Multiplexer

Schema eines 2-zu-1-Multiplexers. Es kann einem kontrollierten Schalter gleichgesetzt werden.
Schema eines 1-zu-2-Demultiplexers. Wie ein Multiplexer kann es einem kontrollierten Schalter gleichgesetzt werden.

Im Elektronik, a Multiplexer (oder Mux; manchmal als geschrieben wie Multiplexer), auch bekannt als a Datenwahl, ist ein Gerät, das zwischen mehreren auswählt Analog oder Digital Eingabesignale und leitet den ausgewählten Eingang an eine einzelne Ausgangsleitung weiter.[1] Die Auswahl wird durch einen separaten Satz digitaler Eingänge gerichtet, die als ausgewählte Zeilen bezeichnet werden. Ein Multiplexer von Eingänge haben Wählen Sie Zeilen aus, mit denen ausgewählt wird, um die Eingabezeile auszuwählen, die an die Ausgabe gesendet werden soll.[2]

Ein Multiplexer ermöglicht es mehreren Eingangssignalen, ein Gerät oder eine Ressource zu teilen, beispielsweise eine Analog-Digital-Wandler oder eine Kommunikation Übertragungsmedium, anstatt ein Gerät pro Eingangssignal zu haben. Multiplexer können auch zur Implementierung verwendet werden Boolesche Funktionen von mehreren Variablen.

Umgekehrt a Demultiplexer (oder Demux) ist ein Gerät, das eine einzelne Eingabe nimmt und Signale der Ausgabe des kompatiblen Ausgangs auswählt Mux, die mit der einzelnen Eingabe und einer gemeinsam genutzten Auswahllinie verbunden ist. Ein Multiplexer wird häufig mit einem komplementären Demultiplexer am Empfangsende verwendet.[1]

Ein elektronischer Multiplexer kann als als betrachtet werden Mehrfacheingang, Single-Output Schalter und ein Demultiplexer als Single-Input, Mehrfachausgang Schalter.[3] Das schematische Symbol für einen Multiplexer ist ein Isosceles Trapez mit der längeren parallele Seite, die die Eingangsstifte und die kurze parallele Seite enthält, die den Ausgangsstift enthält.[4] Das Schema rechts zeigt einen 2-zu-1-Multiplexer links und einen äquivalenten Schalter rechts. Das Draht verbindet den gewünschten Eingang mit dem Ausgang.

Anwendungen

Multiplexer sind Teil von Computersystemen, um Daten aus einer bestimmten Quelle auszuwählen, sei es ein Speicherchip oder ein Hardware -Peripherieur. Ein Computer verwendet Multiplexer, um die Daten zu steuern und Busse zu adressieren, sodass der Prozessor Daten aus mehreren Datenquellen auswählen kann

Die Grundfunktion eines Multiplexers: Kombinieren Sie mehrere Eingaben in einen einzelnen Datenstrom. Auf der Empfangsseite teilt ein Demultiplexer den einzelnen Datenstrom in die ursprünglichen Mehrfachsignale auf.

In der digitalen Kommunikation ermöglichen Multiplexer mehrere Verbindungen über einem einzelnen Kanal, indem die einzelnen Ausgabe des Multiplexer mit dem einzelnen Eingang des Demultiplexer (Zeitabteilung Multiplexing) verbindet. Das Bild rechts zeigt diesen Nutzen. In diesem Fall sind die Kosten für die Implementierung separater Kanäle für jede Datenquelle höher als die Kosten und Unannehmlichkeiten der Bereitstellung der Multiplexing-/Demultiplexing -Funktionen.

Am empfangenden Ende der Datenverbindung ein Komplementär Demultiplexer ist normalerweise erforderlich, um den einzelnen Datenstrom wieder in die ursprünglichen Streams zu unterteilen. In einigen Fällen kann das fernen Endsystem eine Funktionalität haben, die größer ist als ein einfacher Demultiplexer. Und während das Demultiplexing technisch immer noch auftritt, wird es möglicherweise nie diskret implementiert. Dies wäre der Fall, wenn beispielsweise ein Multiplexer eine Reihe von dient IP Netzwerkbenutzer; und füttert dann direkt in a Router, was sofort den Inhalt des gesamten Links in seine Link liest Routing Prozessor; und dann macht das Demultiplexing im Speicher, von dem er direkt in IP -Abschnitte umgewandelt wird.

Oft werden ein Multiplexer und Demultiplexer zu einem einzigen Gerät kombiniert, das einfach als als bezeichnet wird Multiplexer. Beide Schaltungselemente werden an beiden Enden einer Übertragungsverbindung benötigt, da die meisten Kommunikationssysteme übertragen werden Beide Richtungen.

Im Analogkreis Konstruktion, ein Multiplexer ist ein spezieller Analogschaltertyp, der ein aus mehreren Eingängen ausgewählter Signal an einen einzelnen Ausgang verbindet.

Digitale Multiplexer

Im Digitaler Schaltung Design, die Selektordrähte sind von digitalem Wert. Bei einem 2-zu-1-Multiplexer würde ein Logikwert von 0 eine Verbindung herstellen zum Ausgang, während ein Logikwert von 1 eine Verbindung herstellen würde zum Ausgang. Bei größeren Multiplexern ist die Anzahl der Selektorstifte gleich wo ist die Anzahl der Eingänge.

Beispielsweise würden 9 bis 16 Eingänge nicht weniger als 4 Auswahlstifte und 17 bis 32 Eingänge erfordern, die nicht weniger als 5 Selektorstifte erfordern würden. Der auf diesen Selektorstiften ausgedrückte Binärwert bestimmt den ausgewählten Eingangspin.

Ein 2-zu-1-Multiplexer hat a Boolesche Gleichung wo und sind die beiden Eingänge, ist der Selektoreingang und ist die Ausgabe:

Ein 2-zu-1-Mux

Was als ausgedrückt werden kann Wahrheitstabelle:

0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 1 1

Oder in einfacher Notation:

0 EIN
1 B

Diese Tabellen zeigen das, wenn dann aber wenn dann . Eine einfache Realisierung dieses 2-zu-1-Multiplexers würde 2 und Gates, ein oder ein Tor und ein nicht Tor benötigen. Während dies mathematisch korrekt ist, wäre eine direkte physikalische Implementierung anfällig für Rennbedingungen Das erfordern zusätzliche Tore zum Unterdrückung.[5]

Größere Multiplexer sind ebenfalls häufig und erfordern, wie oben erwähnt Auswahlstifte für Eingänge. Andere gängige Größen sind 4 zu 1, 8 zu 1 und 16 zu 1. Da die digitale Logik Binärwerte verwendet, werden Kräfte von 2 verwendet (4, 8, 16), um eine Anzahl von Eingängen für die angegebene Anzahl der Auswahleingänge maximal zu steuern.

Die Boolesche Gleichung für einen 4-zu-1-Multiplexer lautet:

Der folgende 4-zu-1-Multiplexer stammt aus 3-Staaten-Puffer und und Tore (die und Tore fungieren als Decoder):

4:1 MUX circuit using 3 input AND and other gates
Eine 4: 1 -MUX -Schaltung mit 3 Ein- und anderen Toren mit 3 Ein- und anderen Toren

Mux from 3 state buffers.png

Die Einbilder auf der Eingänge geben den Dezimalwert der Binärsteuerungseingänge an, bei denen dieser Eingang durchgelassen wird.

Multiplexer verkettet

Größere Multiplexer können durch Verwendung kleinerer Multiplexer konstruiert werden, indem sie miteinander verkettet werden. Beispielsweise kann ein 8-zu-1-Multiplexer mit zwei 4-zu-1- und einem 2-zu-1-Multiplexer hergestellt werden. Die zwei 4-zu-1-Multiplexer-Ausgänge werden mit den Selektorstiften auf dem 4-zu-1-Einsatz in die 2-zu-1-Ausgabe eingespeist, die eine Gesamtzahl von Selektoreingängen auf 3 geben, was einem 8-zu entspricht, was einem 8-zu entspricht -1.

Liste der ICs, die Multiplexen liefern

Signetik S54S157 Quad 2: 1 Mux

Zum 7400 Serie Teilzahlen in der folgenden Tabelle, "x", ist die Logikfamilie.

IC Nr. Funktion Ausgangszustand
74x157 Quad 2: 1 Mux. Ausgabe gleichermaßen wie angegeben
74x158 Quad 2: 1 Mux. Die Ausgabe ist umgekehrter Eingang
74x153 Dual 4: 1 Mux. Ausgabe gleich wie Eingang
74x352 Dual 4: 1 Mux. Die Ausgabe ist umgekehrter Eingang
74x151a 8: 1 Mux. Beide Ausgänge verfügbar (d. H. Komplementäre Ausgänge)
74x151 8: 1 Mux. Die Ausgabe ist umgekehrter Eingang
74x150 16: 1 Mux. Die Ausgabe ist umgekehrter Eingang

Digitale Demultiplexer

Demultiplexer nehmen einen Dateneingang und eine Reihe von Auswahleingängen ein und haben mehrere Ausgänge. Sie leiten die Dateneingabe in Abhängigkeit von den Werten der Auswahleingänge an einen der Ausgänge weiter. Demultiplexer sind manchmal geeignet, um die allgemeine Logik zu entwerfen Binärdecoder. Dies bedeutet, dass jede Funktion der Auswahlbits durch logischerweise ordentlicher Ausgangssatz konstruiert werden kann.

Wenn x der Eingang ist und S der Selektor ist, und A und B sind die Ausgänge:

Beispiel: Ein einzelnes Bit 1-zu-4-Zeilen-Demultiplexer

Liste der ICs, die Demultiplexing bieten

Fairchild 74F138 1: 8 Demultiplexer

Zum 7400 Serie Teilzahlen in der folgenden Tabelle, "x", ist die Logikfamilie.

IC Nr. (7400) IC Nr. (4000) Funktion Ausgangszustand
74x139 Dual 1: 4 Demux. Die Ausgabe ist umgekehrter Eingang
74x156 Dual 1: 4 Demux. Ausgabe ist Offener Sammler
74x138 1: 8 Demux. Die Ausgabe ist umgekehrter Eingang
74x238 1: 8 Demux.
74x154 1:16 Demux. Die Ausgabe ist umgekehrter Eingang
74x159 CD4514/15 1:16 Demux. Der Ausgang ist offener Sammler und gleiche wie

Multiplexer als PLDs

Multiplexer können auch als verwendet werden Programmierbare Logikgeräte, um Boolesche Funktionen zu implementieren. Jede boolesche Funktion von n Variablen und ein Ergebnis können mit einem Multiplexer mit implementiert werden n Auswahleingänge. Die Variablen sind mit den Selektoreingaben verbunden, und das Funktionsergebnis 0 oder 1 für jede mögliche Kombination von Selektoreingängen wird mit der entsprechenden Dateneingabe verbunden. Wenn eine der Variablen (zum Beispiel, D) ist auch invertiert, ein Multiplexer mit n-1 Selektoreingaben sind ausreichend; Die Dateneingaben sind mit 0, 1 verbunden, D, oder ~D, entsprechend der gewünschten Ausgabe für jede Kombination der Auswahleingänge.[6]

Siehe auch

Verweise

  1. ^ a b Dean, Tamara (2010). Netzwerk+ Handbuch zu Netzwerken. Delmar. S. 82–85. ISBN 978-1423902454.
  2. ^ Debashis, DE (2010). Grundelektronik. Dorling Kindersley. p. 557. ISBN 9788131710685.
  3. ^ Lipták, Béla (2002). Handbuch für Instrumenteningenieure: Verarbeitung von Software und digitalen Netzwerken. CRC Press. p. 343. ISBN 9781439863442.
  4. ^ Harris, David (2007). Digitales Design und Computerarchitektur. Penrose. p. 79. ISBN 9780080547060.
  5. ^ Crowe, John; Hayes-Gill, Barrie (1998). "Die Multiplexer -Gefahr". Einführung in die digitale Elektronik. Elsevier. S. 111–3. ISBN 9780080534992.
  6. ^ Lancaster, Donald E. (1974). Das TTL -Kochbuch. H.W. Sams. S. 140–3. ISBN 9780672210358.

Weitere Lektüre

  • Mano, M. Morris; Kime, Charles R. (2008). Grundlagen für Logik- und Computerdesign (4. Aufl.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-198926-9.

Externe Links

  • Die Wörterbuchdefinition von Multiplexer bei wiktionary