16位多路选择器我们怎么进行扩展？可以扩展成什么？

Question

用vhdl语言进行设计，有了16位的多路选择器，怎么样才能进行扩展，扩展设计什么？

Answer 1

本答案参考 多次询问 ChatGPT-3.5 后选择的最佳回答，若是满意，还请采纳，谢谢

一、16位多路选择器的扩展原理

（一）基本概念

多路选择器（Multiplexer，简称MUX）是一种在数字电路中用于从多个输入信号中选择一个输出信号的组合逻辑电路元件。对于16位多路选择器，它有多个16位的输入通道，根据选择信号的值来确定哪一个16位输入被输出。

（二）扩展思路

1. 增加输入通道数
   • 例如，如果要扩展16位多路选择器的输入通道数，可以通过级联多个16位多路选择器来实现。假设我们有两个16位多路选择器MUX1和MUX2，每个都有n个输入通道。我们可以使用一个额外的选择信号来决定是选择MUX1的输出还是MUX2的输出。这样就有效地将输入通道数扩展到了2n个。
2. 增加选择信号位数
   • 如果要选择更多的输入通道，就需要增加选择信号的位数。对于一个16位多路选择器，如果原本的选择信号有k位，能够选择2^k个输入通道，我们可以增加选择信号的位数到m（m>k），这样就可以选择2^m个输入通道。

二、用VHDL语言进行扩展设计

（一）增加输入通道数的VHDL设计示例

1. 实体声明
   • 假设我们要将两个16位的4 - 1多路选择器扩展成一个8 - 1的16位多路选择器。

     entity Extended_16bit_MUX is
     port(
        input0, input1, input2, input3, input4, input5, input6, input7: in std_logic_vector(15 downto 0);
        sel: in std_logic_vector(2 downto 0);
        output: out std_logic_vector(15 downto 0)
     );
     end entity Extended_16bit_MUX;
     

2. 架构实现

   architecture Behavioral of Extended_16bit_MUX is
    signal mux1_out, mux2_out: std_logic_vector(15 downto 0);
    component SixteenBit_MUX_4to1 is
        port(
            in0, in1, in2, in3: in std_logic_vector(15 downto 0);
            sel: in std_logic_vector(1 downto 0);
            outp: out std_logic_vector(15 downto 0)
        );
    end component;
   begin
    mux1: SixteenBit_MUX_4to1 port map(input0, input1, input2, input3, sel(1 downto 0), mux1_out);
    mux2: SixteenBit_MUX_4to1 port map(input4, input5, input6, input7, sel(1 downto 0), mux2_out);
    process(sel)
    begin
        if sel(2) = '0' then
            output <= mux1_out;
        else
            output <= mux2_out;
        end if;
    end process;
   end architecture Behavioral;
   

（二）增加选择信号位数的VHDL设计示例

1. 实体声明
   • 假设我们要将一个16位的4 - 1多路选择器扩展成一个16 - 1的16位多路选择器。

     entity Extended_16bit_MUX2 is
     port(
        input0, input1, input2, input3, input4, input5, input6, input7,
        input8, input9, input10, input11, input12, input13, input14, input15: in std_logic_vector(15 downto 0);
        sel: in std_logic_vector(3 downto 0);
        output: out std_logic_vector(15 downto 0)
     );
     end entity Extended_16bit_MUX2;
     

2. 架构实现

   architecture Behavioral of Extended_16bit_MUX2 is
    type input_array is array(0 to 15) of std_logic_vector(15 downto 0);
    signal inputs: input_array;
   begin
    inputs(0)<=input0; inputs(1)<=input1; inputs(2)<=input2; inputs(3)<=input3;
    inputs(4)<=input4; inputs(5)<=input5; inputs(6)<=input6; inputs(7)<=input7;
    inputs(8)<=input8; inputs(9)<=input9; inputs(10)<=input10; inputs(11)<=input11;
    inputs(12)<=input12; inputs(13)<=input13; inputs(14)<=input14; inputs(15)<=input15;
    process(sel, inputs)
    begin
        output <= inputs(to_integer(unsigned(sel)));
    end process;
   end architecture Behavioral;
   

通过上述方法，可以将16位多路选择器进行扩展，扩展后的多路选择器可以满足更多输入选择的需求，在如数据总线选择、信号路由等多种数字电路应用场景中发挥作用。