EDA四选一多路选择器的设计

kiygb

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。



7 d+ V5 K* f4 ~) e% K" l- p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。

& r  ?& w; Y) w3 j5 `5 Q* Y1 Z4路数据选择器的输出函数表达式为
# F( p5 z! u7 T# [; j


式中，mi为选择变量构成的最小项。
8 s. M. V/ I  F! }& n: G③应用
8 `/ J/ K* A# m, H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。

; d! r$ b* }6 M; J3 u0 Q6 d7 k例如采用4路选择器74153实现如下逻辑函数的功能
6 {- a' G+ b. y# Q, X" m8 X
. t  Z/ W1 R& D. f% Q1 M- _

" K) h; w& W; m; v7 o: q0 {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：
6 U  C* I7 H* u% P7 S

$ Q& S* \1 Q/ s: D' ~1 H9 M' D
4 e9 w4 V0 X* u1 x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。
& T" B' I8 q% I; t9 ~4 p
+ ?# {) j/ u  O
4选1数据选择器的设计1、设计背景和设计方案
1 f% E( f! [" E: V& w设计背景：
" O+ `0 _& V+ d/ c4 {  N0 i
: D, a2 X1 w& i' v; C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。
% T, K3 p5 y: S" b# i  e: W
7 P+ c8 N+ |  R* [/ H+ K其逻辑电路如下图：



) s! |/ [& u8 V6 x( x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;
2 e& o1 q4 a* C9 ^2 R) N& k
5 i; K& A" U9 ~- i令AA’=“01”时，输出Y=D1;

& j( n* h/ Q* k% P. a令AA‘=“10”时，输出Y=D2;

) w1 }# e6 p; |! @  R令AA’=“11”时，输出Y=D3;


# @4 y2 I( R& S
2 |2 f. ]. J* m2 a) w7 B! N+ `真值表如下：
' m/ |# w3 v: L; `) J& D- E% z2 j

& O$ K5 Z1 X8 F! [- j( `& `' t
2、方案实施
(1)设计思路
7 j! k& r2 L4 [; v( |2 d) p

- U% B1 ~: c, M# g
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。
/ m& K. ?3 {* i1 H5 I
程序

  s/ w, k4 n# N1 W+ k  pLIBRARY正EE：

USE

IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL：

9 F. d( I5 e$ t% l8 NENtiTYmux41is

8 Z) ^8 S2 i8 FPORT（a，b.c.d：NSTD_LOGIC：
( Z: \4 m, [( ]3 X2 z+ C0 V
INSTD_LOGIC_VECTOR（1
0 t( A- j" ~: k$ s6 O. z5 V
DOWNTO0）：
9 p! h/ U! T& g2 C
. H- w" S! a+ p+ X* q+ V! HSTD_LOGIC）：
* [! _9 U  r. l8 w
2 O! O+ c1 ]0 `/ U7 t8 N  h3 NOUT
$ I! ^! z! C  N5 c
3 r0 _, f( N9 U; X% j6 `END

# Q: V( n% M9 q6 F& ]mux41：

5 j; {8 o2 t) [5 H# F9 mIS

ARCHITECTUREoneOF

: U& j5 i; W) Lmux41
9 @; v0 ?* {3 e
BEGIN

/ F+ q* |: n9 bPROCESS（s，a.b.c.d）

5 y( D( n1 c# t7 ]# iBEGIN

0 p& z' ~3 F( V- W) a0 TIS
. e% V! l2 e" {9 n# X% e$ n
CASES

WHEN“00”=》z《=a：
- l' K8 ~1 @# ?5 D
WHEN“01”=》z《=b：
7 }2 `2 ~2 U9 c7 h
WHEN“10”=》z《=c：
) f& o1 n8 P$ a0 m
WHEN“11”=》z《=d：
$ T, f$ L* o) ]6 a
WHENOTHERS=》z《-=null：
5 N: Z* a7 W0 @, {
END
8 Y' ?% T) F( n5 }* R
CASE;
$ k! ^" z; Z$ K- ?7 Y1 v' j
  r; M$ E/ h7 E' ?$ zENDPROCESS：

- l' u1 s  u, p8 PEND
6 _- G% h% _+ _; Q  U
. _1 G6 [' F. E8 k5 w& sone;
8 }5 \, {+ [+ C0 s3 z+ Q8 k3 R1 _
运行结果

! F4 J, ^4 W7 V: t% q当输入信号“OO”时，输出信号z的值为‘a’：
/ q2 ]: T& h6 u) g
  |. S( [. Q* n, O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’：
% i% A: n; l6 X( V. H' ^
  Y) j* }3 |8 {- [: S当输入信号“11”时，输出信号z的值为‘d’：

4 V5 _# @3 Z! D' v/ U: p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。


7 c/ t& _6 J. o
(2)设计思路
% g# k+ X8 K/ @1 O

% n  ^- f+ W1 c& _- @- }
& w2 V- u' N8 n2 L  h& c* w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。

0 j# l1 @, T6 @/ V5 w, }2 [; j程序
8 b) C+ l1 @6 w7 z* B$ B6 O/ s
USE 正EE.STD LOGIC 1164.ALL;

ENTITY mus41
( F. b! [$ u1 E
IS
3 X/ b; ]& q/ J* J1 `0 e8 j
7 z0 ?5 \/ @! h; r8 {" `( N（i0ji1，i2，i3，a，b ：N STD_LOGIC;

PORT

：OUT

/ h! l  Z) ?& [* Q/ G- ASTD_LOGIC ）;

  b; {+ n) g7 yENS mux4;
4 [) E5 q4 {/ M' D
" j. ^( [: U4 r3 b+ O  yOF

mux4 IS
0 x8 l: e7 q; |4 J4 E3 f* p4 F
ARCH ITE CT URE b_mux4
! D' \, h4 X+ q5 i6 a
; ^) U. k1 J1 RBE G N
. v  j4 }0 g; k$ A; i# o* I: p( c1 a
: ~$ u  v* T- p3 ^2 ^, E: t$ I" V* KProcess （i0，il，i2，i3，a，）
- ]! y' u$ \9 W* |# T, ]8 z9 g
Variable

$ |0 R0 s3 w5 t6 V" n0;

downto
+ R+ J# I% R/ w: m3 Z% {
% x5 K( |$ \' ]1 d" ~; lmusval

- m8 N" N( z1 H0 |：integer rang
2 `# k5 @  c) }! @1 J: u
3 U; P  w% t+ ?$ S& a9 _Begin

m uxv al ：=0;

5 Q- p- b: }" c; d$ S- ?  C) zif （a=‘l’）

musval:muxval+ l; end if;

then
9 {# d( X6 l% C/ V) k9 s4 z
if （b=‘I’） then
2 f/ u9 F8 T' M$ N5 `
' `6 i5 c. A9 C# Emuxval ：muxwal + 2; end

if;
7 j6 X; B. t4 F+ Y# Q% R9 a
is
6 s! U+ B% M4 o: G! b: x
- \; c8 n  q$ Zmuxval
- h+ I4 i" Z7 v+ `
- l* S$ z$ W) Z1 Fcase

w hen 0= 》 q 《= i0;
9 L2 @% P  y; p1 c& N8 \! Y
when l= 》 q 《= il;

when2=》q《=2;

. o0 b2 z+ g/ ?3 p( T7 Wwhen3=》q《=i3;
3 {0 ~+ D9 O* F! V7 Y0 I% b  b
others= 》null;

7 x: f0 g1 F8 N4 [2 m5 QWhen

end

ca se;

end process;
% O* }6 ^0 |+ ~3 D/ }4 |
0 v' U! K1 b& t' Q& m9 ~) ]END b_mux4;
4 X% }& d! A3 w/ K( W: {
" y9 I3 B) {! e2 K( K# G运行结果

& N. y5 k0 n9 A* e% A  o5 i9 r4 s当输入信号“OO”时，输出信号z的值为‘i0’：

8 [; c7 n" J% Z/ Z& K& A3 y当输入信号“01”时，输出信号z的值为‘i1’：
& O& \! [* {! b
' k8 K( M* Y  _6 ], _7 z" V0 z当输入信号“10”时，输出信号z的值为‘i2’：
( S: r' f' w2 v: U& Y# M, H" E9 b
+ m0 v, o$ t' X1 a7 J+ z当输入信号“11”时，输出信号z的值为‘i3’;

, q* r% F, v% w) }0 o. a波形仿真及描述
  s1 Z' w3 k. n8 C7 @7 l
, _3 R* G' d# G& O* Ga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。
9 u' K$ m' T: M6 a
+ l1 e$ \" k; O: f/ A输出


: \- U% ?( B9 x; t2 L2 K9 I  J% _

unix155

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

grand

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

faker12

数据选择器74153芯片含两个4路数据选择器