0 0
1 1 X X X 1 1

从上面的真实表中,我们可以写出输出表达式如下:

y =S0S1D0 +S0S1 D1 + S0S1D2 + S0 S1 D3

从输出的上述表达式中,可以使用基本逻辑门实现4比1的多路复用器。下图显示了4:1 MUX的逻辑电路,该电路由四个3输入和门,两个1输入的门和一个4输入或门实现。

在此电路中,将每个数据输入线作为输入连接到AN和GATE,并将两个选择线连接为其他两个输入。另外,还有一个启用信号。为了产生输出y,所有和门的输出都连接到输入或门的输入。

4比1 MUX的逻辑电路

通常,这种类型的多路复用器可在IC中获得双重模式,即单个IC中将有两个4比1的多路复用器。最常见和流行的4-1线多路复用器是IC 74153,它是双4-1线多路复用器。它由两个相同的4比1多路复用器组成。它具有两个单独的启用或频闪输入,可以打开或关闭单个多路复用器。但是选择线对于两个多路复用器都是共同的。

通常,启用输入或频闪可以用来级联两个或多个多路复用器IC,以构建具有大量输入的多路复用器。每个乘数都提供单独的输入。下图显示了IC74153的PIN图。

IC74153的引脚

8-1多路复用器

8比1多路复用器由八个数据输入D0至D7组成,三个输入选择行S0至S2和一个输出线Y。根据选择行组合的不同,多路复用器选择输入。

下图显示了具有启用输入的8比1多路复用器的框图,该输入可以启用或禁用多路复用器。由于给予MUX的数字数据位为八个,然后是3位(2位3= 8)选择八个数据位之一。

8比1多路复用器的框图

下面给出了8-1对多路复用器的真实表,并使用八个输入组合,以生成每个输出对应于输入。

例如,如果S2 = 0,S1 = 1和S0 = 0,则数据输出Y等于D2。类似地,将通过S2,S1和S0的组合选择数据输出D0到D7,如下图所示。

S0 S1 S2 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 y
0 0 0 0 X X X X X X X 0
0 0 0 1 X X X X X X X 1
0 0 1 X 0 X X X X X X 0
0 0 1 X 1 X X X X X X 1
0 1 0 X X 0 X X X X X 0
0 1 0 X X 1 X X X X X 1
0 1 1 X X X 0 X X X X 0
0 1 1 X X X 1 X X X X 1
1 0 0 X X X X 0 X X X 0
1 0 0 X X X X 1 X X X 1
1 0 1 X X X X X 0 X X 0
1 0 1 X X X X X 1 X X 1
1 1 0 X X X X X X 0 X 0
1 1 0 X X X X X X 1 X 1
1 1 1 X X X X X X X 0 0
1 1 1 X X X X X X X 1 1

从上面的真实表中,输出的布尔方程式为:

y =S0S1S2D0 +S0S1S2 D1 +S0S1S2D2 +S0S1 S2 D3 + S0S1S2D4 + S0S1S2 D5 + S0 S1S2D6 + S0 S1 S2 D7

从上面的布尔方程式中,可以使用8和门,1或1个门和7个门的逻辑电路图实现,如下图所示。在电路中,当启用引脚设置为一个时,将禁用多路复用器,如果它为零,则选择行将选择相应的数据输入以通过输出。

8比1 Mux的逻辑电路

IC 74151是一个流行的8-1多路复用器IC,具有八个输入和两个输出。这两个输出是活跃的低输出。它具有三个选择线A,B和C和一个主动低启用输入。该IC的引脚如下。

8-1 MUX使用4-1 MUX和2-1 MUX

如果您观察到上面显示的8-1多路复用器的布尔表达,我们可以按以下方式重写:

y =S0S1S2D0 +S0S1S2 D1 +S0S1S2D2 +S0S1 S2 D3 + S0S1S2D4 + S0S1S2 D5 + S0 S1S2D6 + S0 S1 S2 D7

y =S0((S1S2D0 +S1S2 D1 + S1S2D2 + S1 S2 D3) + S0(S1S2D4 +S1S2 D5 + S1S2D6 + S1 S2 D7)

第一个括号中的表达式,即S1S2D0 +S1S2 D1 + S1S2D2 + S1 S2 D3类似于带有D0,D1,D2和D3作为输入以及S1和S2作为选择线的4-1多路复用器的布尔表达。让这个表达为p1。

同样,第二支括号中的表达式,即S1S2D4 +S1S2 D5 + S1S2D6 + S1 S2 D7与D4,D5,D6和D7作为输入以及S1和S2作为SELECT LINES的Boolean表达相似。让这个表达为p2。

现在,用P1和P2替换上述表达式,我们得到了,

S0P1 + S0 P2

该表达式类似于P1和P2(其中P1和P2是相应4-1多路复用器的输出)的2-1多路复用器作为输入,而S0作为选择信号。因此,最后,我们可以推断出可以使用两个4比1多路复用器和一个2-1多路复用器来实现8比1的多路复用器。相同的框图如下所示:

8-1 MUX使用4-1 Muxes

16比1多路复用器

所有高阶多路复用器(例如8比1、16-1)都可以使用较低阶多路复用器实现。但是,尽管如此,让我们快速看一下16比1的多路复用器。IC 74150是一种流行的16比1多路复用器IC。16比1 MUX的输入为D0,D1,D2,等等TP D15。由于它具有16条输入线,因此将有4个选择行S0,S1,S2和S3。

下图显示了典型的16比1多路复用器的框图。

16比1多路复用器的框图

下表显示了16×1多路复用器的简化真实表。

S0 S1 S2 S3 y
0 0 0 0 D0
0 0 0 1 D1
0 0 1 0 D2
0 0 1 1 D3
0 1 0 0 D4
0 1 0 1 D5
0 1 1 0 D6
0 1 1 1 D7
1 0 0 0 D8
1 0 0 1 D9
1 0 1 0 D10
1 0 1 1 D11
1 1 0 0 D12
1 1 0 1 D13
1 1 1 0 D14
1 1 1 1 D15

16比1多路复用器的布尔表达如下:

y =S0S1S2S3D0 +S0S1S2S3 D1 +S0S1S2S3D2 +S0S1S2 S3 D3 +S0S1S2S3D4 +S0S1S2S3 D5 +S0S1 S2S3D6 +S0S1 S2 S3 D7 + S0S1S2S3D8 + S0S1S2S3 D9 + S0S1S2S3D10 + S0S1S2 S3 D11 + S0 S1S2S3D12 + S0 S1S2S3 D13 + S0 S1 S2S3D14 + S0 S1 S2 S3 D15

下图显示了16比1多路复用器的逻辑电路。

16比1 MUX的逻辑电路

与8比1多路复用器相似,我们可以使用较低阶多路复用器(例如8比1、4对1和2比1)实现16-1多路复用器。下图显示了使用两个8到1多路复用器和一个2-1多路复用器实现的16比1多路复用器的框图。

16-1 MUX使用8-1 Muxes

此外,我们可以使用两个4比1多路复用器和一个2-1多路复用器在上图中实现单个8-1多路复用器。

多路复用器的应用

在所有类型的数字系统应用中,多路复用器都发现其巨大使用。由于这些允许多个输入可以独立连接到单个输出,因此在各种应用程序中发现了多路复用器,包括数据路由,逻辑函数生成器,控制序列器,并行到串行转换器等。

数据路由

多路复用器在数据路由应用程序中广泛使用,以将数据从几个来源之一路由到一个特定目的地。其中一个应用程序包括一次显示两个多尺寸BCD计数器。在这样的应用程序中,使用一组解码器和LED显示器,使用74157多路复用器IC来选择和显示两个BCD计数器中的任何一个。

逻辑功能生成器

代替逻辑门,可以使用多路复用器来生成逻辑表达式。可以连接多路复用器,从而重复任何真实表的逻辑。在这种情况下,它可以生成一组输入变量的布尔代数函数。

这突然减少了逻辑门或集成电路的数量以执行逻辑函数,因为多路复用器是单个集成电路。在这种应用程序中,多路复用器被视为逻辑函数生成器。

例如,请考虑以下逻辑图来实现三个输入的EX-OR函数。该逻辑发生器中使用了74151a 8-1多路复用器。该多路复用器的工作原理与实现相同功能的逻辑门完全相似。

数据输入D1,D2,D5和D6的输出F为1,通过将选择线分别为001、010、100和111选择。

逻辑函数generatot真相表1

IC74151A的引脚

与串行转换平行

多路复用器电路可用于将并行数据转换为序列数据,以通过将其转换为串行信号来减少并行总线的数量。在电信,测试和测量,军事/航空航天,数据通信应用中,需要这种类型的转换。

主要在数字系统中,数据并行处理以实现更高的速度。但是,对于长距离传输数据信号,我们需要更多的线路。在这种情况下,使用多路复用器将并行数据转换为串行形式。

下图显示了使用8输入多路复用器与序列数据转换的平行。来自数据或其他寄存器的并行数据应用于多路复用器的8个输入线。

多路复用器的选择代码由3位计数器生成。随着每个时钟脉冲在计数器中的应用,数据将从多路复用器串行。

平行于使用多路复用器的串行数据转换

多路复用器的其他应用包括控制序列器,脉冲火车发生器,编码器,注册以注册数据传输,波形生成器等。

结论

完整的多路复用器(MUX)和多路复用教程。您了解了多路复用器,多路复用器,不同类型的常用多路复用器的基础知识,例如2:1 Mux,4:1 Mux,8:1 Mux和16:1 Mux,它们的布尔表达式,逻辑电路以及多路复用器的几个重要应用。

16个回应

发表评论

您的电子邮件地址不会被公开。

电子豪华粉丝
<\/i>","library":""}}" data-widget_type="nav-menu.default">
Baidu
map