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Lecture (03) Multiplexers, Decoders, and Programmable Logic Devices By: Dr. Ahmed ElShafee Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2019, CSE303 Logic Design II 1 Introduction Integrated Circuits (ICs) Smallscale integration (SSI) NAND, NOR, AND, OR, inverter, FlipFlop 14 gates, 6 inverters, 12 Flipflops Mediumscale integration (MSI) Adder, multiplexer, decoder, register, counter 12100 gates Largescale integration (LSI) Memories, microprocessors 100a few thousand gates Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2019, CSE303 Logic design II 2

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Lecture (03)Multiplexers, Decoders, and Programmable Logic Devices

By:

Dr. Ahmed ElShafee

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2019, CSE303 Logic Design II1

Introduction

• Integrated Circuits (ICs)

– Small‐scale integration (SSI)

• NAND, NOR, AND, OR, inverter, Flip‐Flop

• 1‐4 gates, 6 inverters, 1‐2 Flip‐flops

– Medium‐scale integration (MSI)

• Adder, multiplexer, decoder, register, counter

• 12‐100 gates

– Large‐scale integration (LSI)

• Memories, microprocessors

• 100‐ a few thousand gates

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– Very‐large‐scale integration (VLSI)

• Microprocessors, FPGA, Application‐specific integrated circuit (ASIC),…

• Several thousand gates or more

– Programmable logic devices (PLDs)

• Programmable logic arrays (PLAs)

• Programmable array Logic devices

• (PALs)

• Complex programmable logic devices

• (CPLDs)

• Field‐programmable gate arrays (FPGAs)Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2019, CSE303 Logic design II3

Multiplexers

• Multiplexers (MUX, or data selector)

– A MUX has a group of data inputs and a group of control inputs.

– The control inputs are used to select one of the data inputs and connect it to the output terminal.

• 2‐to 1 MUX

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• 4‐to‐1, 8‐to‐1, 2n‐to‐1 MUX

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• Logic equation for 8‐to‐1 MUX

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Multiplexers

• Logic Diagram for 8‐to‐1 MUX

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• Logic equation for 2n‐to‐1 MUX

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where mk is a minterm of the n control variables and Ik is the corresponding data input

• Quad Multiplexer Used to Select Data

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• Quad Multiplexer with Bus Input and Output

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A=0, Z=XA=1, Z=Y

74157 (Quad 2‐line to 1‐line data selectors)•

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Three‐State Buffers

• A gate output can only be connected to a limited number of other device inputs without degrading the performance of a digital system.

• A buffer may be used to increase the driving capability of a gate output.

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• A logic circuit will not operate correctly if the outputs of two or more gates or other logic devices are directly connected to each other.

• Use of three‐state logic permits the outputs of two or more gates or other logic devices to be connected together.

• Three‐state buffer (Tri‐state buffer)

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Enable input B=1, output C=A, when B=0, C acts like an open circuit, C is effectively disconnected from the buffer output so that no current can flow. 

This is referred to a Hi‐Z (high‐impedance) state of the output

because the circuit offers a very high resistance or impedance to the flow of current.

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• Four kinds of Three‐State Buffers

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• Data Selection Using Three‐State Buffers

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D=B’A+BC

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Decoders and Encoders

• Decoder

• Generates all of minterms

• Exactly one of the outputs lines will be 1 for each combination of the values of the input variables.

Dr. Ahmed ElShafee, NileU : Fall 2017, Microprocessor System Design19

• 3‐to‐8 Decoder

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• 4‐to‐10 Line Decoder with Inverted Output

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• n‐to‐2n line decoder:

• Generate all 2n minterms (or maxterms) of the n input variables Outputs

• Noninverted

– yi=mi , i=0,1,2,…,2n‐1

• Inverted

– yi=mi’=Mi , i=0,1,2,…,2n‐1

• Use decoder and gates to realize a function

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Example

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• Encoder

– The inverse function of a decoder

• 8‐to‐3 Priority Encoder

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2019, CSE303 Logic design II25

Thanks,..

See you next week (ISA),…

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Spring 2019, CSE303 Logic Design II

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