真正的数据选择器是如何实现的

如题所述

1、数据选择器的工作原理

常用的数据选择器有4选1、8选1、16选1等多种类型。下面以4选1数据选择器为例介绍数据选择器的工作原理。

根据前面介绍的数据选择器的功能,可以列出4选1数据选择器的逻辑功能表,如表5-7-1所示。其中D0~D3为数据输入端,A0、A1为数据选择端。

表5-7-1 4选1数据选择器的逻辑功能表

地址输入 输出
A1 A0 Y
0 0 D0
0 1 D1
1 0 D2
1 1 D3
由逻辑功能表可以写出输出与输入之间的表达式为



(1)
由逻辑表达式画出4选1数据选择器逻辑电路2所示。


图2 4选1数据选择器的逻辑电路图
74LS153是一种集成的双4选1数据选择器逻辑器件。图3所示为74LS153的逻辑电路图和框图。


图3 74LS153双4选1数据选择器
由图3(a)可知,74LS153的逻辑电路中包含两个4选1数据选择器,它们的数据输入端分别为D10、D11、D12、D13和D20、D21、D22、D23,数据输出端分别为Y1和Y2。它们有公共的地址选择输入端A0、A1。除此之外,还各自有有一个使能控制端和。由图3(a)可以写出输入与输出之间的逻辑函数式为



(2)
由式(2)可以看出,只有当使能控制端=0、=0时,数据选择器才能正常工作,否则数据输出端锁定在低电平。故使能控制端为低电平有效。

74LS153的逻辑功能表如表2所示。

表2 74LS153的逻辑功能表

控制端 地址输入 输出
 A1 A0 Y
1 × × 0
0 0 0 D0
0 0 1 D1
0 1 0 D2
0 1 1 D3
2、数据选择器的应用

(1)数据选择器的扩展应用

可以用多片少数据输入的数据选择器设计多数据输入的数据选择器。

例1:用74LS153设计一个8选1的数据选择器。

解:74LS153是一个双4选1数据选择器。有两个公用的地址选择输入端,8个数据输入端。8选1数据选择器需要3个地址输入端(23=8),因此需要用使能控制端来补充地址输入端的不足。用双4选1数据选择器芯片74LS153设计的8选1数据选择器的电路如图4所示。


图4 用双4选1数据选择器接成8选1数据选择器的电路图
当A2=0时,上边的4选1数据选择器工作,根据地址输入端A0、A1的状态,输出端Y1选择输出D0~D3,此时Y2=0,故Y=Y1;当A2=1时,下边的4选1数据选择器工作,根据地址输入端A0、A1的状态,输出端Y2选择输出D4~D7,此时Y1=0,故Y=Y2。逻辑函数式为



(3)
也可以添加使能控制端对所接成的8选1数据选择器的工作状态进行控制。

添加使能控制端的8选1数据选择器的电路如图5所示。


图5 有使能控制端的8选1数据选择器框图
由图5可知,当=0 时,8选1数据选择器正常工作;当=1时,8选1数据选择器的输出被锁定在低电平。

(2)用数据选择器设计组合逻辑电路

由表2可知,具有两位地址输入A0、A1的4选1数据选择器,当使能控制端=0时,输出与输入之间的逻辑关系式为



(4)
若将A0、A1作为两个输入变量,同时令D0~D3为第三个变量的适当状态(包括原变量、反变量、0和1),就可以用4选1数据选择器实现任何形式的三变量组合逻辑函数。

同理,用由n位地址输入端的数据选择器可以实现任何形式的变量数不大于n+1的组合逻辑函数。

例2:用4选1数据选择器实现以下组合逻辑函数:



(5)
解:将式(4)化成与式(5)相对应的形式:



(6)
将式(6)与式(4)比较可知,只要令数据选择器的数据输入端为

、、、、、

则数据选择器的输出就是所要表达的组合逻辑函数。
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