什么是多路复用器？多路复用器原理及电路图

多路复用器（MUX）是一个数字开关，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，可以接受来自多个输入线或源的二进制信息，并根据选择线集，将特定输入线路由到单个输出线。

多路复用的基本思想如下图所示，当使能开关打开时，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”组合电路的原因。

下图显示了由n条输入线、m条选择线和一条输出线组成的多路复用器的框图。如果有m个选择行，则可能的输入行数为2^m 。或者可以说，如果输入行的数量等于2^m，则需要m个选择行来选择n个（考虑2^m =n）个输入行之一。

这种类型的多路复用器称为2ⁿ×1多路复用器或2ⁿ对1多路复用器。例如，如果输入行数为4，则需要两个选择行。同样，要从8个输入行中选择一个，需要三个选择行。

通常情况下，多路复用器的数据输入数量是2的幂，例如2、4、8、16等。一些最常用的多路复用器包括 2对1、4对1、8对1 和 16对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器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对1多路复用器）。

2对1多路复用器

2对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，输出连接到任一输入。由于有两个输入信号，只有两种方法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。

如果选择线为低电平，则输出将切换到D0输入，而如果选择线为高电平，则输出将切换到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位输入连接到一个公共目标。

2对1多路复用器的真值表如下图所示。根据选择输入的值，输入即D0、D1在输出处产生。当Select值为S=0时输出为D0，当Select值为S=1时输出为D1。

从上面的输出表达式可以看出，2对1多路复用器的逻辑电路可以用如下图所示的逻辑门来实现。它由两个与门、一个非门和一个或门组成。当Select Line（S=0）时，较低和门的输出为零，但是上层和门的输出为D0。因此，或门产生的输出等于D0。

同理，当 S=1 时，上与门的输出为零，而下与门的输出为D1。因此，或门的输出为D1。因此，该电路满足上述给定的布尔表达式。

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中制造四个2线对1线多路复用器。一些流行的2对1多路复用器IC包括IC 74157和IC 74158。

据了解，这两款IC都是四路2对1多路复用器。IC 74157具有正常输出，而IC74158具有反相输出。只有一根选择线，它控制所有四个多路复用器中的输入线到输出。

根据选择线的状态，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，依此类推。有一个额外的Strobe或Enable控制输入E/Strobe，它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都为零，而与S的值无关。

只有当E / Strobe输入为低电平时，才会激活所有多路复用器。

4对1多路复用器

4对1多路复用器由D0到D3的四根数据输入线、S0和S1的两条选择线和一条输出线Y组成。选择线S0和S1选择四条输入线中的一条来连接输出线。下图显示了一个4对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对1多路复用器的真值表如下所示，其中选择线上的四个输入组合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且S1=0时，Y处的输出为D0，类似地，如果选择输入S0=0且S1=1，则Y为D1，依此类推。

从上面的输出表达式可以看出，可使用基本逻辑门可以实现4对1多路复用器。下图显示了4对1复用器的逻辑电路，它由四个3输入与门、两个1输入非门和一个4输入或门实现。

在这个电路中，每条数据输入线作为输入连接到与门，两条选择线作为另外两条输入连接到它。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。

这种类型的多路复用器可用于双模IC，即在单个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对1多路复用器组成。它有两个独立的启用或选通输入来打开或关闭各个多路复用器。但是选择线对两个多路复用器都是通用的。

通常情况下，使能输入或选通脉冲可用于级联两个或多个多路复用器IC，以构建具有大量输入的多路复用器。每个乘法器都有单独的输入。下图为IC74153的引脚图：

8对1多路复用器

一个8对1多路复用器由八个数据输入D0到D7、三个输入选择线S0到S2和一条输出线Y组成。根据选择线组合，多路复用器选择输入。

下图显示了带有使能输入的8对1多路复用器的框图，该使能输入可以启用或禁用多路复用器。由于提供给复用器的数据位数量为8，因此需要3位 (2³=8) 来选择8个数据位的一个。

下面给出了8对1多路复用器的真值表，其中包含八种输入组合，以便生成每个输出对应于输入。   

例如，如果S2=0、S1=1和S0=0，则数据输出Y等于D2。同样，数据输出D0到D7将通过S2、S1和S0的组合来选择，如下图所示。

根据上面的真值表，输出的布尔公式为：

从上面的布尔方程，8对1多路复用器的逻辑电路图可以通过使用8个AND门、1个OR门和7个NOT门来实现，如下图所示。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。

IC 74151是一款流行的8对1多路复用器IC，具有8个输入和2个输出。两个输出是低电平有效和高电平有效输出。它具有三个选择线A、B和C以及一个低电平有效使能输入。该IC的引脚排列如下所示：

8对1复用器《==》使用4对1复用器和2对1复用器

其实，通过公式推导可以发现，一个8对1多路复用器可以使用两个4对1多路复用器和一个2对1多路复用器构建来实现，其框图如下所示：

16对1多路复用器

所有高阶多路复用器，如8对 1、16对1等，都可以使用低阶多路复用器来实现。下面简单了解一下16对1多路复用器。IC 74150是一种流行的16对1多路复用器 IC。16对1复用器的输入是D0、D1、D2、D3....，直到D15。由于它有16条输入线，因此将有4条选择线，即S0、S1、S2和S3。

下图显示了典型的16对 1多路复用器的框图：

16对1多路复用器的简化真值表如下表所示：

16对1多路复用器的布尔表达式如下：

下图显示了16对1多路复用器的逻辑电路：

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

此外，还可以使用两个4对1多路复用器和一个2对1多路复用器来实现上图中的各个8对1多路复用器。

主要应用

在所有类型的数字系统应用中，多路复用器都有其巨大的应用。由于这些允许多个输入独立连接到单个输出，多路复用器可用于各种应用，包括数据路由、逻辑函数发生器、控制定序器、并行到串行转换器等。

1、数据路由

多路复用器广泛用于数据路由应用程序，以将数据从多个源之一路由到一个特定目的地。其中一项应用包括显示两个多位BCD计数器，一次显示一个。在此类应用中，74157多路复用器IC用于使用一组解码器和LED显示器来选择和显示两个BCD计数器之一的内容。

2、逻辑函数发生器

代替逻辑门，可以使用多路复用器生成逻辑表达式。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。

由于多路复用器是单个集成电路，因此这突然减少了执行逻辑功能的逻辑门或集成电路的数量。在此类应用中，多路复用器被视为逻辑函数发生器。

3、并串转换

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。

大多数在数字系统中，数据被并行处理以实现更高的速度。但是为了长距离传输数据信号，需要更多的线路。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输入多路复用器的并行到串行数据转换。来自数据输入或其他一些寄存器的并行数据应用于多路复用器的8条输入线。

多路复用器的选择代码由一个3位计数器生成。随着对计数器的每个时钟脉冲的应用，数据从多路复用器串行输出。

多路复用器的其他应用包括控制序列发生器、脉冲序列发生器、编码器、寄存器到寄存器数据传输、波形发生器等。

总结

以上就是关于多路复用器、不同类型的常用多路复用器（如2:1MUX、4:1MUX、8:1MUX和16:1 MUX）的基础知识，同时介绍了它们的布尔表达式、逻辑电路以及多路复用器的几个重要应用。

简单来说，多路复用器就是一种用于选择多个输入信号中的任何一个并将其路由到单个输出的电路，在电子电路中应用非常的广泛。多路复用器的非电子电路的一个简单示例是单刀多位置开关。