多路复用器(MUX)和多路复用

在本教程中,我们将学习一个有趣的概念,通信多路复用及其数字实现使用组合逻辑电路称为多路复用器。我们将学习什么是多路复用器,不同类型的多路复用器,如2 - 1,4 - 1,8 - 1和16 - 1多路复用器,常用的多路复用ic和一些重要的多路复用器应用。

多路复用是什么?

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

在我们的日常生活中使用的多路复用系统的两个最好的例子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是数字开关,也称为数据选择器。它是一个具有多于一个输入线,一个输出线和多于一个选择线的组合逻辑电路。它接受来自若干输入线或源的二进制信息,并且根据选择线集合,特定输入线被路由到单个输出线上。

多路复用的基本思想如下图所示,其中当启用开关打开时,来自若干源的数据被路由到单个输出线。这就是为什么,多路复用器也称为“很多到一个”组合电路。

多路复用交换机

下图是由n个输入线、m个选择线和1个输出线组成的多路复用器的框图。如果有m个选择行,那么可能的输入行数是2.或者,我们可以说,如果输入行数等于2,则需要m个选择行来从n个(考虑2= 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,则需要两个选择线。类似地,要选择8条输入线中的一个,需要三条选择线。

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至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多路复用器的真实表如下所示。根据选择输入的值,在输出时产生输入等I.,D0,D1。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

上面的真值表中的' X '表示一个不关心的条件。因此,忽略不关心的条件,我们可以推导出典型的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。

同样,当S=1时,上与门的输出为零,而下与门的输出为D1。因此,OR门的输出为D1。因此,该电路满足上述布尔表达式。

2到1的mux逻辑图

为了有效地使用硅,IC制造商在单个IC中制造多路复用器。通常在单个IC中制造4个2对1多路复用器。一些流行的2对1多路复用器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。

Quad 2-1-1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

4比1多路复用器由四个数据输入线组成D0至D3,两个选择线为S0和S1和单个输出线Y.选择线S0和S1选择四条输入线中的一个以连接输出线。下图显示了4到1多路复用器的框图,其中多路复用器通过选择线路解码输入。

4到1 ux

下面示出了4比1多路复用器的真相表,其中选择线上的四个输入组合00,10,101和11分别将输入D0,D2,D1和D3切换到输出。这意味着S0 = 0和S1 = 0时,Y处的输出是D0,类似于Y是D1,如果选择输入S0 = 0和S1 = 1等。

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

从上面的真值表中,我们可以编写输出表达式,如下所示:

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

根据上述输出表达式,可以使用基本逻辑门实现4对1多路复用器。下图显示了4:1 MUX的逻辑电路,它是由四个3输入与门,两个1输入非门和一个4输入或门实现的。

在这个电路中,每一条数据输入线作为与门的输入连接,两条选择线作为与门的其他两个输入连接。此外,还有一个启用信号。所有与门的输出都连接到或门的输入,以产生输出Y。

4-1多路复用器逻辑图

通常,这种类型的多路复用器可用双模式可用,即单个IC中将有两个4到1个多路复用器。最常见和最流行的4比1线多路复用器是IC 74153,它是双4到1线多路复用器。它由两个相同的4到1个多路复用器组成。它有两个独立的启用或选通输入,以打开或关闭各个多路复用器。但是,选择线对多路复用器都很常见。

通常,使能输入或频闸可用于级联两个或多个多路复用ic,以构造具有大量输入的多路复用器。每个乘数都有单独的输入。下图是IC74153的引脚图。

74153的逻辑符号

8比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8- 1多路复用器的真值表,其中有8种输入组合,从而产生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集成电路

使用4-1-1 mux和2-1 ux的8-to-1 mux

如果您观察到上面显示的8对1多路复用器的布尔表达式,我们可以重新写入如下:

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 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,第二个括号中的表达式即,S1S2D4 +S1S2 D5 + S1S2D6 + S1 S2 D7类似于另一个以D4、D5、D6、D7为输入,S1、S2为Select Lines的4对1多路复用器的布尔表达式。设这个表达式是P2。

现在,用p1和p2替换上述表达式,我们得到,

S0.P1 + S0 P2

该表达式类似于具有P1和P2的2到1个多路复用器(其中,P1和P2的各个4对1多路复用器的输出)作为输入和S0作为选择信号。因此,最后,我们可以推断使用两个4到1个多路复用器和一个2到1个多路复用器可以实现8比1多路复用器。相同的框图如下所示:

使用4-1-1 mux和2-1 ux的8-to-1 mux

16至1多路复用器

所有高阶复用器如8到1、16到1等都可以使用低阶复用器实现。但是,让我们快速看一下16比1多路复用器。IC 74150是一种流行的16到1多路复用器IC。16到1多路复用器的输入是D0, D1, D2等上tp D15。因为它有16个输入行,所以将有4个选择行,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-to-1-Multiplexer-Block-Diagram

16×1 Multiplexer的简化真值表如下表所示。

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 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式为:

y =S0.S1S2S3D0 +S0.S1S2S3 D1 +S0.S1S2S3D2 +S0.S1S2 S3 D3 +S0.S1S2S3D4 +S0.S1S2S3 D5 +S0.S1 S2S3D6 +S0.S1 S2 S3 D7 + S0S1S2S3D8 + S0S1S2S3 D9 + S0S1S2S3D10 + S0.S1S2 S3 D11 + S0 S1S2S3D12 + S0 S1S2S3 D13 + S0 S1 S2S3D14 + S0 S1 S2 S3 D15

下图显示了一个16到1的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。

16对1 Mux使用8对1 Mux和2对1 Mux

此外,我们可以使用两个4至1多路复用器和一个2到1个多路复用器在上述图像中实现各个8到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

逻辑功能发生器

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。

数据输入D1、D2、D5、D6通过选择线分别选择为001、010、100、111,输出F为1。

逻辑函数generotot truth表1

74151集成电路

平行于串行转换

多路复用器电路可用于将并行数据转换为串行数据,以便通过将它们转换为串行信号来减少并行总线的数量。这种类型的转换是在电信,测试和测量,军用/航空航天,数据通信应用中进行的。

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。

下图显示并行到串行数据转换使用8输入多路复用器。来自该数据或其他寄存器中的数据的并行数据应用于该多路转换器的8条输入线。

多路复用器的选择代码由3位计数器生成。随着每个时钟脉冲的应用到计数器,数据从多路复用器串行输出。

平行于串行转换

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

完整的多路复用器(MUX)教程和多路复用。您学习了多路复用,多路复用器,不同类型的常用多路复用器的基础知识,如2:1 mux,4:1 mux,8:1 mux和16:1 mux,他们的布尔表达式,逻辑电路以及多路复用器的重要应用。

16回应

发表评论

您的电子邮件地址不会被公开。必需的地方已做标记*