數位電子技術 - 多路分解器

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什麼是多路分解器？

多路分解器是一種組合邏輯電路，它接收單個輸入並將其分配到多個輸出線上。多路分解器簡稱為DEMUX。由於多路分解器用於將相同的資料傳輸到不同的目的地，因此它也被稱為資料分配器。

還有一種名為多路選擇器的組合邏輯電路，它執行與多路分解器相反的操作，即接收多個輸入並在任何時間將其中一個傳輸到輸出線。

根據定義，我們可以說多路分解器是一個1到2ⁿ的器件。典型1×2ⁿ多路分解器的功能框圖如圖1所示。

可以看出，多路分解器只有一個數據輸入線，2ⁿ個輸出線和n個選擇線。施加到多路分解器選擇線的邏輯電平決定了將輸入資料傳輸到的輸出通道。

多路分解器電路是廣泛用於數字譯碼器和布林函式發生器電路中的組合邏輯電路。

多路分解器的型別

根據輸出線的數量（2ⁿ），多路分解器可以分為幾種型別。一些常用的多路分解器型別有：

• 1×2多路分解器
• 1×4多路分解器

現在，讓我們簡要討論每種型別的多路分解器。

1×2多路分解器

1×2多路分解器的功能框圖如圖2所示。

1×2多路分解器由1個輸入線（I）、1個選擇線（S）和2個輸出線（Y₀和Y₁）組成。施加到選擇線的邏輯電平決定了將輸入資料傳輸到的輸出線。

可以使用下表所示的函式表來分析1×2多路分解器的操作。

從1×2多路分解器的此函式表中，我們可以直接推匯出每個輸出的布林表示式，如下所示。

$$\mathrm{Y_{0} \: = \: \bar{S} \: I}$$

並且，

$$\mathrm{Y_{1} \: = \: S \: I}$$

1×4多路分解器

1×4多路分解器的功能框圖如圖3所示。

1×4多路分解器具有1個輸入線（I）、2個選擇線（S₀和S₁）和4個輸出線（Y₀、Y₁、Y₂和Y₃）。施加到選擇線的邏輯電平決定了將輸入資料（I）傳輸到的輸出線。

可以使用下表所示的函式表來理解1×4多路分解器的操作。

Y₁

Y₀

I

從1×4多路分解器的此真值表中，我們可以直接寫出每個輸出的布林表示式，如下所示。

$$\mathrm{Y_{0} \: = \: \bar{S_{1}} \: \bar{S_{0}} \: I}$$

$$\mathrm{Y_{1} \: = \: \bar{S_{1}} \: S_{0} \: I}$$

$$\mathrm{Y_{2} \: = \: S_{1} \: \bar{S_{0}} \: I}$$

$$\mathrm{Y_{3} \: = \: S_{1} \: S_{0} \: I}$$

• 我們可以很容易地理解上述電路的操作。類似地，您可以透過遵循相同的程式來實現1×8多路分解器和1×16多路分解器。
• 高階多路分解器的實現

現在，讓我們使用低階多路分解器來實現以下兩個高階多路分解器。

1×8多路分解器

1×16多路分解器

1×8多路分解器

根據上述真值表，我們可以很容易地利用低階多路複用器實現1×8解多路複用器。1×8解多路複用器的框圖如下所示。

公共選擇線 s₁ & s₀ 應用於兩個1×4解多路複用器。上部1×4解多路複用器的輸出為Y₇到Y₄，下部1×4解多路複用器的輸出為Y₃到Y₀。

另一個選擇線 s₂ 應用於1×2解多路複用器。如果s₂為零，則下部1×4解多路複用器的四個輸出之一將等於輸入I，這取決於選擇線s₁ & s₀的值。類似地，如果s₂為一，則上部1×4解多路複用器的四個輸出之一將等於輸入I，這取決於選擇線s₁ & s₀的值。

高階多路分解器的實現

在本節中，讓我們使用1×8解多路複用器和1×2解多路複用器來實現1×16解多路複用器。我們知道1×8解多路複用器具有單個輸入、三個選擇線和八個輸出。而1×16解多路複用器具有單個輸入、四個選擇線和十六個輸出。

因此，為了獲得最終的十六個輸出，我們需要在第二級使用兩個1×8解多路複用器。由於第二級的輸入數量為兩個，因此我們需要在第一級使用1×2解多路複用器，以便第一級的輸出成為第二級的輸入。這個1×2解多路複用器的輸入將是1×16解多路複用器的整體輸入。

假設1×16解多路複用器有一個輸入I，四個選擇線s₃、s₂、s₁ & s₀和輸出Y₁₅到Y₀。使用低階多路複用器的1×16解多路複用器的框圖如下所示。

公共選擇線 s₂、s₁ & s₀ 應用於兩個1×8解多路複用器。上部1×8解多路複用器的輸出為Y₁₅到Y₈，下部1×8解多路複用器的輸出為Y₇到Y₀。

另一個選擇線 s₃ 應用於1×2解多路複用器。如果s₃為零，則下部1×8解多路複用器的八個輸出之一將等於輸入I，這取決於選擇線s₂、s₁ & s₀的值。類似地，如果s₃為一，則上部1×8解多路複用器的八個輸出之一將等於輸入I，這取決於選擇線s₂、s₁ & s₀的值。

用作解多路複用器的積體電路（IC）

解多路複用器也可以積體電路的形式構建。有幾種型別的積體電路可用作解多路複用器。其中一些常見的列在下面：

• 74139 IC用作1×4解多路複用器
• 74237 IC用作1×8解多路複用器
• 74154 IC用作1×16解多路複用器

解多路複用器的優點

解多路複用器的主要優點如下：

• 透過使用解多路複用器，我們可以提高通訊系統的效率。
• 解多路複用器可以將不同訊號從混合訊號流中分離出來。
• 解多路複用器可以解碼由多路複用器產生的訊號。

解多路複用器的缺點

解多路複用器的主要缺點如下：

• 使用解多路複用器會導致頻寬浪費。
• 訊號同步可能會導致系統延遲。

解多路複用器的應用

解多路複用器是一種重要的組合邏輯電路，廣泛應用於許多應用中。解多路複用器的一些重要用途如下：

• 解多路複用器用於多個輸入輸出裝置的資料路由。
• 解多路複用器用於數字控制系統中，從相互關聯的訊號流中選擇一個訊號。
• 解多路複用器也用於同步系統中的資料傳輸。
• 解多路複用器也用於資料採集系統。
• 解多路複用器可用於生成布林函式。
• 解多路複用器可用於串並轉換器。
• 解多路複用器用於ATM分組的廣播。
• 解多路複用器也可用於設計自動測試裝置等。

這就是關於解多路複用器、其型別和應用的全部內容。