数据选择器

数据选择器

一、数据选择器的定义及功能

　　数据选择是指经过选择，把多个通道的数据传送到唯一的公共数据通道上去。实现数据选择功能的逻辑电路称为数据选择器。它的作用相当于多个输入的单刀多掷开关，其示意图如下所示。

　　下面以4选1数据选择器为例，说明工作原理及基本功能。其逻辑图为：

　　功能表为：

　　为了对４个数据源进行选择，使用两位地址码BA产生４个地址信号。由BA等于00、01、10、11分别控制四个与门的开闭。显然，任何时候BA只有一种可能的取值，所以只有一个与门打开，使对应的那一路数据通过，送达Ｙ端。输入使能端Ｇ是低电平有效，当Ｇ＝１时，所有与门都被封锁，无论地址码是什么，Ｙ总是等于０；当Ｇ＝０时
，封锁解除，由地址码决定哪一个与门打开。
　　同样原理，可以构成更多输入通道的数据选择器。被选数据源越多，所需地址码的位数也越多，若地址输入端为Ｎ，可选输入通道数为2ⁿ。

二、集成电路数据选择器

1.74LS151集成电路数据选择器的功能

　　74LS151是一种典型的集成电路数据选择器，它有3个地址输入端CBA，可选择D₀～D₇ ８个数据源，具有两个互补输出端，同相输出端Ｙ和反相输出端Ｗ。其逻辑图和引脚图分别如下所示：

　　功能表为：

输入 输出 使能 选择 Ｙ Ｗ Ｇ Ｃ Ｂ Ａ Ｈ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｌ Ｌ Ｈ Ｈ Ｌ Ｌ Ｈ Ｈ Ｌ Ｈ Ｌ Ｈ Ｌ Ｈ Ｌ Ｈ Ｌ D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Ｈ

　　由逻辑图可知，该逻辑电路的基本结构为“与一或一非”形式。输入使能Ｇ为低电平有效。输出Ｙ的表达式为: 式中
。M_i为CBA的最小项。例如，当CBA＝010时，根据最小项性质，只有M₂为１，其余各项为０，故得Ｙ＝D₂，即只有D₂传送到输出端。
　　上面所讨论的是１位数据选择器，如需要选择多位数据时，可由几个１位数据选择器并联组成，即将它们的使能端连在一起，相应的选择输入端连在一起。２位８选１数据选择器的连接方法如下图所示
。当需要进一步扩充位数时，只需相应地增加器件的数目。

　　可以把数据选择器的使能端作为地址选择输入 ，将两片74LS151连接成一个16选１的数据选择器，其连接方式如下图所示。16选16选１的数据选择器的地址选择输入有４为４位，其最高位Ｄ与一个８选１数据选择器的使能端连接，经过一反相器反相后与零一另一个数据选择器的使能端连接。低３位地址选择输入端CBA由两片74LS151的地址选择输入端相对应连接而成。

2.数据选择器的应用

　　数据选择器除实现有选择的传送数据外，还有其他用途，下面介绍几种典型应用。

(1)逻辑函数产生器
　　从74LS151得逻辑图可以看出，当使能端Ｇ＝０时，Ｙ是Ｃ、Ｂ、Ａ和输入数据D₀～D₇的与或函数，它的表达式可以写成

　　式中m_i是Ｃ、Ｂ、Ａ构成的最小项。显然。当D_i＝１时，其对应的最小项m_i在与或表达式中出现，当D_i＝０时，对应的最小项就不出现。利用这一点，不难实现组合逻辑函数。
　　已知逻辑函数，利用数据选择器构成函数产生器的过程是，将函数变换成最小项表达式，根据最小项表达式确定各数据输入端的二元常量。将数据选择器的地址信号Ｃ、Ｂ、Ａ作为函数的输入变量，数据输入D₀～D₇，作为控制信号，控制各最小项在输出逻辑函数中是否出现，使能端Ｇ始终保持低电平，这样８选１数据选择器就成为一个３变量的函数产生器。

　　例1 试用８选１数据选择器74LS151产生逻辑函数

　　解：把式变换成最小项表达式：

　　显然D₃、D₅、D₆、D₇，都应该等于１ ，而式中没有出现的最小项m₀，m₁，m₂，m₄的控制变量D₀、D₁、D₂、D₄都应该等于０，由此可画出该逻辑函数产生器的逻辑图：

　　例2 试用与上例相同的８选１数据选择器产生
　　解：根据表达式列出真值表如下：

　　从表中可以看出，凡使L值为1的那些最小项，其控制变量应该等于１，即D₁、D₂、D₄、D₇等于１（对应XYZ：001、010、100、111），其他控制变量均等于０。由此可得逻辑函数产生器：

　　通过上面两例可以看出，与用各种逻辑门设计组合逻辑电路相比
，使用数据选择器的好处是无需对函数化简。

（2）实现并行数据到串行数据的转换

　　上图是实现并／串行转换的电路框图和输出信号时序图。
　　电路由８选１数据选择器和１个３位二进制计数器构成。计数器的作用是累计时钟脉冲的个数，当时钟脉冲CP一个接一个送入时，计数器的输出端Q₂Q₁Q₀从000→001→010→…→111依次变化。由于Q₂Q₁Q₀与选择器的地址输入端Ｃ、Ｂ、Ａ相连，因此Ｃ、Ｂ、Ａ就随时钟脉冲的逐个输入从000到111变化，选择器的输出Ｙ随之接通D₀、D₁、D₂
、…D_n。当选择器的数据输入端D₀～D₇与一个并行８位数01001101相连时，输出端得到的就是一串随时钟节拍变化的数据０－１－０－０
－１－１－０－１，这种数称为串行数据。为了简单起见，图中时序图的时钟脉冲CP画成了尖窄脉冲。