키워드
- 멀티플렉서: 멀티플렉서(multiplexer 또는 selector, MUX)는 여러 개의 입력선들 중 하나를 선택하여 출력선에 연결하는 조합 논리 회로이다.
- 디멀티플렉서: 디멀티플렉서(demultiplexer, DEMUX)는 하나의 입력 정보를 받아 다수의 출력선 중 하나로 전송하는 조합 논리 회로이다.
- Enable 신호: 디지털 논리 회로에서 회로의 동작을 제어하기 위해 사용되는 신호이다.
1. 멀티플렉서
1. 멀티플렉서와 디멀티플렉서의 개요
멀티플렉서는 다수의 입력선들 중 하나를 선택하여 출력선에 연결하는 조합 회로이다. 선택선(selection line)의 조합에 따라 특정 입력선이 선택된다. 멀티플렉서는 선택된 입력선의 2진 정보를 출력선으로 전달하는 역할을 수행하며, 이 때문에 데이터 선택기(data selector)라고도 불린다.
반대로, 디멀티플렉서는 하나의 입력을 받아 다수의 출력선 중 하나로 전송하는 회로이다. n개의 선택선을 통해 2ⁿ개의 출력선 중 하나가 선택되어 입력 신호를 출력으로 전달한다.
2. 멀티플렉서 구조
멀티플렉서는 입력 수에 따라 다양한 형태로 설계할 수 있다.
- 4×1 멀티플렉서: 4개의 입력 중 하나를 선택하여 출력하는 구조이다.
4×1 멀티플렉서
- 8×1 멀티플렉서: 8개의 입력 중 하나를 선택하여 출력하는 구조이다.
8×1 멀티플렉서
선택선의 수는 선택할 수 있는 입력 수에 따라 결정되며, n개의 선택선으로 2ⁿ개의 입력을 제어할 수 있다.
3. 멀티플렉서 확장
보다 많은 입력을 처리하기 위해 작은 단위의 멀티플렉서를 조합하여 확장할 수 있다.
- 4×1 멀티플렉서 2개를 이용하여 8×1 멀티플렉서를 구성할 수 있다.
4×1 MUX 2개를 이용한 8×1 MUX 설계
- 4×1 멀티플렉서 5개를 사용하여 16×1 멀티플렉서를 구성할 수 있다.
4×1 MUX 5개를 이용한 16×1 MUX 설계
이러한 확장은 주로 선택선 신호를 추가로 조합하거나 Enable 신호를 활용하여 구현한다.
4. 멀티플렉서 IC
멀티플렉서는 표준화된 집적 회로(IC) 형태로 제공되기도 한다.
- 74150: 16×1 멀티플렉서 IC로 16개의 입력 중 하나를 선택하여 출력한다.
74150(16×1 MUX) 
74150(16×1 MUX) 2
- 74153: 4×1 멀티플렉서 2개를 내장한 IC로, 각 멀티플렉서는 입력선 C0, C1, C2, C3 중 선택선을 통해 하나를 출력으로 전달한다.
2. 디멀티플렉서
1. 디멀티플렉서의 개요
디멀티플렉서는 하나의 입력과 다수의 출력선을 가지며, 선택선의 값에 따라 입력된 신호를 특정 출력선으로 전달하는 회로이다. 멀티플렉서가 여러 입력 중 하나를 선택하는 것과는 반대로, 디멀티플렉서는 하나의 입력을 여러 출력 중 하나로 분배한다. 따라서 데이터 분배기(data distributor)라고도 부른다.
2. Enable을 갖는 디코더를 이용한 디멀티플렉서 설계
디멀티플렉서는 Enable 신호를 갖는 디코더를 이용하여 쉽게 설계할 수 있다. Enable 신호가 활성화되었을 때만 입력 신호가 선택된 출력선으로 전달된다. 이를 통해 디멀티플렉서의 동작을 보다 정밀하게 제어할 수 있다.
3. 디멀티플렉서 IC
- 74139 IC: 이 IC는 2개의 2-4 라인 디코더/디멀티플렉서를 내장하고 있다. 각각의 디코더는 2개의 선택선을 받아 4개의 출력 중 하나를 활성화한다. Enable 입력을 통해 동작 여부를 제어할 수 있다.
74139 IC 
74139 IC 2
3. 코드 변환기 및 패리티 검사기
1. 코드 변환기
코드 변환기는 한 형태의 코드 체계를 다른 코드 체계로 변환하는 회로이다.
- BCD–3초과 코드 변환기: 4비트 BCD(Binary-Coded Decimal) 코드를 3초과 코드(Excess-3 Code)로 변환하는 회로이다. 변환을 위한 진리표를 기반으로 출력 논리식을 작성하고, 이를 바탕으로 회로를 설계한다.
BCD – 3초과 코드 변환 진리표
- Gray Code–2진 코드 변환기: Gray 코드를 표준 2진 코드로 변환하는 회로이다. Gray 코드는 연속된 값이 1비트만 차이 나는 특징이 있어 오류를 최소화하는 데 사용된다. 변환 진리표를 작성하여 대응되는 2진 코드를 얻는다.
코드 변환 진리표
2. 패리티 검사기
패리티 검사기는 데이터 전송 중 오류를 검출하기 위한 회로이다.
- 패리티 발생기: 전송할 데이터에 대해 홀수 또는 짝수 패리티 비트를 생성하는 회로이다. 홀수 패리티 발생기는 데이터의 1의 개수가 홀수가 되도록 패리티 비트를 설정한다. 진리표와 출력 논리식을 작성하여 회로를 구성할 수 있다.
- 패리티 체크기: 수신된 데이터와 패리티 비트를 검사하여 오류를 검출하는 회로이다. 홀수 패리티 체크기는 데이터와 패리티 비트를 모두 포함하여 1의 개수를 검사한다. 1의 개수가 홀수이면 정상, 짝수이면 오류로 판단하여 출력으로 논리 1 또는 0을 생성한다.
- 패리티 발생기와 체크기의 계통도: 데이터 전송 계통에서 발생기와 체크기를 연결하여, 전송 중 발생할 수 있는 오류를 실시간으로 검출하고 수정할 수 있다.
요약
본 장에서는 멀티플렉서와 디멀티플렉서의 기본 개념과 설계 방법, 그리고 이를 응용한 코드 변환기 및 패리티 검사기 회로에 대해 학습하였다. 멀티플렉서(MUX)는 여러 입력 중 하나를 선택하여 출력하는 회로이고, 디멀티플렉서(DEMUX)는 하나의 입력을 다수의 출력 중 하나로 전달하는 회로이다. 또한 코드 변환기를 통해 코드 체계를 변환하고, 패리티 검사기를 통해 데이터 오류를 검출하는 방법을 익혔다. 이러한 회로들은 디지털 시스템 설계의 기본이 되며, 다양한 응용 분야에서 필수적으로 활용된다.