EDA四选一多路选择器的设计

embnn

多路选择器（又称为数据选择器）①功能
: s1 T! U; S# K: C; }: _: D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。
. ?8 s8 @0 E7 e7 l' o②典型芯片
: T5 m  t7 B: f- h2 z0 o$ v' Q! N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。
. [% n3 r5 m" t( j, c1 W

& S1 w* R! w0 ^" C
( C$ g: V: G' I: m- ]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。
! ~* B1 S4 ^- ^5 g; N' R- W. O
, P5 j! E/ I. H, e4路数据选择器的输出函数表达式为

3 Y: }" |/ [0 d2 P8 s

% t5 q; {: W( |: ~5 X1 D1 i
式中，mi为选择变量构成的最小项。
; O$ j0 o7 c6 r+ s③应用
7 `6 R; j7 i$ q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。

9 D3 h" g/ I3 |例如采用4路选择器74153实现如下逻辑函数的功能
( \! |' m" \, q  F" F
# e2 o6 E) I1 K9 J7 k0 x

1 o! M' |) J2 M+ c( O! k
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：
# i/ w* a' i3 N- _, x7 s9 S) x

0 O: a2 d) \$ N0 |. q! w( ^, _( Z
) y9 S8 \0 w9 S! ~% I- t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：

1 @$ ]4 Q! j. e5 u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。
- f) h& |0 X% T) ^, r) h
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。
& ]5 G8 _" ?1 b$ Z% [5 X4 y( u
# s/ ^  {$ g( y8 l8 R( J# Z其逻辑电路如下图：

3 y0 D( R+ Z. A- T! l( U2 S
7 w% ?8 f& Q$ C9 {7 ?. r) H8 i其示意框图如下：

" O" _/ v( f7 S5 ~5 ~8 c其中输入数据端口为DO、D1、D2、D3，A、A为控制信号，Y为输出。
  H! ?% U2 C  _5 J2 p8 O
令AA‘=“OO”时，输出Y=D0;

9 F$ r8 z4 Q7 g$ S3 J# b令AA’=“01”时，输出Y=D1;
3 U; Z* y9 i! x  o
- h* O0 w& d9 w9 W- O: {令AA‘=“10”时，输出Y=D2;
. c4 ?( o9 u2 t3 E" D
; [4 E# Z! C  K0 T) F令AA’=“11”时，输出Y=D3;
' {+ L. U/ M5 H

, T7 W& G, M+ p7 I真值表如下：
$ t$ r1 h) n6 n' {7 C
; T0 M9 W; j3 Q* _' U) q

& y+ X! a& U1 N! z+ @7 `2、方案实施
(1)设计思路

+ X1 P( P5 ^  k% G9 H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
0 F0 b; l, L6 C* q
" R' @" a- ^, D0 U/ \( ?% ^5 PLIBRARY正EE：
* K7 [& w$ A, N6 M
6 [; H+ b& ~# O0 Z3 G! K( t, hUSE
$ W7 j! F/ J: z5 ^4 i# k/ f
5 ]; ]0 O% A1 c/ [6 h  \IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL：

ENtiTYmux41is

" A: d) [" ~1 R1 x. e1 MPORT（a，b.c.d：NSTD_LOGIC：

. V" _1 }6 N$ S' u5 q, OINSTD_LOGIC_VECTOR（1
( d7 H2 ]" f) L' Z8 D- ?7 T& [6 R: b
1 G, o/ K5 L+ g, {  s$ e& f3 R' ADOWNTO0）：

STD_LOGIC）：
6 H/ _. H+ a5 ]- D' u
7 E0 w, F; i6 M8 Q/ p  `OUT
# j. R/ t5 m& N, S. c3 I
END
/ f  c+ c. w( M4 e" l* _
: _: h7 Q/ W0 v' umux41：

IS

; R. L7 ^# A& z2 ]( _" K2 ]7 LARCHITECTUREoneOF
; t- }' v! l" J/ I# l
mux41
% U: J& A& g" m
) C9 s  E; V( c8 EBEGIN
3 h$ u. e1 N" g0 R& q" S
- \# n4 f$ e' X) ?  s; ?1 g  o3 NPROCESS（s，a.b.c.d）
% z" L& B8 F: K) t5 H
" {9 r- o+ J+ RBEGIN
. q3 B8 l, h5 y
: J) Y7 F, a4 L( M  V* ]2 e. WIS

CASES

; Q; h+ B- Q$ HWHEN“00”=》z《=a：

/ P2 ], J3 i3 r5 n+ {- I/ A3 oWHEN“01”=》z《=b：
( S- D3 f5 o( D: w9 X9 }
& z7 g! j. n' }+ F  T( I- bWHEN“10”=》z《=c：

5 s, Q, n: Z3 d1 j; F4 HWHEN“11”=》z《=d：
9 n0 C0 e  u# ~2 c
; P7 I8 U6 w+ j2 hWHENOTHERS=》z《-=null：

END
, A5 }/ U6 B. j% E
+ Q& }3 X: p% n4 Z; F  J7 y, Z5 @CASE;
  M  b1 z  Z  U
/ e! s) K$ \9 ~8 S" z: y# _+ RENDPROCESS：

END
; B) X1 }& q) ?. l* _
one;

运行结果

3 a! m5 k  @' f0 n  M当输入信号“OO”时，输出信号z的值为‘a’：
" S5 Z$ i+ h* Y- o6 K0 D
. k  q! `/ ]+ j8 Z; D当输入信号“01”时，输出信号z的值为‘b’;
3 Y; |9 ^- K: Q- o9 @! n
当输入信号“10”时，输出信号z的值为‘c’：

% I' l& P. |$ l7 t& G9 i3 V6 T8 P当输入信号“11”时，输出信号z的值为‘d’：
' O( v2 `4 ?( c6 [+ O$ c
波形仿真及描述
* @$ L# s( K* D: L
/ A" N* b: [- S$ h8 ^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。

4 N4 v; k3 \/ p: a) ^' _+ z

+ G* ~. {- I. v2 C3 D) e
: _( [$ ?6 c9 A0 K3 _* V$ h(2)设计思路
+ N9 [* f- B& P' {& O1 \

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。

$ N2 a( u  U- G5 a# |程序

USE 正EE.STD LOGIC 1164.ALL;

: x" U  L$ m/ c9 l, I" ~9 n6 PENTITY mus41

IS

5 b& s- X8 H" _2 G2 Y( j（i0ji1，i2，i3，a，b ：N STD_LOGIC;

PORT
% d0 j+ \1 O3 ~) t0 r
) d( J0 b# I& e7 U' S) Z6 I# z6 k：OUT

STD_LOGIC ）;

0 T' }! N6 g% p. v$ }, n, y" RENS mux4;
: w6 ]/ E+ l+ U3 u
OF
& F, F' O( y9 P% B4 Q6 Q& G% ]
mux4 IS

4 |1 v) v+ f4 S' ~) k, }( [* L+ I# BARCH ITE CT URE b_mux4
( F5 r1 g% l  e% l6 [
BE G N
$ q  C* d( I( c# M5 ]" H
Process （i0，il，i2，i3，a，）
8 t5 q; \- e2 @4 _2 Q
; J8 m- F. g/ d6 b# t' ^/ zVariable

0;
5 _' o( E9 C# t
downto
+ \5 |  W1 X5 Q+ o
+ E# {' ?/ O( I2 l9 \musval
/ D+ L4 v/ L& z# V4 ~) o7 b, f
/ q+ {6 `6 p5 a6 N5 d1 m) Q. o：integer rang
1 i3 x; u: M8 u, M
9 x  E: Q0 D9 j$ t& O7 zBegin

m uxv al ：=0;

if （a=‘l’）

musval:muxval+ l; end if;

then

9 n& `3 m" W+ c; H! Xif （b=‘I’） then

* w: h2 J2 k" X0 vmuxval ：muxwal + 2; end

if;
' a- V" i# i- b) G3 E" X
; o) c8 C9 P9 Ais
! f9 T8 S/ t2 p1 H  Z
muxval
6 ^" ]/ j2 P9 A# \0 _/ x: Q7 {
' u) C2 c2 `! {case

w hen 0= 》 q 《= i0;

' B2 g3 x: @) `when l= 》 q 《= il;

when2=》q《=2;

4 d5 k+ f  q( G' kwhen3=》q《=i3;

' _: D/ s9 w# ?/ y" |) I1 Vothers= 》null;

1 r9 M( {+ h5 V4 o4 O0 y6 `When
7 a) c3 q0 b  z# [& u" H
9 k0 Y! g3 W7 X  k) O  O! send
# u4 M7 s+ @2 S/ Z' h
) r) q4 g4 S3 f& Tca se;
$ ~1 f( |% U4 w$ ]% b1 X
) I, |, p6 g0 Aend process;
% }& q7 B; L' x' e8 H* C
END b_mux4;
) f/ \" p& f- M) w3 h. I8 C* _% P
1 g' F6 E3 M9 f& ^: v6 I运行结果
& Y& V; X; k  h+ m+ V+ a
& L9 E. Y; c8 r' k; S4 z当输入信号“OO”时，输出信号z的值为‘i0’：

5 J6 h0 F4 s6 {$ D9 _, x* M0 U当输入信号“01”时，输出信号z的值为‘i1’：

1 K. t# A. M9 O8 H当输入信号“10”时，输出信号z的值为‘i2’：

; @* \1 |" ~- H7 d$ ~当输入信号“11”时，输出信号z的值为‘i3’;
! \8 [7 Y) N0 d0 @1 }
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
2 ^) \1 G: y0 k4 G4 r: Z3 x6 K) v
  D$ ?0 H1 S, q: A0 v

duck

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。

wushy

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。

freedom1

有一个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。