资料篇| 多路复用器

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eefishing 发布时间：2020-2-17 00:41

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多路复用器是一种组合逻辑电路，旨在将多条输入线之一切换到一条公共输出线。

多路复用是一个通用术语，用于描述通过一条公共传输线以不同的时间或速度发送一个或多个模拟或数字信号的操作，因此，我们用来做的设备称为多路复用器。

该多路转换器，简称为“MUX”或“MPX”，是一个组合逻辑电路设计成通过控制信号的施加通过切换多个输入线中的一条为单个公共输出线。多路复用器的工作方式类似于快速动作的多位置旋转开关，一次连接或控制一条称为“通道”的多条输入线到输出。

多路复用器或MUX可以是由用于交换数字或二进制数据的高速逻辑门制成的数字电路，也可以是使用晶体管，MOSFET或继电器将电压或电流输入之一切换到单个输出的模拟类型。

如图所示，多路复用器设备的最基本类型是单向旋转开关。

基本复用开关

旋转开关，也称为晶片开关，因为该开关的每一层都称为晶片，是一种机械设备，其输入是通过旋转轴来选择的。换句话说，旋转开关是一种手动开关，您只需将其输入设为“ ON”或“ OFF”即可用于选择单个数据或信号线。因此，我们如何使用数字设备自动选择每个数据输入。

在数字电子产品中，多路复用器也被称为数据选择器，因为它们可以“选择”每条输入线，由封装在单个IC封装中的单个模拟开关构成，与“机械”类型的选择器（如常规常规开关和继电器）相反。

它们被用作减少电路设计中需要的逻辑门数量的一种方法，或者当需要一条数据线或数据总线来承载两个或多个不同的数字信号时，它们被用作一种方法。例如，一个8通道多路复用器。

通常，多路复用器中每条输入线的选择由称为控制线的另一组输入控制，并且根据这些控制输入的二进制条件（“高”或“低”），适当的数据输入直接连接至输出。通常，多路复用器具有偶数个2 n数据输入线和与数据输入数量相对应的多个“控制”输入。

请注意，多路复用器的操作与编码器不同。编码器能够将n位输入模式切换到多条输出线，这些输出线表示等效于活动输入的二进制编码（BCD）输出。

我们可以从基本逻辑NAND门构建一个简单的2线到1线（2对1）多路复用器，如图所示。

输入多路复用器设计

这个简单的由标准NAND门构成的2-1线多路复用器电路的输入A用于控制将哪个输入（I 0 或I 1 ）传递给Q的输出。

从上面的真值表中，我们可以看到，当数据选择输入A在逻辑0处为LOW时，输入I 1将其数据通过与非门多路复用器电路传递至输出，而输入I 0被阻塞。当数据选择A在逻辑1处为高电平时，发生反向操作，现在输入I 0将数据传递到输出Q，而输入I 1被阻止。

因此，通过在A处应用逻辑“ 0”或逻辑“ 1”，我们可以选择适当的输入I 0或I 1，电路的作用有点像单刀双掷（SPDT）开关。

由于我们只有一条控制线（A），所以我们只能切换2 1个输入，在这个简单的示例中，2输入多路复用器将两个1位源之一连接到一个公共输出，产生2对1在线多路复用器。我们可以在下面的布尔表达式中确认这一点。

Q = AI 0 .I 1 + A .I 0 .I 1 + AI 0 .I 1 + AI 0 .I 1

对于上面的2输入多路复用器电路，这也可以简化：

Q = A .I 1 + AI 0

我们可以通过遵循相同的步骤简单地增加要进一步选择的数据输入的数量，并且可以使用较小的2比1多路复用器作为其基本构件来实现较大的多路复用器电路。因此，对于4输入多路复用器，我们将需要两条数据选择线，因为4输入代表2 2数据控制线，从而给一个电路提供4个输入，即I 0，I 1，I 2，I 3和两条数据选择线A和B如图所示。

4对1通道多路复用器

上面带有输入A到D和数据选择线a，b的此4-to-1 多路复用器的布尔表达式为：

Q = ab A + a b B + a bC + abD

在这个例子中，在任何时刻，四个模拟开关中只有一个闭合，将输入线A到D之一仅连接到Q的单个输出。哪个开关闭合取决于行“ a ”和“ b ” 上的寻址输入代码。

因此，对于此示例，选择输入B到Q的输出，二进制输入地址将需要为“ a ” =逻辑“ 1”和“ b ” =逻辑“ 0”。因此，我们可以显示通过多路复用器对数据的选择与所显示的数据选择位的关系。

多路复用器输入线路选择

添加更多控制地址线后，（n）将允许多路复用器控制更多输入，因为它可以切换2 n个输入，但是每种控制线配置将仅将一个输入连接到输出。

然后，使用单独的逻辑门来实现上述布尔表达式，将需要使用由AND，OR和NOT门组成的七个单独的门，如图所示。

使用逻辑门的4通道多路复用器

逻辑图中用于标识多路复用器的符号如下：

多路复用器符号

多路复用器不仅限于将多个不同的输入线或通道切换到一个公共的单路输出。也有一些类型可以将其输入切换为多个输出，并具有4到2、8到3甚至16到4等配置的配置，以及简单的双通道4输入多路复用器（4- to-2）如下：

4至2通道多路复用器

在此示例中，这里的4个输入通道被切换为2条单独的输出线，但更大的布置也是可能的。这种简单的4到2配置可用于例如切换立体声前置放大器或混频器的音频信号。

可调放大器增益

除了通过单条传输线或连接以串行格式发送并行数据外，多通道多路复用器的另一种可能用途是在数字音频应用中用作混频器，或者例如可以数字方式控制模拟放大器的增益。

数字可调放大器增益

此处，反相运算放大器的电压增益取决于在运算放大器教程中确定的输入电阻R IN和其反馈电阻Rƒ之比。

配置为4对1通道多路复用器的单个4通道（Quad）SPST开关与电阻串联，以选择任何反馈电阻来改变Rƒ的值。这些电阻的组合将确定放大器的总电压增益（Av）。然后，可以通过简单地选择适当的电阻器组合来数字调整放大器的电压增益。

数字多路复用器有时也被称为“数据选择器”，因为它们选择要发送到输出线的数据，通常用于通信或高速网络交换电路（如LAN和以太网应用）中。

某些多路复用器IC 的输出上连接有单个反相缓冲器（非门），以在一个端子上提供正逻辑输出（逻辑“ 1”，高），在其上提供互补的负逻辑输出（逻辑“ 0”，低）另一个不同的终端。

如上所述，可以通过标准AND和OR门制作简单的多路复用器电路，但是常见的多路复用器/数据选择器可以作为标准ic包使用，例如常见的TTL 74LS151 8输入到1行多路复用器或TTL 74LS153 Dual 4路输入到1路多路复用器。通过将两个或更多个较小的设备级联在一起，可以获得具有大量输入的多路复用器电路。

多路复用器摘要

然后我们可以看到多路复用器是仅通过自身切换或路由信号的交换电路，并且作为组合电路，它们没有内存，因为没有信号反馈路径。多路复用器是一种非常有用的电子电路，已用于许多不同的应用中，例如信号路由，数据通信和数据总线控制应用。

当与多路分解器一起使用时，并行数据可以通过一条数据链路（例如光缆或电话线）以串行形式传输，然后再次转换回并行数据。优点是只需要一条串行数据线，而不需要多条并行数据线。因此，多路复用器有时会选择行中的数据，因此有时被称为“数据选择器”。

多路复用器还可用于切换模拟，数字或视频信号，并且模拟电源电路中的切换电流限制为每通道10mA至20mA以下，以减少散热。