数据选择器与分配器第九周
教案.第九讲-分配与选择器、加法器、比较器及电路中竞争冒险
）数据选择器
定义：根据需要将多路信号中选择一路送到公共数据线上的逻又称多路开关)。
输入端：2n个；输出端：1个。
11201110110()()(A A D A A D A A D +++12201210120()()(A A D A
A D A A D +++ 1数据选择器（74HC151、74HC25174HC251为输出三态端口，若使能输入为高电平，
100000C i C S i B i A i 00i
i i i i i i i i i B A B A C B A C B A ⊕⊕+++--11
☞ 集成4位加法器的级联——扩展为8位二进制数加法电路
例1：分析由集成四位加法器74HC283构成电路的逻辑功能。
74HC283
A 3A 2A 1A 0
B 3B 2B 1B 0
C 4
C 0
S 3S 2
S 1
S 0
"1"
反码+1=补码
组合逻辑电路中的竞争－冒险现象
（1）竞争－冒险的概念
竞争：数字电路从一个稳定状态转换到另一个稳定状态时，电路的2个输入信号出现同时向相反逻辑电平跳变的现象。
延迟：由于逻辑门的传输延迟时间和电路的负载电容、传输线分布电容效应等因素的影响，使得传输到同一个门输入端的一组信号到达的时间有先后之分。
数据选择器课程设计
数据选择器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解数据选择器的定义和作用，掌握其在信息技术领域的应用。
2. 学生能掌握数据选择器的基本结构和工作原理，了解不同类型的数据选择器。
3. 学生能运用所学知识，分析并选择合适的数据选择器解决实际问题。
技能目标：1. 学生能运用数据选择器进行数据筛选、排序和查找，提高数据处理能力。
2. 学生能通过实际操作，学会使用数据选择器进行数据分析和决策。
3. 学生能运用数据选择器设计简单的信息系统，提高编程实践能力。
情感态度价值观目标：1. 学生对数据选择器产生兴趣，培养主动探究信息技术知识的热情。
2. 学生通过学习数据选择器，认识到其在现实生活中的重要性，增强社会责任感。
3. 学生在合作学习中，培养团队协作精神和沟通能力，提高自信心。
课程性质：本课程为信息技术课程，旨在帮助学生掌握数据选择器的相关知识，提高数据处理和分析能力。
学生特点：学生具备一定的计算机操作基础，对信息技术感兴趣，具有较强的学习能力和动手能力。
教学要求：结合学生特点和课程性质，采用任务驱动、案例教学等方法，注重理论与实践相结合，培养学生的实际操作能力和创新能力。
通过本课程的学习，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面取得具体的学习成果。
二、教学内容1. 数据选择器概念：介绍数据选择器的定义、作用及其在信息技术领域的应用。
- 教材章节：第一章 数据处理基础2. 数据选择器类型与结构：讲解不同类型的数据选择器及其工作原理。
- 教材章节：第二章 数据选择器3. 数据选择器的使用方法：- 数据筛选：介绍筛选条件设置、筛选规则等。
- 数据排序：讲解排序规则、排序方法等。
- 数据查找：介绍查找算法、查找策略等。
- 教材章节：第三章 数据处理方法4. 数据选择器在实际应用中的案例分析：分析典型案例，引导学生运用数据选择器解决实际问题。
- 教材章节：第四章 数据处理案例分析5. 数据选择器编程实践：- 设计简单的信息系统：指导学生运用数据选择器进行编程实践，实现数据筛选、排序和查找等功能。
数据选择器与数据分配器
L ABC ABC AB
图4-32 例4-8的逻辑电路图
1.3 数据分配器
数据 输入端
数 据
输
出
端
选择端
图4-33 数据分配器示意图
1.3 数据分配器
D
数据 分配器
Y0 Y1
Y2
Y3
A1 A0
表4-17 1路-4路数据分配器真值表
1
0
D7
inst MULTIPLEXER
GN
D7
D6
D5
D4
D3
WN
D2
Y
D1
D0
C
B
A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ74151
(a) 8选1数据选择器74LS151
inst MULTIPLEXER
2C3
2C2
2C1
2C0
2GN
1C3
2Y
1C2
1Y
1C1
1C0
1GN
B
A
74153
(b) 双4选1选择器74LS153
出
W
1
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
数字电子技术
数据选择器与数据分配器
1.1 数据选择器
数
据
数据输出端
输
入
端
选择端 图4-27 2n选一数据选择器示意图
1.1 数据选择器
D0
四选一
D1
数据
Y
D2
选择器
D3
A1 A0
图4-28 四选一数据选择器逻辑符号
表4-15 四选一数据选择器真值表
实验九 数据选择器及其应用
实验九数据选择器及其应用一、实验目的1.掌握数据选择器的逻辑功能和使用方法。
2.学习用数据选择器构成组合逻辑电路的方法。
二、实验原理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。
它的功能相当于一个多个输入的单刀多掷开关，其示意图如下：图9-1 4选1数据选择器示意图图中有四路数据D0~D3，通过选择控制信号A1、A0（地址码）从四路数据中选中一路数据送至输出端Q。
1.八选一数据选择器74LS15174LS151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I0~I78个数据源，具有两个互补输入端，同相输出端Z和反相输出端Z。
其引脚图和功能表分别如下：2.双四选一数据选择器74LS153所谓双四选一数据选择器就是在一块集成芯片上有两个完全独立的4选1数据选择器，每个数据选择器有4个数据输入端I0~I3，2个地址输入端S0、S1，1个使能控制端E和一个输出端Z，它们的功能表如表9-2，引脚逻辑图如图9-3所示。
图9-3 74LS153引脚逻辑图表9-2 74LS153的真值表其中，EA、EB（1、15脚）分别为A路和B路的选通信号，I0、I1、I2、I3为四个数据输入端，ZA（7脚）、ZB（9脚）分别为两路的输出端。
S0（14脚）、S1（2脚）为地址信号，8脚为GND，16脚为VCC。
3.用74LS151组成16选1数据选择器用低三位A2A1A0作每片74LS151的片内地址码, 用高位A3作两片74LS151的片选信号。
当A3=0时，选中74LS151(1)工作, 74LS151(2)禁止；当A3=1时，选中74LS151(2)工作, 74LS151(1)禁止，如下图所示。
图9-4 用74LS151组成16选1数据选择器4. 数据选择器的应用①用74LS151实现逻辑函数BC A AC C B A Y ++=。
先将函数表达式写成最小项逻辑加的形式：BC A C B A ABC C B A Y +++= =m o +m 3+m 5+m 7显然，输入数据D 0=D 3=D 5=D 7=0，D 1=D 2=D 4=D 6=1，电路图如下：图9-5 用74LS151实现逻辑函数②用74LS153实现逻辑函数ABC C AB C B A BC A Y +++=函数Y 有三个输入变量A 、B 、C,而数据选择器有两个地址输入端S 1、S 0少于3个。
3.2.4数据选择器和数据分配器21页
i0
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5
2 八选一数据选择器74LS151
74LS151的逻辑符号
三个地址输入端A2、A1、A0， 八个数据输入端D0~D7， 两个互补输出的数据输出端Y和Y，
一个控制输入端S。
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6
74LS151的功能表
禁止 状态
工作 状态
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D
11
000 D
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11
图3.2.26 译码器作为数据分配器使用时的逻辑原理图
74LS138
所以在数字系统中数据分配器虽应用广泛但 不单独生产，一般由译码器特制构成。
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12
3 应用举例
1. 功能扩展 用两片八选一数据选择器74LS151，可以构成
十六选一数据选择器。
原、反码输出，三态
20
型号 CC40147
名称 10线-4线优先编码器
CC4532 8线-3线优先编码器 CC4555 双2线-4线译码器 CC4514 4线-16线译码器 CC4511 七段显示译码器 CC4055 七段显示译码器 CC4056 七段显示译码器 CC4519 四2选1数据选择器 CC4512 8路数据选择器 CC4063 4位数值比较器 CC40147 10线-4线优先编码器
试回忆用两片3－8线译码器74LS138实现4－ 16线译码器的方法。
利用使能端（控制端）。
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13
输出需适当处理（该例接或门）
仿真
扩展位 接
用控7制4L端S151构成A十3 =六1选时一，数片据Ⅰ选禁择器止，片Ⅱ工作
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第10讲数据选择器和分配器-文档资料
输出信号：1个；
地址码：n位； 2n ≥N
1、 4 选1数据选择器
第10讲 数据选 择器和分配器
Digital Logic Circuit
选择控制输入 A1 A0
0 0
D0 D0 d d d
数据输入 D1 D2 D3 d D1 d d d d D2 d d d d D3
输 出 Y D0 D1 D2 D3
第 10 讲
Digital Logic Circuit
第10讲 数据选 择器和分配器
课时授课计划 课 程 内 容
第10讲 数据选 择器和分配器
Digital Logic Circuit
内容：数据选择器和分配器 目的与要求： 1．掌握四选一、八选一的逻辑功能，对应MSI器件 的使用 2．掌握用数据选择器实现组合函数的方法 3．了解数据分配器的逻辑功能 重点与难点： 数据选择器的逻辑功能及其实现组合函数的方法
演示
入 A1 A0 × 0 1 0 1 输 出 Y 0 D0 D1 D2 D3
输 S 1 0 0 0 0 D × D0 D1 D2 D3
× 0 0 1 1
74LS153 1 2 3 4 5 6 7 8
1S
A1 1D 3 1D 2 1D 1 1D 0 1Y GND
2. 8选1数据选择器-74LS151
第10讲 数据选 择器和分配器
Digital Logic Circuit
教学方法设计： 比较学习选择器和分配器 课堂讨论： 实际：数字波段开关在仪表中的使用，信道复用 分时传送技术 现代教学方法与手段： 大屏幕投影 复习（提问）： 3线—8线MSI译码器的逻辑功能？
数据选择器
Digital Logic Circuit
数据选择和分配器
S1 — 数据输入（D）
Y 0 ~ Y 7 — 数据输出（ D）
S2 、S3 — 使能控制端
S2 S3 0时, 实现数据分配器的功能 。
S3 — 数据输入（D） Y 0 ~ Y 7 — 数据输出（ D） S1 、S2 — 使能控制端 S1 1 , S 2 0时 , 实现数据分配器的功能 。
四、用数据选择器实现组合逻辑函数
1ST = 1 时，禁止数据
0 0
00××× 00×××
0 1
0 1
1D0
选择器工作，输出 1Y = 0。
0 0
01×× 01××
0 1
× ×
0 1
1D1
1ST = 0 时，数据选择 器工作。输出哪一路数据 由地址码 A1 A0 决定。
0 1 0 × 0 × ×0 0 1 0 × 1 × × 1 1D2 0 1 1 0 × × ×0 0 1 1 1 × × × 1 1D3
数据输出
数据
输入 D
1 路-4 路 数据分配器
选择控制
A1 A0
真
A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3
0 0 D0 0 0
值 0 1 0 D0 0
表 1 0 0 0D 0
1 1 0 0 0D
Y0 D A1 A0
函
Y1 D A1 A0
数
Y2 D A1 A0 Y3 D A1 A0
式
Y0 Y1 Y2 Y3
1 C1
1 D2 D3
令 A1 = A, A0 = B 则 D0 = 0 D1 =D2 = C D3 = 1
（4）画连线图(略)
用数据选择器实现函数 Z m 3,4,5,6,7,8,9,10,12,14
[解] (1) n = k-1 = 4-1 = 3 用 8 选 1 数据选择器 74LS151
数据选择器和数据分配器
集成数据选择器的规格、品种较多，因此，重要的是要能够看懂真值表，理 解其逻辑功能。
集成数据选择器的芯片种类很多，常用的有2选1，如CT54157、CT54158；4 选1，如CT54LS153、CT54LS353；8选1，如CT74151、CT74LS251。16选1，如 CT54150等。CT74LS251的引脚排列如图（a）所示，逻辑符号如图（b）所示。
（a）引脚排列
（b）逻辑符号
CT74LS251的引脚排列和逻辑符号
如果现有的集成数据选择器通道不够，则可利用多片级联来进行扩展。例如， 用一片CT74LS251（8选1数据选择器）做低位芯片，用另一片CT74LS251做高位芯 片，要使16个通道的数据选1输出，必须有四个地址输入端A、B、C、D，将A端与 高位芯片的 相连，并经过非门与低位芯片的 相连，如下图所示。
3）根据最小项表达式将数据输入端做如下赋值：
D0 D1 D3 D5 D6 D7 1
画出函数的逻辑图，如下图所示。
D2 D4 0
例7.5的逻辑图
本例函数Y m(0,1,3,5,6,7,) 也可以用4选1芯片来实现，如CT74153，
逻辑图如下图所示。选择 、 作为地址输入，即用两变量 、 组成最小项，用第 3个变量作为数据输入，即可实现该函数。
用74LS251实现16选1数据选择器
当A=1时，低位芯片工作，高位芯片处于禁止状态。根据 的地址输入信 号，输出低八路数据 中的一路。
当 时，高位芯片工作，低位芯片处于禁止状态。根据 的地址输入信号， 输出高八路数据 中的一路。
该电路具有16选1数据选择器的功能。
用数据选择器可以实现组合逻辑函数，其方法如下。 1）将给定的函数转化为最小表达式。 2）以最小项因子做数据选择器的输入地址。 3）将函数式中已存在的最小项mi相对应的数据输入端Di赋值为1，将函数 式中不存在的最小项相对应的数据输入端赋值为0。
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74LS151功能表：
使能控制
输入地址
E
A2
A1
A0
1
×
×
×
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
输出
Y
Y
D2
D2
D3
D3
D4
D4
D5
D5
D6
D6
D7
D7
2020/4/24
3.7 数据选择器与分配器
3、数据选择器的应用 例1：【数据选择器的扩展】试用一个双4选1数据 选择器74LS153接成一个8选1数据选择器。
Y A2 A1 A0 D0 EAA21AA1 0A0 D1 A2 A1 A0 D2 A2 A1 A0 D3 A2 A1 A0 D4 A2 A1 A0 D5 A2 A1 A0 D6 A2 A1 A0 D7
A1 A0 E
2020/4/24
3.7 数据选择器与分配器
Y D0S1S0 D1S1S
2020/4/24
回顾：数值比较器
三、数值比较器的功能 能够实现比较两个数大小的电路称为数值比较器。
FA＝ B FA＜ B FA＞ B I A＞ B
74 85
I A＜ B
I A＝ B
B3 A3 B2 A2 B1 A1 B0 A0
B3 A3 B2 A2 B1 A1 B0 A0
2020/4/24
数据选择器与分配器
提示：从3以上逻辑式看出，数据选择器的输出包含了地址输
入的所有最D小i 项mi，因此数据选择器可以实现组合逻辑函数。 i0
2020/4/24
3.7 数据选择器与分配器
功能扩展： 两片四选一数据选择器 构成八选一数据选择器
A1 A0 E
A1 A0 E
2020/4/24
3.7 数据选择器与分配器
2、八选一选择器（74LS151）
Y(YD(CDBCAB)=AD)C=DB AC+BD CAB+AD+DCCBBAA++DDBCCBAA+DBCA
+DB+CDAB+DCBACA+D+DBBCCAA++DDBCBCAA+DCBA 令C=A2、B=A1、=mA0==+mmA300++，mm5则+3m+八6m+选m5 +9一m+m6数1+0 +m据m9选1+2 +m择m1105器+m的12逻+m辑1表5 达式为
3
3、Y数据D选0 SA择11SA器00 的D应1SA用11SA00 D2SA11SA00 D3SA11SA00 Dimi
i0
例2：【3实现组合逻辑函数】试用一个双4选1数据
选择器 74LDS1im53i实现逻辑函数： i0
Z
AB
BC
CA
解：令 A1 A，A0 B
Z AB BC CA A1 A0 A0 C CA1 A1 A0 A1 A0 C A1 A0 C A1 A0 C A1 A0 C A1 A0 0 A1 A0 C A1 A0 C A1 A0 (1 C) A1 A0 0 A1 A0 C A1 A0 C A1 A0 1
回顾：加法器 一、半加器与全加器有何区别 半加器只求本位和，并不考虑低一位的进位； 全加器则把本位两位数和低一位的进位相加。
2020/4/24
回顾：加法器
二、串行进位加法器和并位加法器的区别 串行加法器中，任一高位的加法运算必须在低位 全加器运算结束后才能进行，因此称为串行进位； 其特点是结构简单，但运算速度慢。 并行加法器，也叫超前进位加法器。 其特点是结构相对复杂些，但运算速度较快。
YF=D0 (C B A)+D1(C B A)+D2 (CBA)+D3(BCA)
+D4 (BC A)+D5 (BCA)+D6 (BCA)+D7 (CBA)
对照以上两个式子可知： D0=D3=D5=D6=D; D1=D2=D4=D7 =D
2020/4/24
3.7 数据选择器与分配器
Y(D根CB据A)C= =mA(02,3、,5,B6,9=,1A0,112、,15A)用Y=(最DAC小0B，项A)写=以出及m表(0达,3,式5,6：,9,10,12,15)
内部逻辑图
2020/4/24
3.7 数据选择器与分配器
真值表： 使能控制 地址选择输入
输出
E
A1
A0
Y
1
×
×
0
0
0
0
D0
0
0
1
D1
功能：
0 0
1
0
D2
1
1
D3
当E=1时，选择器不工作；当E=0时，逻Y辑式D0如S1S下0 : D1S1S0
3
Y D0 SA11SA00 D1SA11SA00 D2 SA11SA00 D3SA11SA00 Dimi i0
因为：Y D0SA11SA0 D1SA11SA0 D2SA11SA0 D3SA11SA0
可知：D0 3 0D,imi D1 D2 C, D3 1 i0
2020/4/24
3.7
数据选择器与分配Y 器AA22
A1 A0 D0 A1 A0 D3
A2 A1 A0 D1 A2 A1 A0 D4
A2 A1 A0 D2 A2 A1 A0 D5
3、数据选择器的应用 A2 A1 A0 D6 A2 A1 A0 D7
例3：【实现组合逻辑函数】用八选一数据选择器实现
函数：Y(YD(CDBCAB)=A)m=(0,3m,5(,06,,93,,150,612,9,1,51)0,12,15)
解：用用用最最小最小项小项写项写出写出表出达逻式表辑：达表式达：式如下：
2020/4/24
3.7 数据选择器与分配器
一、数据选择器（多路开关） P.85
在数字电路中，经常需要对多条传输线路中的 数字信号进行选择性输出，我们将此电路称为多 路选择器，多路选择器又叫做数据选择器，其主 要功能是用做数据通路，在选择信号控制下，从 多路输入数据中，选择一路作为输出，即只有一 个公共输出端，而输入则有多个 。
74LS151管脚排列图
逻辑表达式（E=0时）
Y A2 A1 A0 D0 A2 A1 A0 D1 A2 A1 A0 D2
Y
A2 A1 A0 D3 A2 A1 A0 D4 A2 A1 A0 D5
Y
A2 A1 A0 D6 A2 A1 A0 D7
2020/4/24
3.7 数据选择器与分配器
常见数据选择器有：四2选1（如74LS158）、 双4选1（如74LS153）、8选1（如74LS151）、 16选1（74LS150）等。
2020/4/24
3.7 数据选择器与分配器
1、四选一选择器（P.85）
E为使能控制端，A1A0为地址输入信号，D3-D0为数据输入端。
E
A1
A0
数据选择器示意图