[全]数字电路--数据分配器
常用组合逻辑电路
Y3 A0A1 A0A1 A0A1 A0 A1 A0A1
逻辑图
Y0 A0A1 A1 A0
Y1 A0A1 1 1
Y2 A0A1
Y3 A0A1
&
Y3
&
Y2
&
Y1
&
Y0
2-4线译码器74LS139的内部线路
A1
1
A0 输入
1 1
&
Y3
&
Y2
&
输出
Y1
&
Y0
S
加了1个控制端
74LS139的功能表
9十个数字。
8421BCD码编码表
输出 输 入 Y3 Y2 Y1 Y0
0 (I0) 1 (I1) 2 (I2) 3 (I3) 4 (I4) 5 (I5) 6 (I6) 7 (I7) 8 (I8) 9 (I9)
00 00 00 01 00 10 00 11 01 00 01 01 01 10 01 11 10 00 10 01
T4147 编码器功能表
输 入 （低电平有效）
输 出（8421反码）
I9 I8 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 Y3 Y2 Y1 Y0
1 1 11 11111 0 1 0 1 1 0 1 1 10 1 1 1 1 0
1111 0110 0111 1000 1001 1010
4位
Q0 Q1 Q2 Q3
1
0 0 1
译 码 器
码
0a
0 0 0 1 0 0
cb ed
f
g
7个
(共阳极)
七段显示译码器状态表
输入
a
Q3 Q2 Q1 Q0
数据选择器与数据分配器的设计与仿真
数据选择器与数据分配器的设计与仿真数据选择器与数据分配器的设计与仿真摘要：基于量⼦元胞⾃动机的双稳态特性和数字电路，本⽂探讨了4位数据选择器和4位数据分配器的设计⽅法，并利⽤QCADesigner仿真验证了其电路设计的正确性，对以后8位、16位或更⾼位的数据选择器与数据分配器具有⼀定的借鉴意义。
关键词：量⼦元胞⾃动机、数据选择器和数据分配器、QCADesigner仿真1、引⾔有研究认为，当电⼦器件的尺⼨达到70 nm 时, 由于功率耗散和相互连接等问题使得基于传统CMOS 技术的器件尺⼨的进⼀步减⼩变得不太可能[1]，这就需要发展⼀种不同于传统CMOS 的器件技术来使电⼦器件能继续朝纳⽶级⽅向发展。
近年来，有些学者提出量⼦元胞⾃动机(Quantum Cellular Automaton，QCA)的结构，它通过电⼦在量⼦元胞⾃动机上占据的位置来携带⼆进制信息⽽不是通过传统的电流开关来表⽰⼆进制信息。
量⼦细胞⾃动机的结构, 在⽤分⼦实现时, 其特征尺⼨仅为⼏纳⽶，具有低功耗、⾼集成度和⽆引线集成等优点, 将是新⼀代的电⼦元件之⼀。
然⽽，基于QCA实现数字逻辑系统，均需要展开⼤量的研究⼯作。
作为基于QCA数字逻辑系统的基础，需要有完整的逻辑单元库。
迄今，虽然有⼈提出了各种加法器[2-4]、乘法器[5]和其他电路[6]的设计，但是，数据选择器和数据分配器的设计还缺乏研究。
本⽂结合QCA和数字电路相关知识和化简思想的设计了数据分配器和数据选择器，并利⽤QCADesigner仿真验证了其电路设计的正确性。
此外，此电路设计中采⽤基本QCA器件组合和相同逻辑功能电路合并的思想，具有较强的普适性，对以后的电路设计也有⼀定的借鉴意义。
2、量⼦元胞⾃动机的基本元素QCA是由基本的逻辑器件组成的，这些基本量⼦器件主要有含有两个静电⼦的标准元胞和旋转元胞，每个元胞通过内部电⼦所处的位置定义它的极性，元胞之间极性的传递或改变是依靠两元胞间电⼦的库仑作⽤和元胞内电⼦的隧穿作⽤，每个元胞中的电⼦被⾼度极化，电⼦云密度沿元胞两个垂直的对⾓分布中的⼀个⽅向分布，⼀个元胞的极化能引起临近元胞的极化，从⽽实现数据的传递。
8数据选择器和数据分配器
数字电路-08数据选择器和数据分配器应用实验一． 实验目的1. 了解变量译码器和数据选择器的逻辑功能和具体应用。
2. 熟悉中规模组合逻辑器件功能的测试和设计方法。
二． 实验原理（1）变量译码器变量译码器有n 个输入，2n个输出，每个输出唯一地对应一组输入构成的二进制 码，当且仅当输入组合为该码时，输出呈有效电平。
中规模TTL 集成译码器有74LS139（双2输入、4输出）、74LS138（3输入、8输出）和74LS154（4输入、16输出），输出均为低电平有效，并具有低电平有效的使能控制端S —-。
变量译码器除在数字系统中起二进制译码作用外，还可实现组合逻辑函数、数据分配等功能。
74LS139的引脚图如图8-1（a ）所示，片上有两个独立的2线-4线译码器，各 输出逻辑表达式为：Y ——0 =01A A S ⋅⋅、Y ——1 = 01A A S ⋅⋅、Y ——2 =01A A S ⋅⋅、Y ——3 = 01A A S ⋅⋅显然，当使能S —-为有效电平“0”时，如果译码器A 1，A 0输入的是逻辑函数的输入变量A ，B ，则Y ——i 代表了A ，B 构成的最小项m i 的反函数（最大项）。
所以，2线-4线通用译码器可附加与非门（与门）实现用标准与-或（标准或-与）表达式表示的二变量组合逻辑函数。
同理，n 线-2n 线通用译码器可实现n 变量的组合逻辑函数。
如果把译码器的使能端S 作为数据输入端，则可实现数据分配功能。
被分配的串行数字信号D i 从S 输入，当A 1，A 0为不同的二进制码时，D i 信号被分配到译码器对应的输出端Y ——i 。
比如A1A0为“11”时， D i 信号被分配到Y ——3，此时Y ——0～Y ——2输出均为高电平。
（a ） （b ） （c ）图8-1 器件引脚排列（2）数据选择器数据选择器有n 位控制信号，2n 个数据输入。
每组控制码能够选择唯一的一个数据输出，类似由控制码切换的多选一开关。
数电入门组合逻辑电路
加法器（Adder）*
• 上次我们自己搭了一个“半加器”，而实 际应用的都是全加器，但多位连接方式不 同：
• “串行加法器”：结构简单，延时严重；
• “超前进位加法器”：结构复杂，运算速 度快，常用的有一款74LS283。
• 组合逻辑电路概述 • 数据选择器和数据分配器* • 加法器* • 编码器和译码器 • 结识七段数码管 • 小实验：编码-译码-显示
结识七段数码管
• 数码管大家应该不陌生，它的原理也很简 单，仅仅是由七段长条形的发光二极管拼 成“8”字形，外加上小数点，可以显示数字 和个别字母。
• 二极管公共端为负极：“共阴”数码管， 输入为正逻辑；反之为“共阳”数码管， 负逻辑。
g f GNDa b a
a
b
c
f
Hale Waihona Puke bgde
c
e
d ·dp
f g
编码器（Encoder）
• 普通编码器：任何时刻只允许输入一个编 码信号，否则输出将发生混乱。
• 优先编码器：允许同时输入两个以上的编 码信号，在设计的优先编码器的时候已经 将所有的输入信号按优先顺序排了队，当 几个输入信号同时出现时，只对其中优先 权最高的一个进行编码。例：74LS148。
74LS14 8
• 验证74LS48的功能：D--A接到8个逻辑电平 开关上，输出与共阴极数码管的a--g相连。 观察不同输入时数码管的显示。另外，验证 各附加控制端的功能。
• 也可以自己想办法让数码管显示其他字符！
• 将74LS148和74LS48通过非门相连，构成编 码—译码—显示电路。其中，非门可选用 74LS00。
小实验：编码-译码-显示
• 每人拿到74148、7448、7400、数码管各 一……一会自己有好点子可以多要几 片……
数字电子技术基础总结
01
如果要实现的逻辑函数中的变量个数与数据选择器的地址输入端的个数不同，不能用前述的简单办法。应分离出多余的变量，把它们加到适当的数据输入端。
d、处理数据输入D0~D7信号电平。逻辑表达式中有mi ,则相应Di =1，其他的数据输入端均为0。
02
解法一：
其中：S2=A,S1=B,S0=C
选取编码方案的原则应有利于所选触发器的驱动方程及电路输出方程的简化和电路的稳定
例 设计一个串行数据检测器。对它的要求是：连续输入3个或3个以上的1时输出为1,其它情况下输出为0. 解：设输入数据为输入变量，用X表示；检测结果为输出变量，用Y表示，其状态转换表为 其中S0为没有1输入的以前状态，S1为输入一个1以后的状态，S2为输入两个1以后的状态，S3为连续输入3个或3个以上1的状态。 由状态表可以看出，S2和S3为等价状态，可以合并成一个。
A B C D
L
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 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1
试分别用以下方法设计一个七进制计数器：
试分别用以下方法设计一个七进制计数器：
利用74290的异步清零功能；（2）利用74163的同步清零功能；（3）利用74161的同步置数功能。
74161
试分别用以下方法设计一个七进制计数器： 利用74290的异步清零功能；（2）利用74163的同步清零功能；（3）利用74161的同步置数功能。
第三章 组合逻辑电路的分析与设计 基本要求 1.正确理解以下基本概念：逻辑变量、逻辑函数、“与、或、非”基本逻辑关系、竞争冒险。 2.熟练掌握逻辑函数的几种常用的表示方法：真值表、逻辑表达式、逻辑图、卡诺图。并能熟练的相互转换。 3. 熟练掌握逻辑代数基本定律、基本运算规则，能够熟练用其对逻辑函数进行代数化简及表达式转换。 4. 熟练掌握卡诺图化简法。 5.熟练掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法。
数字电子技术(第四版)(孙津平)章 (4)
图 3.22 例8的连接图
3. 例9
试用八选一数据选择器74LS151产生逻辑函数
解 把逻辑函数变换成最小项表达式：
八选一数据选择器的输出逻辑函数表达式为
若将式中A2、A1、A0用A、B、C来代替, D0=D1=D3= D6=1, D2=D4=D5=D7=0，画出该逻辑函数的逻辑图， 如图 3.23所示。
1. 74LS151是一种典型的集成电路数据选择器。 如图3.21所示 是74LS151的管脚排列图。 它有三个地址端A2A1A0。 可选择
D0～D7八个数据， 具有两个互补输出端W和Ｗ。 其功能如表3.12
所示。
图 3.21 74LS151 （a） 符号图; (b) 管脚图
2. 例 8 用两片74LS151连接成一个十六选一的数据选择器。 解 十六选一的数据选择器的地址输入端有四位， 最高
止工作。
图3.18 例7的连接图
3.4 数据选择器和数据分配器
3.4.1 数据选择器
数据选择器按要求从多路输入选择一路输出， 根据输入端 的个数分为四选一、 八选一等等。 其功能相当于如图3.19所示 的单刀多掷开关。
图3.19 数据选择器示意图
如图3.20所示是四选一选择器的逻辑图和符号图。 其
2. 非二进制编码器(以二-十进制编码器为例) 二-十进制编码器是指用四位二进制代码表示一位十进制数 的编码电路， 也称１0线-４线编码器。四位二进制代码共有16 种组合状态， 而0～9共10个数字只用其中 10 个状态， 所以二-十进制编码方案很多。 最常见是8421 BCD码编码器，
如图3.7所示。 其中,输入信号I0～I9代表0～9共10个十进制信号， 输出信号Y0～Y3为相应二进制代码。
话铃响用1表示， 铃没响用0表示。 当优先级别高 的信号有效时， 低级别的则不起作用， 这时用×表示； 用
《数字电子技术》详细目录
《数字电子技术》目录第1章数制与编码1.1 数字电路基础知识1.1.1 模拟信号与数字信号1.1.2 数字电路的特点1.2 数制1.2.1 十进制数1.2.2 二进制数1.2.3 八进制数1.2.4 十六进制数1.3 数制转换1.3.1 二进制数与八进制数的相互转换1.3.2 二进制数与十六进制数的相互转换1.3.3 十进制数与任意进制数的相互转换1.4 二进制编码1.4.1 加权二进制码1.4.2 不加权的二进制码1.4.3 字母数字码1.4.4 补码1.5带符号二进制数的加减运算1.5.1 加法运算1.5.2 减法运算第2章逻辑门2.1 基本逻辑门2.1.1 与门2.1.2 或门2.1.3 非门2.2 复合逻辑门2.2.1 与非门2.2.2 或非门2.2.3 异或门2.2.4 同或门2.3 其它逻辑门2.3.1 集电极开路逻辑门2.3.2 集电极开路逻辑门的应用2.3.3 三态逻辑门2.4 集成电路逻辑门2.4.1 概述2.4.2 TTL集成电路逻辑门2.4.3 CMOS集成电路逻辑门2.4.4 集成逻辑门的性能参数2.4.5 TTL与CMOS集成电路的接口*第3章逻辑代数基础3.1 概述3.1.1 逻辑函数的基本概念3.1.2 逻辑函数的表示方法3.2 逻辑代数的运算规则3.2.1 逻辑代数的基本定律3.2.2 逻辑代数的基本公式3.2.3 摩根定理3.2.4 逻辑代数的规则3.3 逻辑函数的代数化简法3.3.1 并项化简法3.3.2 吸收化简法3.3.3 配项化简法3.3.4 消去冗余项法3.4 逻辑函数的标准形式3.4.1 最小项与最大项3.4.2 标准与或表达式3.4.3 标准或与表达式3.4.4 两种标准形式的相互转换3.4.5 逻辑函数表达式与真值表的相互转换3.5 逻辑函数的卡诺图化简法3.5.1 卡诺图3.5.2 与或表达式的卡诺图表示3.5.3 与或表达式的卡诺图化简3.5.4 或与表达式的卡诺图化简3.5.5 含无关项逻辑函数的卡诺图化简3.5.6 多输出逻辑函数的化简*第4章组合逻辑电路4.1 组合逻辑电路的分析4.1.1 组合逻辑电路的定义4.1.2 组合逻辑电路的分析步骤4.1.3 组合逻辑电路的分析举例4.2 组合逻辑电路的设计4.2.1 组合逻辑电路的一般设计步骤4.2.2 组合逻辑电路的设计举例4.3 编码器4.3.1 编码器的概念4.3.2 二进制编码器4.3.3 二－十进制编码器4.3.4 编码器应用举例4.4 译码器4.4.1 译码器的概念4.4.2 二进制译码器4.4.3 二－十进制译码器4.4.4 用译码器实现逻辑函数4.4.5 显示译码器4.4.6 译码器应用举例4.5 数据选择器与数据分配器4.5.1 数据选择器4.5.2 用数据选择器实现逻辑函数4.5.3 数据分配器4.5.4 数据选择器应用举例4.6 加法器4.6.1 半加器4.6.2 全加器4.6.3 多位加法器4.6.4 加法器应用举例4.6.5 加法器构成减法运算电路*4.7 比较器4.7.1 1位数值比较器4.7.2 集成数值比较器4.7.3 集成数值比较器应用举例4.8 码组转换电路4.8.1 BCD码之间的相互转换4.8.2 BCD码与二进制码之间的相互转换4.8.3 格雷码与二进制码之间的相互转换4.9 组合逻辑电路的竞争与冒险4.9.1 冒险现象的识别4.9.2 消除冒险现象的方法第5章触发器5.1 RS触发器5.1.1 基本RS触发器5.1.2 钟控RS触发器5.1.3 RS触发器应用举例5.2 D触发器5.2.1 电平触发D触发器5.2.2 边沿D触发器5.3 JK触发器5.3.1 主从JK触发器5.3.2 边沿JK触发器5.4 不同类型触发器的相互转换5.4.1 概述5.4.2 D触发器转换为JK、T和T＇触发器5.4.3 JK触发器转换为D触发器第6章寄存器与计数器6.1 寄存器与移位寄存器6.1.1 寄存器6.1.2 移位寄存器6.1.3移位寄存器应用举例6.2 异步N进制计数器6.2.1 异步n位二进制计数器6.2.2 异步非二进制计数器6.3 同步N进制计数器6.3.1 同步n位二进制计数器6.3.2 同步非二进制计数器6.4 集成计数器6.4.1 集成同步二进制计数器6.4.2 集成同步非二进制计数器6.4.3 集成异步二进制计数器6.4.4 集成异步非二进制计数器6.4.5 集成计数器的扩展6.4.6 集成计数器应用举例第7章时序逻辑电路的分析与设计7.1 概述7.1.1 时序逻辑电路的定义7.1.2 时序逻辑电路的结构7.1.3 时序逻辑电路的分类7.2 时序逻辑电路的分析7.2.1时序逻辑电路的分析步骤7.2.2 同步时序逻辑电路分析举例7.2.3 异步时序逻辑电路分析举例7.3 同步时序逻辑电路的设计7.3.1 同步时序逻辑电路的基本设计步骤7.3.2 同步时序逻辑电路设计举例第8章存储器与可编程器件8.1 存储器概述8.1.1 存储器的分类8.1.2 存储器的相关概念8.1.3 存储器的性能指标8.2 RAM8.2.1 RAM分类与结构8.2.2 SRAM8.2.3 DRAM8.3 ROM8.3.1 ROM分类与结构8.3.2 掩膜ROM8.3.3 可编程ROM8.3.4 可编程ROM的应用8.4 快闪存储器（Flash Memory）8.4.1 快闪存储器的电路结构8.4.2 闪存与其它存储器的比较8.5 存储器的扩展8.5.1 存储器的位扩展法8.5.2 存储器的字扩展法8.6 可编程阵列逻辑8.6.1 PAL的电路结构8.6.2 PAL器件举例8.6.3 PAL器件的应用8.7 通用阵列逻辑8.7.1 GAL的性能特点8.7.2 GAL的电路结构8.7.3 OLMC8.7.4 GAL器件的编程与开发8.8 CPLD、FPGA和在系统编程技术8.8.1 数字可编程器件的发展概况8.8.2数字可编程器件的编程语言8.8.3数字可编程器件的应用实例第9章D/A转换器和A/D转换器9.1 概述9.2 D/A转换器9.2.1 D/A转换器的电路结构9.2.2 二进制权电阻网络D/A转换器9.2.3 倒T型电阻网络D/A转换器9.2.4 D/A转换器的主要技术参数9.2.5 集成D/A转换器及应用举例9.3 A/D转换器9.3.1 A/D转换的一般步骤9.3.2 A/D转换器的种类9.3.3 A/D转换器的主要技术参数9.3.4 集成A/D转换器及应用举例第10章脉冲波形的产生与整形电路10.1 概述10.2 多谐振荡器10.2.1 门电路构成的多谐振荡器10.2.2 采用石英晶体的多谐振荡器10.3 单稳态触发器10.3.1 门电路构成的单稳态触发器10.3.2 集成单稳态触发器10.3.3 单稳态触发器的应用10.4 施密特触发器10.4.1 概述10.4.2 施密特触发器的应用10.5 555定时器及其应用10.5.1 电路组成及工作原理10.5.2 555定时器构成施密特触发器10.5.3 555定时器构成单稳态触发器10.5.4 555定时器构成多谐振荡器第11章数字集成电路简介11.1 TTL门电路11.1.1 TTL与非门电路11.1.2 TTL或非门电路11.1.3 TTL与或非门电路11.1.4 集电极开路门电路与三态门电路11.1.5 肖特基TTL与非门电路11.2 CMOS门电路11.2.1 概述11.2.2 CMOS非门电路11.2.3 CMOS与非门电路11.2.4 CMOS或非门电路11.2.5 CMOS门电路的构成规则11.3 数字集成电路的使用。
数电常用组合逻辑功能器件
S0
Ci Si ∑
Ai B i Ci-1
A0 B0 C-1
本章小结
1．常用的中规模组合逻辑器件包括编码器、译码器、数据 选择器、数值比较器、加法器等。
2．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
L ? ABC ? ABC ? ABC ? ABC ? m1 ? m2 ? m4 ? m7 ? m1 ?m2 ?m4 ?m7
F ? ABC ? ABC ? ABC ? m3 ? m5 ? m6 ? m3 ?m5 ?m6
G ? ABC ? ABC ? ABC ? ABC ? m0 ? m2 ? m4 ? m6 ? m0 ?m2 ?m4 ?m6
A3 A2A1 A0
D7 D6 D 5 D4 D3 D2 D1 D0
2．实现组合逻辑函数
（1）当逻辑函数的变量个数和数据选择器的地址输入变量个数相同时，可直接 用数据选择器来实现逻辑函数。
例4.3.1 试用8选1数据选择器74151实现逻辑函数：
L ? AB? BC? AC
L
解： 将逻辑函数转换成最小
三、数据选择器的应用
1．数据选择器的通道扩展
用两片74151组成 “16选1”数据选择器
Y
Y
≥1
&
Y
Y
74151(2)
G A2 A1 A0
D7 D6 D 5 D4 D 3 D2 D1 D0
Y
Y
74151(1)
G A2 A1 A0
D7 D 6 D5 D4 D3 D2 D 1 D0
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数字电路--数据分配器
数据分配器
数据分配器——根据地址选择信号将一路输入数据传送到多路设备的某一输出端。
1．74LS139型2线－4线译码器引脚排列及功能
2．4路数据分配器
根据地址输入端A、B的取值组合，选中中的一路数据输出。
1. 准备工具、仪表器材2．核对检测元器件（1）清点元器件（2）检测元器件
4．测试电路
（1）对照测试线路图和装配图进行检查，仔细检查电路中各电路是否安装正确，导线、焊点是否符合要求，检查有极性器件是否安装并连接正确。
（2）用万用表R×1挡测电源与地之间的电阻。
发现短路，应先检查，排除短路点。
（3）检查无误后，按集成电路标记口的方向插上集成电路，方可通电测试。