数据选择器
数据选择器的电路原理与功能
数据选择器的电路原理与功能数据选择器是一种常见的数字电路，用于选择多个输入信号中的一个或几个输出信号。
在现代电子设备中广泛使用的数据选择器通常实现在集成电路中，能够高效地选择信号，并将其传递给后续电路进行处理。
本文将详细介绍数据选择器的电路原理和功能。
一、数据选择器的电路原理数据选择器的基本电路原理是利用控制信号来控制多个开关的状态。
这些开关将输入信号连接到输出信号线上。
具体来说，当控制信号S0和S1的状态为00时，开关连接到A输入信号，输出为A；当控制信号状态为01时，开关连接到B输入信号，输出为B；当控制信号状态为10时，开关连接到C输入信号，输出为C；当控制信号状态为11时，开关连接到D输入信号，输出为D。
在基本电路中，选择开关采用逻辑门的形式实现。
具体来说，当控制信号S0和S1的状态发生改变时，选择开关将信号切换到不同的输入信号线上，从而改变输出信号。
二、数据选择器的功能1.多路选择：数据选择器可以选择多个输入信号中的一个或几个输出信号。
通过控制信号的不同状态，可以选择不同的输入信号作为输出信号。
这种多路选择的功能在数字电子设备中经常遇到，例如在计算机的数据通路中，根据控制信号选择不同的寄存器、缓冲器或处理器。
2.数据交换：数据选择器可以用于数据交换的应用。
例如，在计算机系统中，数据选择器可用于选择来自不同源的数据的输出，以便将数据传递给正确的目的地。
数据选择器还可以用于实现多路复用器和分配器等电路，使得多个信号可以通过一个信道进行传输。
3.逻辑运算：数据选择器可以通过逻辑运算来实现更复杂的功能。
例如，可以使用与门和非门实现与非逻辑功能，进一步扩展数据选择器的功能。
通过适当选择和操作输入信号，可以实现逻辑运算和条件控制，以满足不同的应用需求。
4.减少电路复杂度：数据选择器可以减少电路的复杂度和成本。
通过使用数据选择器，可以将多个输入信号连接到一个输出信号上，而不需要为每个输入信号都提供一个独立的电路。
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。
8选1数据选择器74LS151
8选1数据选择器74LS151在数字电路中，数据选择器是一种非常重要的组合逻辑电路元件，它能够根据给定的控制信号从多个输入数据中选择一个输出。
而74LS151 就是一款常见的 8 选 1 数据选择器，在各种数字系统中发挥着重要的作用。
74LS151 具有 8 个数据输入端（D0 D7）、3 个地址输入端（A2、A1、A0）、1 个使能输入端（E）以及 1 个输出端（Y）。
当使能端 E为有效电平时（通常为低电平），数据选择器处于工作状态。
通过地址输入端的不同组合，可以从 8 个数据输入端中选择一个数据输出到输出端 Y。
我们来详细看看 74LS151 的工作原理。
地址输入端 A2、A1、A0 可以形成 8 种不同的组合（000 111），分别对应选择 8 个数据输入端中的一个。
比如，当地址输入为 000 时，选择的数据输入端为 D0；当地址输入为 001 时，选择的数据输入端为 D1，以此类推。
在实际应用中，74LS151 有着广泛的用途。
例如，在计算机系统中，它可以用于选择不同的存储单元或寄存器中的数据；在通信系统中，可用于选择不同的传输通道中的数据；在控制系统中，能用于根据不同的条件选择相应的控制信号。
让我们通过一个简单的例子来更好地理解 74LS151 的应用。
假设我们有 8 个不同的传感器，分别测量不同的物理量，如温度、湿度、压力等。
这些传感器的输出数据连接到 74LS151 的 8 个数据输入端。
同时，我们使用一个 3 位的二进制计数器作为地址输入端，计数器的输出在 000 到 111 之间循环变化。
这样，74LS151 就会依次选择 8 个传感器的数据输出，从而实现对不同传感器数据的轮流监测。
74LS151 的优点之一是其逻辑功能清晰、易于理解和使用。
只需要正确连接输入和控制端，就能够实现数据的选择输出。
而且，它的响应速度快，能够满足大多数数字系统对数据处理速度的要求。
然而，在使用 74LS151 时，也需要注意一些问题。
如何设计和分析电子电路中的数据选择器
如何设计和分析电子电路中的数据选择器数据选择器是电子电路中常用的一种器件，它可以根据输入的控制信号，从多个数据输入中选择特定的数据输出。
设计和分析电子电路中的数据选择器需要考虑多方面的因素，包括电路结构、性能要求、电路参数等。
下面将介绍如何设计和分析电子电路中的数据选择器。
一、数据选择器的基本原理数据选择器是一种多输入、单输出的组合逻辑电路。
根据控制信号的不同，选择器可以选择其中一个输入作为输出。
常见的数据选择器有2:1、4:1、8:1等。
二、设计数据选择器的关键步骤1. 确定数据选择器的输入和输出数量：根据实际需要确定数据选择器的输入和输出数量，以及相应的位宽。
2. 确定数据选择器的控制信号：根据数据选择器的功能需求确定控制信号的位宽和逻辑关系。
控制信号决定了数据选择器从输入端选择哪个输入信号输出。
3. 选择器的电路结构设计：常见的数据选择器电路结构有基于传输门的方式和基于多路选择器的方式。
根据实际需求选择合适的电路结构。
4. 电路参数计算：根据电路结构和实际参数，计算各个元器件的数值。
包括传输门的延迟时间、功耗等。
5. 逻辑功能验证：通过仿真和测试，验证设计的数据选择器是否满足逻辑功能要求。
三、分析数据选择器的性能1. 时序性能分析：时序性能分析是评估数据选择器的关键指标之一。
包括选择延迟时间、上升时间、下降时间等。
通过分析时序性能，可以了解到数据选择器在不同输入输出组合下的响应情况。
2. 功耗分析：功耗是评估电子电路性能的重要指标之一。
通过功耗分析，可以评估数据选择器的能耗情况，以及设计中存在的功耗优化空间。
3. 抗干扰性分析：电子电路中的数据选择器需要具备一定的抗干扰能力，以确保正常的工作。
通过抗干扰性分析，可以评估数据选择器在各种干扰条件下的工作情况。
四、数据选择器的应用领域数据选择器在数字电路系统中具有广泛的应用，常见的应用领域包括存储系统、多路复用器、模数转换器等。
设计和分析一个合理的数据选择器，对于提高电子系统的性能和可靠性具有重要意义。
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
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。
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1. 设计方法设 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 之间的关系真值表，经化简求出 X 和 Y 与变量 A、B、C 的函数表达式。要求：用双四选一数据选择器 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 来改变。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 将 A、B、C 端分别接到实验的任意三个电平开关，将输出端 X 和 Y 分别接至 实验箱任意两个 LED。操纵三个逻辑开关（代表车间开工情况）观察两只指示灯 的发光情况。 自行设计功能表 分析： 让 A1 接变量 A，A0 接变量 B，画出真值表，求出 D0、D1、D2、D3 应如何接线 得出 X 和 Y 的最简表达式
任务一：双 4 选 1 数据选择器 74LS153 功能测试 将双 4 选 1 数据选择器 74LS153 插入实验系统的 IC 空插座上。按图 3-16 接 线，把数据输入端 1D3、1D2、1D1、1D0，输入 1Y 接至实验箱电平显示器的任意 LED， 设计表中的输入状态并结果填入表中。
双 4 选 1 数据选择器 74LS153 功能测试接线图 任务二：用 74LS153 来设计电机控制电路 某工厂有三个车间和一个自备的电站，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。
深 圳 大 学 实 验 报 告
课程名称： 课程名称： 数字电路与逻辑设计
实验项目名称： 实验项目名称：
数据选择器
学院： 学院：
计算机与软件学院
专业： 专业：
软件工程
计算机科学与技术
指导教师： 指导教师：
余航
报告人： 报告人：
杜龙艺
余卓燃
学号： 学号：2009150093
2009150330 班级： 三 班级：
使能端 1 ST 1 0 0 0 0 任务二
A(A1) 0 0 0 0 1 1 1 1
B(A0) 0 0 1 1 0 0 1 1
对应的真值表 C X 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1
Y 0 0 0 1 0 1 1 1
Z D0 D0 D1 D1 D2 D2 D3 D3
对于发电机 X：D0=C，D1= C ，D2= C ，D3=C 对于发电机 Y：D0=0，D1=C，D2=C，D3=1
实验时间： 实验时间：
2010-11-18
实验报告提交时间： 实验报告提交时间：
2010-12-02
教务处制
实验目的与要求：
目的： 1、掌握中规模集成电路数据选择器的工作原理及逻辑功能。 2、学习数据选择器的应用。 要求： 1、分析数据选择器的逻辑功能。 2、分析用数据选择器实现全加功能的机理。
实验内容、方法、过程：
X = ABC + ABC + ABC + ABC ， Y = ABC + A BC + AB ，
实验结论：
任务一验证了 1 ST =1 时，数据选择器被禁止，输入与输出信号及选择信号无关； 1 ST =0 时，数据选择器正常工作 任务二的函数变量数目 m 多于数据选择器中数据选择端的数目 n，那么就会需要 有反变量的输入或其他门电路.
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Байду номын сангаас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。
数据处理分析：
任务一 双 4 选 1 数据选择器 74LS153 功能表 输入 地址端 数据端 A1 X 0 0 1 1 A0 X 0 1 0 1 D3 X 0 0 0 1 D2 X 0 0 1 0 D1 X 0 1 0 0 D0 X 1 0 0 0 输出 X 理论 值 0 D0 D1 D2 D3 1Y 实测 值 0 D0 D1 D2 D3