eda四選一多路選擇器的設(shè)計(jì)

多路選擇器（又稱為數(shù)據(jù)選擇器）①功能

在選擇變量控制下，從多路輸入數(shù)據(jù)中選中某一路數(shù)據(jù)送至輸出端。對(duì)于一個(gè)具有2n個(gè)輸入和1個(gè)輸出的多路選擇器，有n個(gè)選擇變量。

典型中規(guī)模多路選擇器有雙4路數(shù)據(jù)選擇器74153，其引腳排列圖和邏輯符號(hào)如圖1（a）、（b）所示。

數(shù)據(jù)選擇器74153芯片含兩個(gè)4路數(shù)據(jù)選擇器，每個(gè)選擇器接收4路數(shù)據(jù)輸入，產(chǎn)生一個(gè)輸出，兩個(gè)4路數(shù)據(jù)選擇器共用兩個(gè)選擇變量。芯片有16條引線，其中1D0～1D3，2D0～2D3為8條數(shù)據(jù)輸入線，A1和A0為選擇輸入線，1Y、2Y為2條輸出線，1G、2G為使能控制端，另外有1條電源線和1條地線。

4路數(shù)據(jù)選擇器的輸出函數(shù)表達(dá)式為

式中，mi為選擇變量構(gòu)成的最小項(xiàng)。

多路選擇器除完成對(duì)多路數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇的基本功能外，還可用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并-串轉(zhuǎn)換、序列信號(hào)產(chǎn)生以及實(shí)現(xiàn)各種邏輯函數(shù)功能。

例如采用4路選擇器74153實(shí)現(xiàn)如下邏輯函數(shù)的功能

解給定函數(shù)為一個(gè)3變量函數(shù)，由于4路選擇器具有2個(gè)選擇控制變量，所以用來(lái)實(shí)現(xiàn)3變量函數(shù)功能時(shí)，應(yīng)該首先從函數(shù)的3個(gè)變量中任選2個(gè)作為選擇控制變量，然后再確定選擇器的數(shù)據(jù)輸入。假定選A、B與選擇控制端A1、A0相連，則可將函數(shù)F的表達(dá)式表示成如下形式：

顯然，要使4路選擇器的輸出Y與函數(shù)F相等，只需：。據(jù)此，可畫出邏輯電路如圖2所示。類似地，也可以選擇A、C或B、C作為選擇控制變量，選擇控制變量不同，數(shù)據(jù)輸入也不同。

設(shè)計(jì)背景：

該設(shè)計(jì)是以數(shù)字電子技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從四位數(shù)據(jù)中按照輸入的信號(hào)選中一個(gè)數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)所期望的邏輯功能。

設(shè)計(jì)方案：

用撥碼開關(guān)作四位數(shù)據(jù)及兩位控制端的輸入，LED作輸出，通過(guò)撥碼開關(guān)組成控制輸入端s1和s0不同組合，觀察LED與數(shù)據(jù)輸入端a，b，c，d的關(guān)系，驗(yàn)證四選一數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)的正確性。使用邏輯門電路與、或、非的組合來(lái)表達(dá)4選1數(shù)據(jù)選擇器，通過(guò)控制輸入的信號(hào)來(lái)控制輸出的信號(hào)值。

其邏輯電路如下圖：

其示意框圖如下：

其中輸入數(shù)據(jù)端口為DO、D1、D2、D3，A、A為控制信號(hào)，Y為輸出。

令A(yù)A‘=“OO”時(shí)，輸出Y=D0;

令A(yù)A’=“01”時(shí)，輸出Y=D1;

令A(yù)A‘=“10”時(shí)，輸出Y=D2;

令A(yù)A’=“11”時(shí)，輸出Y=D3;

真值表如下：

(1)設(shè)計(jì)思路

四選一多路選擇器設(shè)計(jì)時(shí)，定義輸入s為標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)漏記為SIDLOGIC輸出的信號(hào)Z的數(shù)據(jù)類型定義為2位標(biāo)準(zhǔn)邏輯矢量位STD_LOGIC_VECTOR（1DOWNTO0）。使用LBRATY語(yǔ)句和USE語(yǔ)句，來(lái)打開IEEE庫(kù)的程序包STDLOGIC_1164.ALL。當(dāng)輸入信號(hào)時(shí)，程序按照輸入的指令來(lái)選擇輸出，例如輸入信號(hào)為“OO”時(shí)，將a的值給z，進(jìn)而輸出z的值，輸入信號(hào)為“11”是，將a的值給z，進(jìn)而輸出z的值。若輸入信號(hào)是已經(jīng)定義的四個(gè)信號(hào)之外的值時(shí)（即當(dāng)正條件語(yǔ)句不滿足時(shí)），輸出值為x，并將x的值給輸出信號(hào)Z。這樣即可實(shí)現(xiàn)四選一數(shù)據(jù)選擇的功能。

程序

LIBRARY正EE：

USE

IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL：

ENTITYmux41is

PORT（a，b.c.d：NSTD_LOGIC：

INSTD_LOGIC_VECTOR（1

DOWNTO0）：

STD_LOGIC）：

OUT

END

mux41：

IS

ARCHITECTUREoneOF

mux41

BEGIN

PROCESS（s，a.b.c.d）

BEGIN

IS

CASES

WHEN“00”=》z《=a：

WHEN“01”=》z《=b：

WHEN“10”=》z《=c：

WHEN“11”=》z《=d：

WHENOTHERS=》z《-=null：

END

CASE;

ENDPROCESS：

END

one;

運(yùn)行結(jié)果

當(dāng)輸入信號(hào)“OO”時(shí)，輸出信號(hào)z的值為‘a(chǎn)’：

當(dāng)輸入信號(hào)“01”時(shí)，輸出信號(hào)z的值為‘b’;

當(dāng)輸入信號(hào)“10”時(shí)，輸出信號(hào)z的值為‘c’：

當(dāng)輸入信號(hào)“11”時(shí)，輸出信號(hào)z的值為‘d’：

波形仿真及描述

輸入：

的波形周期為10ns，b的波形周期為5ns，c的波形周期為15ns，d的波形周期為8nsos［1］的波形周期為5ns.s的波形周期為10ns。

(2)設(shè)計(jì)思路

定義6個(gè)輸入信號(hào)，一個(gè)輸出信號(hào)，當(dāng)控制信號(hào)A=‘1’時(shí)，muxval 的值加1，即muxval=muxva1+1當(dāng)控制信號(hào) B= ‘1’時(shí)muxval的值加2，即muxval-muxval+2。當(dāng)輸入值為‘i0’時(shí)，輸出q的值為0，當(dāng)輸入的值為“i1’時(shí)，輸出q的值為1，當(dāng)輸入值為‘i2’時(shí)，輸出q的值為2，當(dāng)輸入值為‘i3’時(shí)，輸出q的值為3。

程序

USE 正EE.STD LOGIC 1164.ALL;

ENTITY mus41

IS

（i0ji1，i2，i3，a，b ：N STD_LOGIC;

PORT

：OUT

STD_LOGIC ）;

ENS mux4;

OF

mux4 IS

ARCH ITE CT URE b_mux4

BE G N

Process （i0，il，i2，i3，a，）

Variable

0;

downto

musval

：integer rang

Begin

m uxv al ：=0;

if （a=‘l’）

musval:muxval+ l; end if;

then

if （b=‘I’） then

muxval ：muxwal + 2; end

if;

is

muxval

case

w hen 0= 》 q 《= i0;

when l= 》 q 《= il;

when2=》q《=2;

when3=》q《=i3;

others= 》null;

When

end

ca se;

end process;

END b_mux4;

運(yùn)行結(jié)果

當(dāng)輸入信號(hào)“OO”時(shí)，輸出信號(hào)z的值為‘i0’：

當(dāng)輸入信號(hào)“01”時(shí)，輸出信號(hào)z的值為‘i1’：

當(dāng)輸入信號(hào)“10”時(shí)，輸出信號(hào)z的值為‘i2’：

當(dāng)輸入信號(hào)“11”時(shí)，輸出信號(hào)z的值為‘i3’;

波形仿真及描述

a的波形周期為20ns，b 的波形周期為15ns，c 的波形周期為20ns，d 的波形周期為15ns，s的波形周期為8ns，s的波形周期為16ns。

輸出