（十一）【数电】（组合逻辑电路）数据分配器和数据选择器

【数电专栏】

A 数据分配器和数据选择器

A.a 数据分配器

<1> 数据分配器工作原理
数据传输过程 中，有时需要将数据 分配到不同的数据通 道上，能够完成这种 功能的电路称为数据分配器，亦称多路分 配器、多路调节器， 简称DEMUX，其电路 为单输入、多输出形 式。其原理框图如图 1所示。

数据分配器门级电路设计举例：

<2> 数据分配器和译码器的联系与区别

• 数据分配器和译码器有着相同的基本电路结构形式——由与非门组成的阵列；
• 在数据分配器中，D是数据输入端，A1A0是选 择信号控制端；在二进制译码器中，与D相应的是选 通控制端，A 1A0是译码输入端；
• 二进制译码器通常即可用作数据分配器，n线$2^n$线译码器即为1路-$2^n$路数据分配器

<3>MSI数据分配器
译码器用作数据分配器使用例子：


数据分配器和译码器是完全相同的两个器件，只是应用的侧重点不同而已。
如果A2A1A0为000，则选中Y’0，如果D为低电平，则片选有效，从Y’0正常溢出低电平。而如果D为1，则使能端无效，全部输出端封锁在高电平，Y;0输出高电平。

A.b 数据选择器

<1>数据选择器工作原理
数据选择器与数据分配器的功能正好相反，它完成从一 组输入数据中选出某一个的功能，是一种称为数据选择器 （Data Selector ）或多路开关（Multiplexer ）的逻辑电路。

逻辑函数表达式：

A1A0确定时，相当于输入D的某一路确定

从多路输入数字信号选择一个需要的信号输出。又称多路转换器或多路开关：

n与m关系：$2^m=n$

双4选1数据选择器74HC153：

内部电路图：

电路图：

输出端的逻辑式：

其中对于一个数据选择器：

$D_{10}-D_{13}：$数据输入端
$A_1、A_0：$选通地址输入端
$Y_1$：输出端
$S_1：$附加控制端

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A.c MSI数据选择器及其应用

• 级联扩展； （2个4选1=》8选1）
• 实现组合逻辑函数；

<1>八选一数据选择器74XX151
八选一MUX需要3个选择输入端，8个数据输入端，并 有互补的原码和反码两种输出形式。

<2>双 4选1数据选择器74XX153
74153包含两个完全相同的4选一MUX，两个MUX 有公共的地址输入端，而数据输入和输出端各自独立。 通过给定不同的地址代码（A1A0),即可从4个输入数据 中选出所需要的一个，并送至输出端Y。

<3>集成数据选择器的扩展

$Y_1$和$Y_2$必有一个是零，相或得到Y等于另一个。
$A_2{A}_1{A}_1$为000到011时，$A_2$始终为0，则${\overline{S}}_2$此时为1，下片被封锁，$Y_2$始终输出为0。
100到111，则同理得到上片封锁。

$A_4{A}_3{A}_2{A}_1{A}_0$为00000到01111时，1片选通有效，2片选通无效。
100000到11111则相反。

$\overline{CS}$为0，五片同时选通。A1A0对D0D1D2D3进行选择。

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<3>集成数据选择器的应用

左边是8选1的数据选择器，它的Y与右边新芯片的${\overline{S}}_C$相连。两个芯片都受S2S1S0控制。
如果S2S1S0为000，此时74151选中D0，D0对应的输入X0通过Y传输到Z这个信号，如果X0为低电平，则${\overline{S}}_C$有效，$Y_0^{\prime }$译成低电平。相反的X0为高电平，则${\overline{S}}_C$为高电平，$Y_0^{\prime }$封锁在高电平。
如果S2S1S0按照一定时间间隔递增，那么就可以将X0到X7分时从Y’0到Y;7传输出去。

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（二）用数据选择器设计组合逻辑电路
原理：若逻辑函数变量的数目与数据选择器选择输入 端的数目相等，则函数最小项的数目就与数据选择器输入端的数目相同，这样可以直接用数据选择器实现逻辑函数。

1 数据选择器输出变量的一般表达式：

$n：$数据选择器的地址变量个数
$M_i：$地址变量的最小项
2 表达式的特点：
具有标准与或表达式的形式：提供了地址变量的全部最小项；受片选端的控制。
受片选段的控制：$S^{\prime }=0$时有效；$S^{\prime }=1$时，Y=0;
一般$D_i$可以当作一个引入变量处理，可以取原变量、反变量、1、0.

2 设计步骤：

• 1 确定应该选用的数据选择器：n=k或n=k-1（n为地址变量个数；k为函数的变量个数）
• 2 将逻辑函数化为标准“与或”式（最小项之和形式）
• 3 写出数据选择器的输出函数表达式
• 4 对照比较，确定选择器各个输入变量的表达式（地址输入端$A_i$是什么；数据输入端$D_i$是什么。）
• 5 画出连线图

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使用数据选择器MUX和数据分配器DEMUX实现组合逻辑函数F的共同点是：

• 不用对F进行化简，省时方便；
• 检查和排除故障容易；
• 可以使集成芯片的数目减到最少。