eda四选一多路选择器的设计

　　多路选择器（又称为数据选择器）

　　①功能

　　在选择变量控制下，从多路输入数据中选中某一路数据送至输出端。对于一个具有2n个输入和1个输出的多路选择器，有n个选择变量。

　　②典型芯片

　　典型中规模多路选择器有双4路数据选择器74153，其引脚排列图和逻辑符号如图1（a）、（b）所示。

　　数据选择器74153芯片含两个4路数据选择器，每个选择器接收4路数据输入，产生一个输出，两个4路数据选择器共用两个选择变量。芯片有16条引线，其中1D0～1D3，2D0～2D3为8条数据输入线，A1和A0为选择输入线，1Y、2Y为2条输出线，1G、2G为使能控制端，另外有1条电源线和1条地线。

　　4路数据选择器的输出函数表达式为

　　式中，mi为选择变量构成的项。

　　③应用

　　多路选择器除完成对多路数据进行选择的基本功能外，还可用来实现数据的并-串转换、序列信号产生以及实现各种逻辑函数功能。

　　例如采用4路选择器74153实现如下逻辑函数的功能

　　解给定函数为一个3变量函数，由于4路选择器具有2个选择控制变量，所以用来实现3变量函数功能时，应该首先从函数的3个变量中任选2个作为选择控制变量，然后再确定选择器的数据输入。假定选A、B与选择控制端A1、A0相连，则可将函数F的表达式表示成如下形式：

　　显然，要使4路选择器的输出Y与函数F相等，只需：。据此，可画出逻辑电路如图2所示。类似地，也可以选择A、C或B、C作为选择控制变量，选择控制变量不同，数据输入也不同。

　　4选1数据选择器的设计

　　1、设计背景和设计方案

　　设计背景：

　　该设计是以数字电子技术为基础，实现数据从四位数据中按照输入的信号选中一个数，来实现所期望的逻辑功能。

　　设计方案：

　　用拨码开关作四位数据及两位控制端的输入，LED作输出，通过拨码开关组成控制输入端s1和s0不同组合，观察LED与数据输入端a，b，c，d的关系，验证四选一数据选择器设计的正确性。使用逻辑门电路与、或、非的组合来表达4选1数据选择器，通过控制输入的信号来控制输出的信号值。

　　其逻辑电路如下图：

　　其示意框图如下：

　　其中输入数据端口为DO、D1、D2、D3，A、A为控制信号，Y为输出。

　　令AA‘=“OO”时，输出Y=D0;

　　令AA’=“01”时，输出Y=D1;

　　令AA‘=“10”时，输出Y=D2;

　　令AA’=“11”时，输出Y=D3;

　　真值表如下：

　　2、方案实施

　　(1)设计思路

　　四选一多路选择器设计时，定义输入s为标准以内漏记为SIDLOGIC输出的信号Z的数据类型定义为2位标准逻辑矢量位STD_LOGIC_VECTOR（1DOWNTO0）。使用LBRATY语句和USE语句，来打开IEEE库的程序包STDLOGIC_1164.ALL。当输入信号时，程序按照输入的指令来选择输出，例如输入信号为“OO”时，将a的值给z，进而输出z的值，输入信号为“11”是，将a的值给z，进而输出z的值。若输入信号是已经定义的四个信号之外的值时（即当正条件语句不满足时），输出值为x，并将x的值给输出信号Z。这样即可实现四选一数据选择的功能。

　　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;

　　运行结果

　　当输入信号“OO”时，输出信号z的值为‘a’：

　　当输入信号“01”时，输出信号z的值为‘b’;

　　当输入信号“10”时，输出信号z的值为‘c’：

　　当输入信号“11”时，输出信号z的值为‘d’：

　　波形仿真及描述

　　输入：

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

　　(2)设计思路

　　定义6个输入信号，一个输出信号，当控制信号A=‘1’时，muxval 的值加1，即muxval=muxva1+1当控制信号 B= ‘1’时muxval的值加2，即muxval-muxval+2。当输入值为‘i0’时，输出q的值为0，当输入的值为“i1’时，输出q的值为1，当输入值为‘i2’时，输出q的值为2，当输入值为‘i3’时，输出q的值为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;

　　运行结果

　　当输入信号“OO”时，输出信号z的值为‘i0’：

　　当输入信号“01”时，输出信号z的值为‘i1’：

　　当输入信号“10”时，输出信号z的值为‘i2’：

　　当输入信号“11”时，输出信号z的值为‘i3’;

　　波形仿真及描述

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

　　输出