数据选择器
尹其畅第十二讲数据选择器
01
02
03
新材料
采用新型半导体材料，如 碳纳米管、二维材料等， 提高数据选择器的性能和 能效。
新工艺
探索新的半导体工艺，如 纳米压印、电子束光刻等， 实现更精细的制程和更高 的集成度。
混合信号处理
结合模拟和数字信号处理 技术，提高数据选择器的 数据处理能力和效率。
应用前景
通信领域
用于高速通信系统中的 信号选择和处理，提高 通信质量和传输速率。
尹其畅第十二讲数据选择器
目录
• 数据选择器概述 • 数据选择器的种类 • 数据选择器的使用方法 • 数据选择器的设计方法 • 数据选择器的优缺点 • 数据选择器的未来发展
01
数据选择器概述
数据选择器的定义
数据选择器（也称为多路选择器或 MUX）是一种组合逻辑电路，它能够 根据输入的选择信号从多个数据输入 中选择一个数据输出。
3
考虑输出信号的驱动能力
根据数据选择器的驱动能力，选择适当的负载阻 抗和驱动电路，以满足输出信号的驱动要求。
选择数据输入线
确定数据输入线的数量
01
根据数据选择器的通道数和数据传输速率，确定所需的数据输
入线数量。
选择数据输入线的类型
02
根据数据传输速率和信号质量要求，选择适当的数据输入线类
型，如差分线或单端线。
8选1数据选择器的应用
常用于实现多个信号的复用和解码等操作。
16选1数据选择器
要点一
16选1数据选择器
有十四个数据输入端和四个地址输入 端。根据地址输入端的值，选择其中 一个数据输入端的数据作为输出。
要点二
16选1数据选择器的 工作原理
通过比较地址输入端的值，选择对应 的数据输入端的数据作为输出。例如 ，当地址输入端为0000时，选择第一 个数据输入端的数据作为输出；当地 址输入端为0001时，选择第二个数据 输入端的数据作为输出；以此类推。
数据选择器（MUX）
数据选择器（MUX）4.4.3 数据选择器(MUX)数据选择器原理集成数据选择器数据选择器扩展数据选择器应用(MUX-Multiplexer)11. 数据选择器原理数据选择器功能: 将多路输入数据中由n位通道选择信号确定的其中一路数据传送到输出端。
又称为“多路选择器”或“多路(数字)开关”。
数据输入D0 D1 DN-1n位通道选择信号（N=2n）同相或 Y 反相输出数据选择器功能示意图2…数据选择器原理例: 一种4-1MUX的功能表逻辑符号： S1 S0 0 0 1 1 0 1 0 1 F D0 D1 D2 D3S1 S0 F 4-1MUX D0 D1 D2 D3输出表达式: F = S 1 S 0 D 0 + S 1 S 0 D1 + S 1 S 0 D 2 + S 1 S 0 D 3= m0 D0 + m1 D1 + m2 D2 + m3 D3= ∑ mi Dii =03(其中mi是由通道选择信号S1,S0构成的最小项)3MUX的输出信号一般表达式2n -1 MUX的输出信号一般表达式：F = m 0 D 0 + m1 D1 + ? ? ? + m 2 n ? 1 D 2 n ? 1 =2 n ?1 i=0∑m Dii（其中mi 是n 位通道选择信号构成的最小项）42. 集成数据选择器例：8-1 MUX 74151S2X功能表使能 E 1 0 0 0 0 0 0 0 0 输出 Y 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Y 1 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7通道选择 S1 S0X X输出表达式为：Y = E (∑ mi Di )i =07（mi 是S2,S1,S0构成的最小项）0 0 0 0 1 1 1 10 0 1 1 0 0 1 10 1 0 1 0 1 0 1574151逻辑符号与引脚排列D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 E S2 S1 S0Y8YD3 D2 D1 D0 Y Y G GND11674HC151Vcc D4 D5 D6 D7 S0 S1 S274LS151 74HC1516具有三态输出的集成数据选择器例：8-1 MUX 74251 功能表S2X通道选择 S1 S0X X0 0 0 0 1 1 1 10 0 1 1 0 0 1 10 1 0 1 0 1 0 1使能 E 1 0 0 0 0 0 0 0 0输出 Y Z D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Y Z D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7(Z:高阻态)73. 数据选择器扩展例：用2片74151扩展成16-1MUXY ≥1 Y &- 通道扩展YY 74151(2)YG A 2 A1 S00 E S2 S 1 AD7 D6 D 5 D4 D 3 D2 D1 D0 1E A2 A 0 G S2 S11SA 0D7 D 6 D5 D4 D3 D2 D 1 D0D15 D14 D13 D12 D11 D10 D 9D8S A A A A33 S2 2 S11 S00D7 D6 D 5 D4 D3 D2 D1 D08数据选择器扩展 - 位扩展例：两位数的8-1 数据选择电路 S2 S1 S0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 Y1 Y0 I10 I00 I11 I01 I12 I02 I13 I03 I14 I04 I15 I05 I16 I06 I17 I07 I17 I10 I11D0 D1I00 I01D0 D18-1 MUXY0I07D7 S ~S E 2 08-1 MUXY1D7 S ~S E 2 03S2~ S0 E94. 数据选择器应用-多通道数据传输例：I 0 8-1 I 1 MUX I2 I3 Y I4 I5 I6 I 7 S2 S1 S0S2 S1 S0公共数据线Y0 Y1 Y2 Y3 D Y4 Y5 Y6 A2 A1A0 Y71-8 DEMUXA2 A1 A0利用数据选择器与数据分配器实现多路数据的分时传输10数据选择器应用-实现逻辑函数任何逻辑函数都可表示成最小项之和形式：F =∑ m （此 m 是由F的输入变量构成的最小项）i iiMUX的输出表达式： Y =∑2 n ?1i =0mi Di(此mi是由通道选择信号构成的最小项)一般，当用具有n个通道选择端的MUX实现n变量的逻辑函数时，只需将逻辑函数的输入变量与MUX的通道选择端一一对应，并令逻辑函数中mi所对应MUX输出表达式中的Di=1，其余项对应的Di=0，即可实现。
数据选择器的理解
"数据选择器"通常是指用于从给定数据集中选择、过滤或提取数据的工具、控件或
操作。
这个术语可能在不同的上下文中有不同的含义，以下是一些常见的理解：
1.数据库中的数据选择器：在数据库管理系统中，数据选择器是一种用于执
行查询的工具。
通过使用SQL（Structured Query Language）或图形用户界
面，用户可以指定条件，以从数据库表中检索满足这些条件的记录。
例如，
SELECT语句就是一种数据选择器，它可以从数据库中选择符合指定条件的数
据。
2.电子表格软件中的数据选择器：在电子表格软件（例如Microsoft Excel）
中，用户可以使用筛选、排序、公式等功能来选择和处理数据。
例如，通过
使用Excel的筛选功能，用户可以根据特定的条件过滤表格中的数据，实现
数据的选择与显示。
3.Web开发中的数据选择器：在Web开发中，数据选择器可以是指用户界面
上的下拉菜单、复选框、单选按钮等元素，用于让用户从预定义的选项中选
择数据。
这有助于提供用户友好的界面，以便用户可以轻松地从可选项中进
行选择。
4.编程语言中的数据选择器：在编程中，数据选择器可以是指用于选择、访
问数组、列表或其他数据结构中的元素的语法或函数。
例如，在Python中，通过索引或切片操作可以选择列表中的特定元素或子集。
总体而言，数据选择器是指用于从一组数据中选择或提取特定数据的工具、方法或控件。
具体的实现方式和使用方式会根据应用场景和工具的不同而有所不同。
数据选择器(MUX)
I7 S2S1S0
公共数据线
1-8 Y0
DEMUX
Y1 Y2
D
Y3 Y4
Y5
Y6
A2A1A0 Y7
S2 S1 S0
A2 A1 A0
利用数据选择器与数据分配器实现多路数据的分时传输
10
数据选择器应用-实现逻辑函数
任何逻辑函数都可表示成最小项之和形式：
∑ F = mi （此 mi 是由F的输入变量构成的最小项）
19
2.集成数值比较器
4位数值比较器(7485)功能表如下：
A3 B3 A3>B3 A3<B3 A3=B3 A3=B3 A3=B3 A3=B3 A3=B3 A3=B3 A3=B3 A3=B3 A3=B3 A3=B3 A3=B3
比较输入
A2 B2 A1 B1
×
×
×
×
A2>B2
×
A2<B2
×
A2=B2 A1>B1
IC1
A'I>AB>B'
1
A'I=AB=B'
A'I<AB<B' A>B A=B A<B
0
A 3B 3 A 2 B 2 A 1 B 1 A 0 B 0
比较时间固定为 两级芯片延迟，
IC6
A'I>A>BB '
AA''II=<AA=<BBBB''
NC
比串联方式快
A>B A=B A<B
输出比较结果
25
4.4.5 算术运算电路
I10
D0
0 1 1 I13 I03
数据选择器
数据选择器
数据选择器又名多路选择器，简称MUX，其功能是能从多个 数据输入通道中，按要求选择其中一个通道的数据传送到输出通 道中，类似于如图3-42所示的单刀多掷开关。
图3-42 单刀多掷开关
1．4选1数据选择器
如图3-43所示为4选1数据选择器。其中D0 ，D1 ，D2 ，D3 为 4个输入信号；A0 ，A1 为2个地址输入信号； 为输出信号。
例3.3.7 用数据选择器实现函数 F2 BC ABC D ABC D ABCD ABCD 。
解：
将函数整理后，可得
F2 BC ABC D ABC D ABCD ABCD ABC D ABCD ABCD ABC D ABCD ABC D ABC D ABCD ( ABC)D ( ABC)D (ABC)(D D) (ABC) 0 ( ABC)D ( ABC)D (ABC)(D D) (ABC) 0
2．8选1数据选择器
如图3-44所示为8选1数据选择器74LS151的逻辑符号图。
图3-44 集成8选1数据选择器74LS151图形符号
根据数据选择器的定义，可列出8选1数 据选择器的真值表，如表3-24所示。
输入
输出
S
A2
A1
A0
Y
Y
1
×
×
×
0
1
0
0
0
0
D0
D0
0
0
0
1
D1
D1
0
0
1
0
D2
D2
D1 A2 A1 A0
D7 A2 A1 A0
Y D0 A2 A1 A0 D1 A2 A1 A0 D7 A2 A1 A0
3．集成数据选择器
实验三 数据选择器及其应用
实验三数据选择器及其应用一、实验目的（1）通过实验的方法学习数据选择器的电路结构和特点。
（2）掌握数据选择器的逻辑功能及其基本应用。
二、实验设备（1）数字电路实验箱（2）74LS00、74LS153三、实验原理数据选择器（Multiplexer）又称为多路开关, 是一种重要的组合逻辑部件, 它可以实现从多路数据中选择任何一路数据输出, 选择的控制由专门的端口编码决定, 称为地址码, 数据选择器可以完成很多的逻辑功能, 例如函数发生器、桶形移位器、并串转换器、波形产生器等。
本次实验使用的是双四选一数据选择器。
常见的双四选一数据选择器为TTL双极型数字集成逻辑电路74LS153, 它有两个4选1, 外形为双列直插, 引脚排列如图2.7.1所示, 逻辑符号如图2.7.2所示。
其中D0、D1、D2、D3为数据输入端, A0、A1为数据选择器的控制端（地址码）, 同时控制两个选择器的数据输出, 为工作状态控制端（使能端）, 74LS153的功能表见表2.7.1。
其中：图2.7.1 图2.7.2输入输出A1A01Q2Q 1X X000001D02D00011D12D10101D22D20111D32D3表 2.7.1（1）设计实验以A.B代表正、副指挥, C.D代表两名操作员, “1”代表通过, “0”代表没有通过。
F代表产生点火信号, “1”代表产生点火信号, “0”代表没有产生点火信号。
只有当A.B 同时为“1”, 且C和D中至少有一个为“1”时, 输出F才为“1”, 及连接在电路中的指示灯亮起, 否则, 指示灯不亮。
据此, 画出真值表如图:A B C D F00000000100010000110010000101001100011101000010010101001011011000110111110111111画出卡诺图:ABCD00 01 11 1000 01 11 100000 0010 0010 0010降维：ABC00 01 11 100 100D0 0010再降维：AB 0 10 100 0C+D因为, 所以可以用74LS00实现C和D的与, 然后将C+D输入数据选择器, 配合地址端的A.B, 即可实现预设功能。
数据选择器
01
11
10
0
1
1 D0 D1 D3 D2
1
111
D0＝0 D1＝A0 D3＝1 D2＝A0
图 6 卡诺图确定Di端
D1 D0
“ 1”
“ 1”
A0
AA21
A1DA32D7D2D6DD1 5 DD04 D3 D2 D1 D
AA10
A0A1
A0
A0
F
(b)
F
图 7 四选一 实现的三变量多数(a表)决器
4.4.3数据选择器
数据选择器是指经过选择，把多个通道上的数据传 送到唯一的公共通道上去。
数据选择器又称多路选择器(Multiplexer, 简称MUX)，其 框图如图1(a)所示。它有n位地址输入、2n位数据输入、1位输 出。每次在地址输入的控制下，从多路输入数据中选择一路输 出，其功能类似于一个单刀多掷开关，见图1(b)。
为使F′=F则令 D0 0 D1 D2 A0 D3 1
（2）
由真值表得卡诺图如图 6 所示，选定A2A1为地址变量。 在控制
范围内求得Di数：D0=0,D1=A0, D2=A0, D3=1。结果与表达式对照
法所得结果相同。
AA02A1 00
01
11
10
0 D0 D1 D3 D2
AA02A1 00
(3) 卡诺图对照法。此法比较直观且简便，其方法是：首 先选定地址变量；然后在卡诺图上确定地址变量控制范围， 即输入数据区；最后由数据区确定每一数据输入端的连接。
“ 1”
A2
A2D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
A1
A1
A1
A0
A0
A0
数据选择器
数据选择器（Multiplexer，简称MUX）又名多路转换器。其功
能是从一组数据中选则某个数据输出
一、真值表
三、逻辑电路图
（以四选一数据选择器为例）
Y
A1 A0 Y
0 0 D0
≥1 &
A1
地 0 1 D1 址 1 0 D2
A0 1
码 1 1 D3
1
二、输出表达式
D3 D2 D1 D0
Y就是函数F1，电路连接如图。
F1
A0 1Y A1 74LS153
D0 D1 D2 D3 S
可见，当函数的变量数大于地
址变量数时，只需将函数各项最低 位的变量分离出来，并将其与数据
CCC10
选择器对应的数据输入端相连即可。
10
将上例函数用八选一数据选择函器数实变现量。数等于地址数
解: (1) 首先将函数写为最小项与或表达式
A2 A1 A0 D4 A2 A1 A0 D5 A2 A1 A0 D6 A2 A1 A0 D7
注意变量高低位顺序！ 6
2. 数据选择器的应用
（1）数据选择器通道的扩展
例3-12 用两块四选一数据选择器实现八选一功能。
利用使能端作为其最高位（第三位）的地址。
A2(E)
D0 D1 D2 D3
10
量或反变量。
13
例 3-14 实现函数：
F2 BC ABC D ABC D ABCD ABCD
解：首先将要实现的函数化成最小项表达式。即：
F2 BC ABC D ABC D ABCD ABCD
BC A A D D ABC D ABC D ABCD ABCD
ABC D D ABC D D ABC D ABC D ABCD ABCD
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深圳大学实验报告
课程名称：数字电路与逻辑设计
实验项目名称:数字选择器
学院：
专业、班级：
指导教师：
报告人：学号：
实验报告提交时间： 2014-11-20
教务处制
一、实验目的
1．了解和正确使用MSI 组合逻辑部件；
2．掌握一般组合逻辑电路的特点及分析、设计方法； 3. 学会对所设计的电路进行逻辑功能测试的方法；
二、实验原理
数据选择器是常用的组合逻辑电路之一。
它有若干个数据输入端D0、D1等，若干个数据控制端A0、A1等和一个输出端Y 。
在控制输入端加上适当的信号，即可从多个数据输入源中将所需要的数据信号选择出来，送到输出端。
使用时也可以在控制输入端加上一组二进制编码器程序的信号，使电路按要求输出一串信号，所以它也是一种可编程序的逻辑部件，也可以用来构造逻辑函数发生器。
此方法简便，线路简单。
4选1数据选择器的逻辑表达式为
301201101001D A A D A A D A A D A A Y +++=
所以对于任意给定的三输入变量的逻辑函数均可用4选1数据选择器来实现。
同理，8选1数据选择器的逻辑表达式为
4
0123012201210120012D A A A D A A A D A A A D A A A D A A A Y ++++=
601260125012D A A A D A A A D A A A +++
所以对于任意给定的四输入变量的逻辑函数均可用8选1数据选择器来实现采用比较法用数据选择器实现单输出函数的设计步骤如下：
(1)选择接到数据选择端的函数变量； (2)写出数据选择器输出的逻辑便表达式；
(3)将要实现的逻辑函数转换为标准与或表达式；
(4)对照数据选择器输出表达式和待实现函数的表达式确定数据输入端的值； (5)连接电路。
三、实验仪器
1.RXS-1B 数字电路实验箱；
2.74LS00(四2输入与非门)1片、74LS153(双4选1数据选择器)1片。
四、实验任务
任务一 74LS153的功能测试
将一片74LS153插入RXB-1B 数字电路实验箱的IC 空插座中，并按图1连接。
31D 、21D 、11D 、01D ，控制输入端1A 0A 和使能ST 1端接至数字电路实验箱的任意
7个逻辑电
平开关，输出Y1接至实验箱电平显示器的任意LED。
设计表1中的输入状态并将测试结果填入表中。
图1
任务二用74LS153设计电机控制电路
某工厂有三个车间和一个自备电站，站内有两台发电机X和Y。
Y的发电能力是X的两倍。
如果一个车间开工，启动X就能满足要求；如果两个车间开工，启动Y就能满足；如果三个车间同时开工，则X和Y都应启动。
设计控制发电机X和Y启动逻辑电路。
1、设计方法提示：
设三个车间为A、B、C，开工为“1”，停工为“0”；发电机X和Y启动为“1”，停止为“0”。
可按题意列出A、B、C和X、Y之间关系的真值表，经化简求出X和Y与变量A、
B、C的函数表达式。
要求：用双4选1数据选择器74LS153及必要的与非门实现。
2、实验方法提示：
静态测试方法：输入为固定逻辑电平1和0信号，输入信号的改变由实验者来控制。
这时输出状态变化极慢，为可用人眼观察到。
此方法是最基本数字电路功能测试方法。
先将A、B、C端分别接到实验箱的任意三个逻辑电平开关，将输出端X和Y分别接至实验箱任意两只LED。
操纵三个逻辑电平开关（代表车间开工情况）观察两只指示灯的发光情况。
根据测试结果验证所设计的电路是否满足任务要求。
要求：
1、画出所设计的实验电路；
2、自拟表格，并记录静态测试结果。
五、实验数据整理
任务一：
输入输出使能端地址端数据端X Y ST
11
A0A D3 D2 D1 D0 理论值实测值
1 ××××××××
0 0 0 0 0 0 1 D0D0
0 0 1 0 0 1 0 D1D1
0 1 0 0 1 0 0 D2D2
0 1 1 1 0 0 0 D3D3任务二：
选通输入输出
1S—T—2S—T— A B C X（理
论）
Y（理
论）
X（实
测）
Y（实
测）
1 1 ×××××××
0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 1 1 0 1 0
0 0 0 1 0 1 0 1 0
0 0 0 1 1 0 1 0 1
0 0 1 0 0 1 0 1 0
0 0 1 0 1 0 1 0 1
0 0 1 1 0 0 1 0 1
0 0 1 1 1 1 1 1 1
当1D0=C，1D1=C—，1D2=C—，1D3=C，
D0=0，2D1=C，2D2=C，2D3=1 时，
可使X=1Y，Y=2Y。
根据真值表X和Y的理论值画出卡诺图如下：
X的卡诺图Y的卡诺图
BC A 00 01 11 10
BC
A
00 01 11 10
0 0 1 0 1 0 0 0 1 0
1 1 0 1 0 1 0 1 1 1
ABC
C
B
A
C
B
A
C
B
A
X+
+
+
=AB
C
B
A
BC
A
Y+
+
=
六、实验数据整理及误差分析
数据整理：
1、在任务一中，可以看出实验实测值和预习是的理论值是相同的，所以实验是成功的。
2、在任务二中，可以看出实验实测值和预习是的理论值是相同的，所以实验是成功的。
七、实验结果讨论
任务一验证了1ST=1时，数据选择器被禁止，输入与输出信号及选择信号无关；当1ST=0时，数据选择器正常工作。
任务二中，当函数变量数目m多于数据选择器中数据选择段的数目n时，那么就会需要有反变量的输入或其他门电路。
八、试验总结（或收获和体会）
做实验是要注意的问题有：当插入芯片时要注意缺口向左，8号引脚一定要接“GND”插孔，并且在拔芯片的时候要用起拔器，平行将芯片拔起，以免损坏芯片。
通过这次实验中，我加深了对数据选择器的功能的认识。
而且在连线的时候我是在实验箱电源关闭的时候插线，插完线并多次确认没有错时才打开电源，进行实验。
而且因为做了预习报告的原因，也让我在实验的过程中没有遇到特别大的问题，总的来说这次实验还是比较顺利的。
指导教师批阅意见：
成绩评定：
指导教师签字：
年月日备注：
注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。
2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。