数字电路 数据选择器

D6
D5 D4
7
W
Y mi Di
D3
74LS151
i0
D2
Y
D1
控制Di ，就可得到不同的逻辑函数。
D0
0 EN
C BA
15
◆ 逻辑函数产生器
Y A1A0D0 A1A0D1 A1A0D2 A1A0D3
将地址码输入A1A0逻辑变量 其余逻辑变量Di 称剩余函数
例：用四选一实现函数
构成需要的逻辑函数
&
0
0
24F
b 降维图法 卡诺图的维数——卡诺图的变量数。 降维卡诺图——某些变量作为卡诺图内的值。 记图变量——作为降维卡诺图中小方格中值的变量。 降维图的作法：若记图变量为x，对于原卡诺图中，当x = 0 时，原图单元值为F；当x =1 时，原图单元值为G，则在新
的降维图中对应的单元中填入子函数 xF xG
D7
• 当S=0时，W的表达式为:
7
W mi Di i0
• 当S=1时，W=0 无效输出
10
例1：试用最少数量的四选一选择器扩展成八选一选择器。
解：（1）用一片双四选一数据选择器，实现八个输入端 （2）用使能端形成高位地址，实现三位地址，控制八个输入。
11
例2：用8选1扩展成16选1。
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
F(A,B,C) m(1,3,4,67, )
解：F(A,B,C) ABC ABC ABC ABC ABC
ABC ABC ABC AB 1
D0
D1
D2
D3
16
“0” B A C “1”
17
利用数据选择器直接实现逻辑函数产生器的一般步骤
a、将函数变换成最小项表达式 b、将使能端接有效电平 c、地址信号作为函数的输入变量（注意高低位） d、数据输入作为控制信号
7 65 4 3 2 10 0
1
MUX
2
低位片
Y A0 A1 A2
A3
1
D15D14D13D12D11D10D9 D8
7 65 4 3 2 10 0
1
MUX
2
高位片
Y
0
&
1 Y 0
0
12
三、 数据选择器应用
D
1. 数据选择器的扩展
C
B
A
（1）字的扩展：组成
16选1多路器
16选1数据选择器： 数据输入端：16路 通道地址码：4位。
3
二、数据选择器
多输入 选择 一输出
n （一） 分类：二选一、四选一、八选一、十六选一
1. 四选一数据选择器
A1A0——通道选择信号(地址码输入） D3~D0——数据输入端
ST ——使能控制端 ST 0 ——选择器处于工作态
4
4选1数据选择器的电路分析
（1）逻辑电路
2 位地址 码输入端
A1
A0
74151的输出即为逻辑函数L
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
0 1
18
思考：可否仅用一片4选1实现同样的逻辑函数？
例 用四选一数据选择器实现逻辑函数
F ( A, B,C, D) ABC AC ACD
解 仔细观察函数F可以看出，F的各个与项均包含变量A、C， 因此，用A、C作地址选择码是合适的。将F作如下变形:
( 6 )用MSI芯片设计组合逻辑电路最简单和最常用的方法 ： 用数据选择器设计多输入、单输出的逻辑函数； 用译码器设计多输入、多输出的逻辑函数。
37
重点难点
重点： 组合逻辑电路的概念 组合逻辑电路的分析与设计方法 常用组合模块的功能及应用
难点：
灵活运用模块进行电路设计 组合电路的竞争与冒险的判断与消除
D
“1”
D1=CD CD=D
D2 CD CD D
用八选一实现：
“0”
C
ABC 地址码输入A2A1A0
B A
“1”
D0=D1=1 D2=D3=D
“1” D
D4 D5 D
D D
D6=D7=0
D “0”
“0”
27
4.6 组合电路中的竞争与冒险
竞争与冒险 竞争与冒险的判断 冒险现象的消除
28
一、竞争与冒险
思考：多路器 实现逻辑函数 与译码器实现 逻辑函数，两 者之间有何区 别与联系？
例 试用74LS151产生逻辑函数 L XYZ XYZ XY
解：
L=XYZ+XYZ+XY
L XYZ XYZ XYZ XYZ
EN
X
A
L=m3D3+ m5D5+ m6D6+ m7D7 Y
B
Z
C
74LS151
于是当 D3=D5=D6=D7=1 和 D0=D1=D2=D4=0 时，
25
例：试分别用四选一和八选一选择器实现逻辑函数
F(A,B,C,D) m(0,1,2,35, ,7,8,10)
解： 用四选一实现： AB 地址码输入A1A0 用八选一实现： ABC 地址码输入A2A1A0
26
（二）数据选择器的应用
“0”
用四选一实现：
B A
AB 地址码输入A1A0
“0”
D
D0=1 D3=0
EN
C 74LS151
B
A
Y
Y0
D00
D0
D01
D1
D02
D2
D03
D3
D04
D4
D05
D5
D06
D6
D07
D7
Y
Y0
EN
C
74LS151
B
A
Y
D10
D0
D11
D1
D12
D2
D13
D3
D14
D4
Y
D15
D5
D16
D6
D17
D7
Y1
Y1
14
2. 数据选择器实现逻辑函数产生器—直接产生
D7
由多路器输出Y的表达式:
吸收法： 取样法：
加滤波电容使输出信号变坏，引起波形的上升、 下降时间变长，不宜在中间级使用。实验调试阶 段采用的应急措施；
加取样脉冲对逻辑冒险及功能冒险都有效。目
前大多数中规模集成模块都设有使能端，可以
将取样信号作用于该端，待电路稳定后才使输
出有效。
35
小结
（１）组合电路
任何时刻的输出仅决定于当时的输入，而与电路原来的状 态无关；它由基本门构成，不含存贮电路和记忆元件，且 无反馈线。 （２）组合电路的分析
Y miDi
i
9
74LS151的功能表
输入
输出
使能 选 择 W /W
S A2 A1 A0 H XXX L H
L L L L D0
D0
L L L H D1
D1
L L H L D2
D2
L L H H D3
D3
L H L L D4
D4
L H L H D5
D5
L H H L D6
D6
L H H H D7
F AC BC
当A=B=1时，F=1
29
4.6 组合电路中的竞争与冒险
竞争： 在组合电路中，信号经由不同的途径达到 某一会合点的时间有先有后。
冒险：由于竞争而引起电路输出发生瞬间错误 现象。表现为输出端出现了原设计中没 有的窄脉冲，常称其为毛刺。
竞争与冒险的关系： 有竞争不一定产生冒险； 有冒险就一定有竞争。
能有险象。
31
三、冒险现象的消除
1. 利用冗余项
只要在卡诺图两圈相切处增加一个圈 （冗余），就能消除冒险。
BC A 00 01 11 10
00 0 0 1
10 1 1 1
由此得函数表达式为： F AC BC AB
32
三、冒险现象的消除
２. 吸收法
在输出端加小电容C可 以消除毛刺。但是输 出波形的前后沿将变 坏, 在对波形要求较 严格时，应再加整形 电路。
4.5 数据选择器 概述 数据选择器
1
4.5 数据选择器
一、概述
数据选择器 在多个通道中选择其中的某一路，或 个信息中 选择其中的某一个信息传送或加以处理。
多输入 选择 一输出
数据分配器 将传送来的或处理后的信息分配到各通道去。
一输入 分配 多输出
2
4.5 数据选择器
一、概述
发送端，并—串
接收端，串—并
38
F( A, B,C, D) ABC AC ACD
AC ACD ACB
AC 0 AC 1 AC D AC B 并与四选一的逻辑表达式进行比较可见， 地址选择码A1A0=AC，
数据输入分别为D0=0，D1=1，D2=D，D3 B ， 由此画出实现电
路如下图。 19
MUX
0
D0
2n 1
n变量逻辑函数的最小项表达式： F
mi ai
i0
若F=Y，要将函数F的输入变量作为选择器的地址端，并且
ai Di
22
例：用8选1数据选择器实现函数 F AB AC BC
F
A
A2
Y
B
A1
MUX
C
A0
EN
ST
0 1 23 4 5 6 7
1
23
（2）用2n选一数据选择器实现m变量逻辑函数（m>n）
D0 D1 D2
D3 D4 D5 D6 D7
1
EN
C 74LS151
B
A
Y
D0 D1 D2
D3
D4
D5
Y
D6 D7
EN
ຫໍສະໝຸດ Baidu
C
74LS151
B
A
Y
D8
D0
D9
D1
D10
D2
D11
D3
D12
D4
Y
D13
D5
D14
D6
D15
D7
16选1数据选择器
Y ≥1
13
EN C B A
（2）位的扩展：二 位八选一的连接方法
a 扩展法—将2n选一数据选择器扩展为2m选一数据选择器
例：用8选1数据选择器实现
F （A，B，C，D） （ m 1，5，6，7，9，11，12，13，14）
0 1
A
EN 0 1 2 3 4 5 6 7
1
EN 0 1 2 3 4 5 6 7
A2
MUX
A1
A0
Y
B
C D
A2
MUX
A1
A0
Y
1 0
根据已经给定的逻辑电路，描述其逻辑功能。
（３）组合电路的设计 根据设计要求构成功能正确、经济、可靠的电路
（４）常用的中规模组合逻辑模块 加法器、比较器、译码器、编码器、数据选择器和 码组检验器等。
36
( 5 )上述组合逻辑器件除了具有其基本功能外，还可用来设 计组合逻辑电路。应用中规模组合逻辑器件进行组合逻 辑电路设计的一般原则是：使用MSI芯片的个数和品种 型号最少，芯片之间的连线最少；
1
1
使能信号输
S
入端，低电
Y：数据选择输平出有端。效
1
4 路数据
D0
输入端
D1
D2
D3
& ≥1 W
1路数据输 出端
4 选 1 数据选择器
5
（2） 工作原理及逻辑功能
1010 101
B
A
1
1
D0 D1 D2 D3
=10
EI
1
& ≥1
D00123
Y
功能表
输 使能
入 地址
输出
EN
B
A
Y
1
××
0
0
0
0
D0
1
输入端
A1
1
1 A2
1 & ≥1
1 1 1
74LS151的逻辑图
2个互补 W 输出端
1 W
8
3、八选一数据选择器CT74LS151
八选一需 三位地址码
ST 0 :选择器处于工作态
Y A2 A1A0D0 A2 A1A0D1 A2A1A0D2 A2A1A0D3
A2 A1A0D4 A2 A1A0D5 A2A1A0D6 A2A1A0D7
33
三、冒险现象的消除
3. 取样法
电路稳定后加入取样脉冲，在取样脉冲作用期 间输出的信号才有效，可以避免毛刺影响输出
波形。
加取样脉冲原则：
“与”门及“与非”门加 正取样脉冲
“或”门及“或非” 门 加负取样脉冲
34
三、冒险现象的消除
三种方法比较：
利用冗余项：只能消除逻辑冒险，而不能消除功能冒险；适 用范围有限；
30
二、竞争与冒险的判断
F AC BC 当A=B=1时， F C C
代数法 当函数表达式可以化成： F A A
F AA
即含有互补变量，A变量变化可能引起冒险。
卡诺图法
如函数卡诺图上为简化 作的圈相切，且相切处
BC
A 00 00
01 0
11 0
10 1
又无其他圈包含，则可 10 1 1 1
0
0
1
D1
0
1
0
D2
0
1
1
D3
Y D0 BA EI D1BAEI D2BA EI D3BAEI
6
2、双四选一数据选择器CT74LS153
公用控 制输入
使能端
数据 输入
输出端
7
3、八选一数据选择器CT74LS151
S
1个使能
D0
输入端
D1
D2
8 路数据 D3
输入端
D4
D5
D6
D7
3 个地址 A0
或者改变不同的地址输入（或地址输入的接法），也可以实 现不同的函数F；
在确定地址输入的条件下，决定数据输入端的逻辑变量和逻 辑常量的接法，即决定剩余函数
21
4、用数据选择器实现逻辑函数
（1）用2n选一数据选择器实现n变量逻辑函数。 2n 1 2n选1数据选择器，输出端Y的函数表达式 Y mi Di i0
1
D1
D
D2
Y
F
B
D3 A1 A0
AC
20
3. 数据选择器实现逻辑函数产生器—应用剩余函数
C
D 3 MUX
由多路器输出Y的表达式:
0
D2
F
F A B C ABC A B
1
D1
Y
C
D 0 A0 A1
A B C A BC A BC ABC
B
A
改变D3~D0的不同输入，可以实现不同的函数F；