多路复用器(MUX)和多路复用

在本教程中,我们将在通信中学于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的有趣概念。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并在单个通道上发送的过程。在模拟通信系统中,通信信道是稀缺量,必须适当地使用。对于频道的成本效益和有效的使用,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单个通道。

三种常见类型的多路复用方法是:

  • 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示例是固定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,以保持简单。多路复用器是最常用的组合电路,它是数字系统中许多重要的构建块。

这些主要用于在多个源和单个目的地之间形成所选路径。基本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中都存在,例如数据选择和数据路由,逻辑功能发生器,具有多路复用显示器,电话网络,通信系统,波形发生器等的数字计数器。在本文中,我们将讨论多路复用器的类型和它的设计。

什么是多路复用器?

多路复用器或MUX是一个数字开关,也称为数据选择器。它是一种具有多个输入线、一个输出线和多个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,并根据所选行的集合,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,当使能开关为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。

多路复用交换机

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)输入线。

这种类型的多路复用器称为2N×1多路复用器或2N比1多路复用器。例如,如果输入行数是4,那么需要两行选择行。类似地,要从8个输入行中选择一个,需要3个选择行。

多路复用器块图

通常,到多路复用器的数据数量是两个诸如2,4,8,16等的功率。一些最常用的多路复用器包括2-to-1,4-to-1,8-to-1和16-to-1多路复用器。

这些多路复用器可用IC形式,具有不同的输入,选择线路配置。一些可用的多路复用器IC包括74157(Quad 2-1-1 mux),78158(Quad 2-to-1 mux,带有逆输出),74153(4比1 mux),74152(8-to-1 mux)和74150(16至1毫秒)。

2比1多路复用器

2比1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.取决于选择信号,输出连接到任何一个输入。由于存在两个输入信号,因此只有两种方式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。

如果选择线路低,则输出将切换到D0输入,而如果选择线路高,则输出将切换到D1输入。下图显示了2到1个多路复用器的框图,其将两个1位输入连接到公共目的地。

2到1 umx

2对1复用器的真值表如下所示。根据选择输入的值,输入D0, D1在输出时产生。当“Select value”为“S = 0”时,输出为D0;当“Select value”为“S = 1”时,输出为D1。

S. D0. D1 y
0. 0. X 0.
0. 1 X 1
1 X 0. 0.
1 X 1 1

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

y =S.D0 + SD1

从上述输出表达式,可以使用逻辑门来实现2-1多路复用器的逻辑电路,如图所示。它由两个和栅栏组成,一个不是门和一个或门。When the select line, S=0, the output of the lower AND gate is zero, but the output of upper AND gate is D0.因此,由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的布尔表达式。

2到1个mux逻辑图

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。

这两个IC都是Quad 2-1-1多路复用器。虽然IC 74157具有正常输出,但IC74158具有反相输出。只有一个选择线,它将输入线控制到所有四个多路复用器中的输出。

根据选择行的状态,输出Y0可以是A0或B0。类似地,Y1可以是A1或B1,Y2可以是A2或B2等。还有一个额外的选通或使能控制输入E /闪光灯,其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无关S.的值无关。

四2比1多路复用器

只有当E / STROBE输入低时,才会激活所有多路复用器。

4至1多路复用器

一个4对1的多路复用器由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4条输入线中选择一条连接输出线。下图显示了一个4对1的多路复用器的框图,其中,多路复用器通过选择线来解码输入。

4到1 ux

4对1复用器的真值表如下所示,选择线路上的4个输入组合00、10、01、11分别将输入D0、D2、D1、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,当选择输入S0=0和S1= 1时,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

从上面的真值表,我们可以写出输出表达式如下:

y =S0.S1D0 +S0.S1 D1 + S0S1D2 + S0 S1 D3

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GATE,两个选择线作为其他两个输入连接。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到1多路复用器逻辑图

一般来说,这种类型的多路复用器可用于双模式的IC,即在单个IC中有两个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,这是一个双4对1线路多路复用器。它由两个相同的4对1多路复用器组成。它有两个独立的使能或频闪灯输入开关ON或OFF的个别多路转换器。但是Select线路对两种多路复用器都是通用的。

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。

74153的逻辑符号

8至1多路复用器

8比1多路复用器由八个数据输入D0至D7,三个输入选择线S0至S2和单个输出线Y.取决于选择线组合,多路复用器选择输入。

下图显示了8至1多路复用器的框图,其中能够启用或禁用多路复用器。由于给予mux的数字数据位是八个,那么3位(23.需要= 8)以选择八个数据位中的一个。

8到1 mux

下面给出了8比1多路复用器的真相表,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和S0 = 0那么数据输出Y等于D2。类似地,将通过S2,S1和S0的组合选择数据输出D0至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

从上面的真值表中,输出的布尔方程式为:

y =S0.S1S2D0 +S0.S1S2 D1 +S0.S1S2D2 +S0.S1 S2 D3 + S0S1S2D4 + S0S1S2 d5 + s0 s1S2D6 + S0 S1 S2 D7

从上面的布尔方程,可以通过使用8和栅极,1或门,7而不是如下图所示的栅极来实现8到1多路复用器的逻辑电路图。在电路中,当使能引脚设置为一个时,将禁用多路复用器,如果它为零,则选择线将选择相应的数据输入以通过输出。

8至1多路复用器逻辑图

IC 74151是一种流行的8至1多路复用器IC,具有八个输入和两个输出。两个输出是有效的低和有效的高输出。它有三条选择线A,B和C以及一个有效的低电平启用输入。下面给出了该IC的引脚。

74151 IC.

使用4-1-1 mux和2-1 ux的8-to-1 mux

如果你观察如上所示的8- 1多路复用器的布尔表达式,我们可以重写如下:

y =S0.S1S2D0 +S0.S1S2 D1 +S0.S1S2D2 +S0.S1 S2 D3 + S0S1S2D4 + S0S1S2 d5 + s0 s1S2D6 + S0 S1 S2 D7

y =S0.S1S2D0 +S1S2 D1 + S1S2D2 + s1 s2 + d3S1S2D4 +S1S2 d5 + s1S2D6 + S1 S2 D7)

第一支架中的表达式,即,S1S2D0 +S1S2 D1 + S1S2D2 + S1 S2 D3类似于4-1多路复用器的布尔表达式,D0,D1,D2和D3作为输入和S1和S2作为选择线。让这个表达式是p1。

类似地,第二括号中的表达式I.,S1S2D4 +S1S2 d5 + s1S2D6 + s1 s2 d7类似于另一个4到1多路复用器的布尔表达式D4,D5,D6和D7作为输入和S1和S2作为选择线。让这个表达式为p2。

现在,用p1和p2替换上述表达式,我们得到,

S0.p + s0 p

这个表达式类似于将P1和P2(其中,P1和P2分别是4对1多路复用器的输出)作为输入,而S0作为选择信号的2对1多路复用器。因此,最后,我们可以推导出一个8对1的多路复用器可以使用两个4对1的多路复用器和一个2对1的多路复用器来实现。其框图如下所示:

使用4-1-1 mux和2-1 ux的8-to-1 mux

为16:1多路复用器

可以使用较低顺序的多路复用器实现相同的8对1,16至1等等所有高阶多路复用器。但是没有,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。16至1个Mux的输入是D0,D1,D2等,UP TP D15。由于它有16个输入线,因此将有4个选择线,即S0,S1,S2和S3。

以下图像显示了典型的16-1-1多路复用器的框图。

16至1多路复用器 - 块图

对于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 =S0.S1S2S3.D0 +S0.S1S2S3 D1 +S0.S1S2S3.D2 +S0.S1S2 s3 d3 +S0.S1S2S3.D4 +S0.S1S2S3 D5 +S0.S1 S2S3.D6 +S0.S1 s2 s3 d7 + s0S1S2S3.D8 + S0S1S2S3 d9 + s0S1S2S3.D10 + S0S1S2 S3 D11 + S0 S1S2S3.D12 + s0 s1S2S3 D13 + S0 S1 S2S3.D14 + 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至1多路复用器逻辑图

类似于8比1的多路复用器,我们可以使用较低订单多路复用器实现16到1个多路复用器,如8-1,4至1和2-1。以下图像示出了使用两个8到1多路复用器和一个2到1个多路复用器实现的16-1多路复用器的框图。

使用8至1 mux和2-1 ux的16至1 umx

此外,我们可以使用两个4对1多路复用器和一个2对1多路复用器实现上图中的单个8对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,多路复用器都找到了它的巨大用途。由于这些允许多个输入独立连接到单个输出,因此多路复用器在包括数据路由,逻辑功能发生器,控制定序器,并联转换器等的各种应用中找到。

数据路由

多路复用器广泛用于数据路由应用程序,以将数据从几个源之一路由到一个特定目的地。其中一个应用程序包括显示两个MultiDigit BCD计数器,一次一个。在这种应用中,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的内容。

使用mux的数据路由

逻辑函数发生器

代替逻辑门,可以通过使用多路复用器来生成逻辑表达式。可以连接多路复用器,使其重复任何真理表的逻辑。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功能,因为多路复用器是单个集成电路。在这种应用中,多路复用器被视为逻辑函数发生器。

例如,请考虑以下逻辑图以实现三个输入的Ex-or函数。在此逻辑发生器中使用74151A 8-1多路复用器。该多路复用器与实现相同功能的逻辑门集合类似。

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generotot truth表1

74151 IC.

平行于串行转换

多路复用电路可用于将并行数据转换为串行数据,以便通过将并行总线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,我们需要更多的行数。在这种情况下,并行数据使用多路复用器转换为串行形式。

下图显示了使用8个输入多路复用器的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3位计数器生成。随着每个时钟脉冲应用到计数器,数据从多路复用器串行地输出。

并行-串行转换

多路复用器的其他应用包括控制定序器,脉冲列车发生器,编码器,寄存器寄存器数据传输,波形发生器等。

结论

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,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,以及多路复用器的一些重要应用。

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