多路复用器(MUX)和多路复用

在本教程中,我们将在传播的通信中了解一个有趣的概念,以及使用称为多路复用器的组合逻辑电路称为多路复用及其数字实现。我们将学习多路复用器,不同类型的多路复用器,如2到1,4到1,8到1和16到1多路复用器,常用的多路复用器IC以及多路复用器的一些重要应用。

什么是复用?

多路复用是将一个或多个信号组合在一个信道上传输的过程。在模拟通信系统中,通信信道是一个稀缺量,必须正确使用。为了更经济有效地使用一个信道,复用的概念非常有用,因为它允许多个用户以一种逻辑的方式共享一个信道。

三种常见的多路复用方法是:

  • 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佳例子是固定电话网络和有线电视。

负责多路复用的设备被称为多路复用器。多路复用器用于模拟信号和数字信号。为了简单起见,让我们在本教程中关注数字信号。多路复用器是最常用的组合电路,是许多数字系统的重要组成部分。

它们通常用于在多个源和单个目标之间形成一个选定的路径。基本的多路复用器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中都可以找到,如数据选择和数据路由,逻辑函数发生器,数字计数器与多路显示,电话网络,通信系统,波形发生器等。本文将讨论多路复用器的类型及其设计。

什么是多路复用器?

多路复用器或MUX是一种数字开关,也称为数据选择器。它是一种具有多条输入线、一条输出线和多条选择线的组合逻辑电路。它接受来自多个输入行或源的二进制信息,并根据选择行的集合,将特定的输入行路由到单个输出行。

多路复用的基本思想如下图所示,其中当使能开关是ON时,来自多个源的数据被路由到单个输出线。这就是为什么多路复用器也被称为“多对一”组合电路。

使用交换机的基本多路复用

下图示出了由N个输入线,M选择线和一个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.。或者,我们可以说,如果输入线的数量等于2M.,然后需要m选择线来选择n中的一个(考虑2M.= n)输入行。

这种类型的多路复用器称为2N.× 1或2个复用器N.比1多路复用器。例如,如果输入行数是4,那么需要两个选择行。类似地,要从8个输入行中选择一个,需要3个选择行。

通用多路复用器框图

通常,一个多路复用器的数据输入数是2的幂,如2、4、8、16等。一些最常用的复用器包括2比1、4比1、8比1和16比1多路复用器。

这些多路复用器以IC形式提供,具有不同的输入和选择线路配置。一些可用的多路复用ic包括74157 (Quad 2-to-1 MUX), 78158 (Quad 2-to-1 MUX with inverse output), 74153 (4-to-1 MUX), 74152 (8-to-1 MUX)和74150 (16-to-1 MUX)。

2比1多路复用器

2比1多路复用器由两个输入D0和D1,一个选择输入S和一个输出y组成。根据选择信号,输出连接到任意一个输入。因为有两个输入信号,只有两种方法可以连接输入到输出,所以需要一个选择来完成这些操作。

如果选择线低,则输出切换到D0输入,如果选择线高,则输出切换到D1输入。下图显示了一个2对1多路复用器的框图,它将两个1位输入连接到一个共同的目的地。

2对1复用器框图

2比1多路复用器的真值表如下所示。根据选择输入的值,在输出时产生输入,即D0, D1。当Select值为S = 0时,输出为D0;当Select值为S = 1时,输出为D1。

年代 D0. D1 Y
0 0 X 0
0 1 X 1
1 X 0 0
1 X 1 1

上述真相表中的“X”表示不关心状态。因此,忽略不关心的条件,我们可以导出典型2到1多路复用器的布尔表达式如下:

Y =年代D0 + SD1

由上面的输出表达式,可以用逻辑门实现2比1复用器的逻辑电路,如图所示。它由两个和门、一个非门和一个或门组成。当选择行S=0时,下与门的输出为零,而上与门的输出为D0。因此,或门产生的输出等于D0。

类似地,当S = 1时,上部和栅极的输出为零,但下方和门的输出是D1。因此,或门的输出是D1。因此,该电路满足上述给定布尔表达式。

2对1 MUX逻辑电路

为了有效地使用硅,IC制造商在单个IC中制造多个多路复用器。通常,在单个IC中制造了四条2线到1个线多路复用器。2至1多路复用器的一些流行IC包括IC 74157和IC 74158。

这两种ic都是四倍2比1多路复用器。ic74157具有正常输出,IC74158具有反向输出。只有一个选择线,它控制所有四个多路复用器的输出输入线。

输出Y0可以是A0或B0,这取决于选择线的状态。类似地,Y1可以是A1或B1, Y2可以是A2或B2,以此类推。有一个额外的频闪或使能控制输入E/频闪,使能和禁用所有的多路复用器,即当E=1时,所有的多路复用器的输出为零,而与S的值无关。

Quad 2-To-1 mux的内部电路

只有当E /频闪灯输入为LOW时,所有的多路复用器才被激活。

4多路复用器

4对1多路复用器由4条数据输入线D0 ~ D3, 2条选择线S0和S1, 1条输出线y组成。选择线S0和S1从这4条输入线中选择一条与输出线相连。下图显示了一个4比1多路复用器的框图,其中多路复用器通过选择线对输入进行解码。

4比1多路复用器的真值表如下所示,其中选择线上的4个输入组合00、10、01和11分别将输入D0、D2、D1和D3切换到输出。这意味着当S0=0和S1= 0时,Y处的输出是D0,类似地,如果选择输入S0=0和S1= 1, Y = D1,以此类推。

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

根据上面的真值表,我们可以写出如下的输出表达式:

Y =S0S1D0 +S0s1d1 + s0S1D2 + s0 s1d3

根据输出的上述表达式,可以通过使用基本逻辑门来实现4到1个多路复用器。下图显示了4:1的逻辑电路,由四个3输入和栅极,两个1输入而不是栅极和一个4输入或门来实现。

在该电路中,每个数据输入线作为输入连接到AND和门,两个选择线作为其它两个输入连接。另外,还有一个使能信号。所有和栅极的输出都连接到输入或门的输入,以便产生输出Y.

4对1 MUX逻辑电路

一般来说,这种类型的多路复用器在具有双模式的IC中可用,即在一个IC中会有两个4对1多路复用器。最常见和流行的4对1线路多路复用器是IC 74153,它是一个双4对1线路多路复用器。它由两个相同的4比1多路复用器组成。它有两个独立的使能或频闪输入来开关独立的多路复用器的ON或OFF。但选择线是共同的多路复用器。

通常,使能输入或频闪速率可用于级联两个或更多个多路复用器IC以构造具有大量输入的多路复用器。每个乘法器都提供单独的输入。下图显示了IC74153的引脚图。

引出线的IC74153

8至1多路复用器

一个8比1多路复用器由8个数据输入D0到D7, 3个输入选择线S0到S2和一个输出线y组成。根据选择线的组合,多路复用器选择输入。

下图显示了一个8比1多路复用器的框图,该多路复用器具有可启用或禁用的输入。由于给MUX的数据位数是8,那么3位(23.= 8)来选择8个数据位中的一个。

8比1复用器框图

下面给出了8比1多路复用器的真实表,其中包含八个输入组合,以便生成每个输出对应于输入。

例如,如果S2= 0, S1=1, S0=0,那么数据输出Y = D2。同样,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

由上真值表,输出的布尔方程为:

Y =S0S1S2D0 +S0S1S2 D1 +S0S1S2D2 +S0S1 S2 D3 + S0S1S2D4 + S0S1S2 d5 + s0 s1S2D6 + S0 S1 S2 D7

由上面的布尔方程,可以用下图中的8和门、1或门和7 NOT门来实现8比1复用器的逻辑电路图。在电路中,当使能引脚设置为1时,多路复用器将被禁用,如果为零,则选择线将选择相应的数据输入通过输出。

8对1 MUX逻辑电路

IC 74151是一种流行的8对1多路复用IC,具有8个输入和2个输出。这两个输出是有功低输出和有功高输出。它有三个选择线A, B和C和一个有源低使能输入。这个IC的引脚如下所示。

8比1多路复用器使用4比1多路复用器和2比1多路复用器

如果你观察上面显示的8比1多路复用器的布尔表达式,我们可以将其重写如下:

Y =S0S1S2D0 +S0S1S2 D1 +S0S1S2D2 +S0S1 S2 D3 + S0S1S2D4 + S0S1S2 d5 + s0 s1S2D6 + S0 S1 S2 D7

Y =S0S1S2D0 +S1S2 D1 + S1S2(2) D2 + s1s2d3 + s0 (S1S2D4 +S1S2 d5 + s1S2D6 + s1 s2 d7)

第一支架中的表达式。,S1S2D0 +S1S2 D1 + S1S2D2 + S1 S2 D3类似于4比1多路复用器的布尔表达式,D0, D1, D2和D3为输入,S1和S2为选择线。这个表达式是P1。

类似地,第二括号中的表达式I.,S1S2D4 +S1S2 d5 + s1S2D6 + s1s2d7与D4,D5,D6和D7的另一个4到1多路复用器的布尔表达式类似于输入和S1和S2作为选择线。让这个表达式为p2。

现在,用P1和P2替换上面的表达式,我们得到,

S0p + s0 p

这个表达式类似于带P1和P2的2比1多路复用器(其中P1和P2分别是4比1多路复用器的输出)作为输入,S0作为选择信号。所以,最后,我们可以推断一个8比1多路复用器可以使用两个4比1多路复用器和一个2比1多路复用器来实现。其框图如下:

8对1多路复用器使用4对1多路复用器

为16:1多路复用器

可以使用较低订单多路复用器实现如8-1,16至1等的所有高阶多路复用器。但没有,让我们快速查看16到1个多路复用器。IC 74150是一个受欢迎的16到1个多路复用器IC。输入到16到1个Mux的输入是D0,D1,D2等,上部TP D15。由于它有16条输入线,因此将有4个选择线,即S0,S1,S2和S3。

下图显示了典型的16比1复用器的框图。

16到1个多路复用器的框图

16×1多路复用器的简化真相表如下表所示。

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 这里
1 1 0 0 D12
1 1 0 1 D13
1 1 1 0 D14
1 1 1 1 D15

16对1多路复用器的布尔表达式如下:

Y =S0S1S2S3D0 +S0S1S2S3 D1 +S0S1S2S3D2 +S0S1s3r + n + n + nS0S1S2S3D4 +S0S1S2S3 D5 +S0S1 S2S3D6 +S0S1 s2 s3 d7 + s0S1S2S3D8 + S0S1S2S3 d9 + s0S1S2S3D10 + S0S11 . s + s + s + s + s + s + sS2S3D12 + s0S2S3 D13 S0 S1 + S2S3D14 S0 S1 + S2 S3 D15

以下图像显示了16到1个多路复用器的逻辑电路。

16- 1 MUX逻辑电路

与8比1多路复用器类似,我们可以使用8比1、4比1和2比1等低阶多路复用器实现16比1多路复用器。下图显示了使用两个8比1复用器和一个2比1复用器实现的16比1复用器的框图。

使用8对1 MUX的16对1 MUX

此外,我们可以使用两个4比1的多路复用器和一个2比1的多路复用器来实现上图中单个的8比1多路复用器。

多路复用器的应用

在各种数字系统的应用中,多路复用器有着广泛的应用。由于多路复用器允许多个输入独立地连接到单个输出,因此多路复用器应用广泛,包括数据路由、逻辑函数发生器、控制序列器、并行-串行转换器等。

数据路由

多路复用器广泛用于数据路由应用程序,将数据从多个源之一路由到一个特定的目的地。其中一个应用程序包括显示两个多位数BCD计数器,一次显示一个。在这样的应用中,74157多路复用ic使用一组解码器和LED显示器来选择和显示两个BCD计数器的内容。

逻辑函数发生器

用多路复用器可以生成逻辑表达式来代替逻辑门。可以连接多路复用器,使其复制任何真值表的逻辑。在这种情况下,它可以生成一组输入变量的布尔代数函数。

这突然减少了执行逻辑功能的逻辑门或集成电路的数量,因为多路复用器是一个单一的集成电路。在这种应用中,多路复用器被看作是逻辑函数发生器。

例如,考虑下面的逻辑图来实现三个输入的前或功能。该逻辑发生器采用74151A 8对1多路复用器。这个多路复用器的工作原理与实现相同功能的逻辑门的工作原理完全相似。

输出F对于数据输入D1,D2,D5和D6,通过将选择线分别为001,010,100和111来选择。

逻辑函数生成真值表1

ic74151a的引脚

并行串行转换

可使用多路复用电路将并行数据转换为串行数据,通过将并行数据转换为串行信号来减少并行总线的数量。这种类型的转换需要在电信,测试和测量,军事/航空航天,数据通信应用。

在大多数数字系统中,数据是并行处理的,以达到更高的速度。但为了远距离传输数据信号,我们需要更多的线路。在这种情况下,并行数据通过多路复用器转换成串行形式。

下图使用8个输入多路复用器显示了与串行数据转换的平行。来自数据中的数据或一些其他寄存器的并行数据应用于多路复用器的8个输入线。

多路复用器的选择码由一个3位计数器产生。随着每个时钟脉冲对计数器的应用,数据串行地从多路复用器输出。

使用多路复用器并行于串行数据转换

多路复用器的其他应用包括控制序列器,脉冲序列发生器,编码器,寄存器的注册数据传输,波形发生器等。

结论

关于多路复用器(MUX)和多路复用的完整教程。你学习了多路复用的基础知识,多路复用器,不同类型的常用多路复用器,如2:1 MUX, 4:1 MUX, 8:1 MUX和16:1 MUX,它们的布尔表达式,逻辑电路和多路复用器的重要应用。

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