数字电路实验讲义杭州电子科技大学2010.04实验1 数据选择器的应用1 实验目的1.了解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和测试方法。

3.掌握数据选择器的基本应用。

2 实验仪器与器件3 实验原理数据选择器又称为多路开关，是一种重要的组合逻辑部件。

它是一个多路输入、单路输出的组合电路，能在通道选择信号（或称地址码）的控制下，从多路数据传输中选择任何一路信号输出。

在数字系统中，经常利用数据选择器将多条传输线上的不同数字信号，按要求选择其中之一送到公共数据线上。

另外，数据选择器还可以完成其它的逻辑功能，例如函数发生器、桶形移位器、并串转换器、波形产生器等。

（一）用门电路设计四选一数据选择器四选一数据选择器表达式为301201101001d A A d A A d A A d A A Y +++=，由表达式可以得到当A 1A 0=00时，Y=d 0；A 1A 0=01时，Y=d 1； A 1A 0=10时，Y=d 2；A 1A 0=11时，Y=d 3，这样就起到数据选择的作用。

同时由表达式可以直接用门电路设计出数据选择器电路，该电路如图2.4.1所示。

（二）双四选一数据选择器74LS153的应用74LS153数据选择器集成了两个四选一数据选择器，外形为双列直插，引脚排列如图2.4.2所示，逻辑符号如图2.4.3所示，其中D 0、D 1、D 2、D 3为数据输入端，Q 为输出端，A 0、A 1为数据选择器的控制端（地址码），同时控制两个数据选择器的输出，S 为工作状态控制端（使能端），74LS153的功能表见表2.4.1。

用数据选择器74LS153实现组合逻辑函数设计举例：当变量数等于地址端的数目时，则直接可以用数据选择器来实现逻辑函数。

现设逻辑函数F （X ，Y ）=∑m （1，2），则可用一个四选一完成，根据数据选择器的定义：30120110100101D A A D A A D A A D A A )A ,Q(A +++=，令A 1=X ，A 0=Y ，1S =0（使能信号，低电平有效），1D 0=1D 3=0，1D 1=1D 2=1，那么输出Q=F 。

11≥1A 1A 0d 0d 1d 2d 3&&&&Y......910111212133144567815161S GNDV CC A 11D 31D 22D 02D 12D 22D 32Q1Q1D 02S A 01D 1A 1A 01G 03MUXEN 0231Q01231S 1D 01D 11D 21D 32S 2D 02D 12D 22D 32QEN 1图2.4.1 门电路实现的四选一数据选择器 图2.4.2 74LS153管脚图 图2.4.3 74LS153逻辑符号当变量数大于地址端的数目时，可采用降维或者集成芯片扩展的方式。

例如用一块74LS153实现一位全加器，一位全加器的逻辑函数表达式为：S （A ，B ，CI ）=∑m （1，2，4，7） CO （A ，B ，CI ）=∑m （3，5，6，7）以CI 为图记变量，降维后A 、B 作为数据选择器的地址端A 1、A 0，输出1Q=S ，2Q=CO ，卡诺图如图2.4.4和图2.4.5所示，得到数据输入：1D 0=CI ，1D 1=CI ，1D 2=CI ，1D 3=CI ，2D 0=0，2D 1=CI ，2D 2=CI ，2D 3=1，构成的逻辑电路如图2.4.6所示。

AB CIS000111100110011001降维ABS00011110CICICICIABCI 000111100101000111降维AB00011110CI1CICO COS图2.4.4 S 的卡诺图 图2.4.5 CO 的卡诺图 图2.4.6 一位全加器的电路图（三）八选一数据选择器74LS151的应用74LS151外形为双列直插，引脚排列如图2.4.7所示，逻辑符号如图2.4.8所示。

其中D 0、D 1、D 2、D 3、D 4、D 5、D 6、D 7为数据输入端，Q 为输出端，A 0、A 1、A 2为数据选择器的控制端（地址码），控制数据选择器的数据输出，EN 为工作状态控制端（使能端），74LS151的功能表见表2.4.2。

八选一数据选择器的表达式为：70126012501240123012201210120012012D A A A D A A A D A A A D A A A D A A A D A A A D A A A D A A A )A ,A ,Q(A +++++++=输入 1 — — 0 0 0 0 0 1 0 1 0 输出01D 01Q 2Q 00 1 1SA 1A 01D 11D 21D 32D 02D 12D 22D 3表2.4.1 74LS153功能表91011121213314456781516D 3OOA 1GNDV CCEN QQ A 0D 7D 6D 3D 2D 1D 0A 2ENFD 4D 5F D2D 1D 0D 4D 5D 6D 7A 0A 1A 2图2.4.7 74LS151的管脚图 图2.4.8 74LS151逻辑符号用数据选择器74LS151实现组合逻辑函数举例： 表2.4.2 74LS151功能真值表当变量数与地址码的数量一致，不需要降维或者扩展。

例如逻辑函数F （X ，Y ，Z ）=∑（1，2，4，7），令A 2=X ，A 1=Y ，A 0=Z ，EN=0（使能端，低电平有效），D 1=D 2=D 4=D 7=1，D 0=D 3=D 5＝D 6=0，那么输出Q=F 。

当逻辑函数的输入变量数超过了数据选择器的地址控制端位数时，则必须进行逻辑函数降维或者集成芯片扩展。

例如用一块74LS151实现四位奇偶校验码，当输入变量中有偶数个1时，输出为1，否则输出为0。

根据题意，列出真值表，真值表和卡诺图如表2.4.3和图2.4.9所示，降维后即可得到电路如图2.4.10所示。

表2.4.3 奇偶校验码真值表CDB0001111001A A0AA AA AF 降维CD00011110000101000110F 111001100110AB图2.4.9 卡诺图和降维卡诺图 图2.4.10 电路图（四）数据选择器的扩展有些MUX 采用3S （即三态）输出结构，这样就为扩展提供了方便。

例如用两片74LS151扩展成十六选一的数据选择器，如图2.4.11所示。

输 入A B C D 0 0 0 00 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 输出0001F 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1011001101001输入输出EN A 2A 1A 0Q X X X 1000000000000010100111001011101110D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 710MHz图2.4.11 数据选择器的扩展图2.4.12 数据选择器的典型应用（五）数据选择器的综合应用数据选择器与分频器结合产生一组不同频率的选择器。

如图2.4.12所示，有一振荡频率为10MH Z具有较高频率稳定度的晶体振荡器，晶振输出的方波再经8级十分频器，就能同时获得频率从1MH Z到0.1H Z的8种方波信号，供实验电路选择。

这种选择完全由数据选择器的地址码A2 A1 A0来决定。

4 实验内容（一）基础实验部分1．验证74LS151的逻辑功能按表所列测试，特别注意所测芯片A2、A1、A0哪一个是高位，EN端是否低电平有效，当芯片封锁时，输出是什么电平。

将实验结果记录在表2.4.4中。

2．用74LS153实现一位全加器用一块74LS153及门电路实现一位全加器，输入用3个开关分别代表A、B、CI，输出用2个指示灯分别代表CO、S1。

要求写出设计过程，画出逻辑图，并按表2.4.5要求改变开关状态，观察2个指示灯的变化，记录结果。

表2.4.4 验证74LS151的逻辑功能表2.4.5 一位全加器实验结果3．用数据选择器实现组合逻辑函数用八选一数据选择器或者四选一数据选择器设计一个电路，该电路有3个输入逻辑变量输入输出EN A2A1A0Q QX X X1000001010011100101110111A、B、C和1个工作状态控制变量M，当M＝0时电路实现“意见一致”功能（A、B、C 状态一致输出为1,否则输出为0），而M＝1时电路实现“多数表决”功能，即输出与A、B、C中多数的状态一致。

4．用74LS153扩展成一个八选一的数据选择器，再实现实验3，要求写出设计过程，画出电路图。

（二）提高部分5．利用八选一数据选择器或四选一数据选择器实现一个输血者血型和受血者血型符合输血规则的电路，输血规则如图2.4.13所示。

输血者血型编码A00 B01 AB10 O11受血者血型编码A00 B01 AB10 O11图2.4.13 输血规则表从规则可知，A型血能输给A、AB型，B型血能输给B、AB型，AB型血只能输给AB型，O型血能输给所有四种血型。

设输血者血型编码是X1X2，受血者血型编码是X3X4，符合输血血型规则时，电路输出F为1，否则为0。

6．试用八选一数据选择器74LS151或者四选一数据选择器74LS153和适当的门电路设计一个路灯控制电路。

要求在四个不同的地点都能独立地开灯和关灯。

写出设计过程，并且验证设计结果是否正确。

（提示：可以把四个地点的开关当作四个变量，当变量为奇数个1时，路灯亮，偶数个时灭。

）7．利用74LS151数据选择器实现判断电路表2.4.6 课程学分表学生选修课程及学分如表2.4.6所示，每个学生至少必须选满6个学分，但是A，B课程因时间冲突，不能同时选上。

利用数据选择器实现判断电路，满足要求时输出Y为1，否则为0。

写出设计过程，并且验证设计结果是否正确。

8．用两块74LS153和一个七段数码管（实验箱上提供，已有译码器）构成数据显示器，实验要求电路在任意时刻能显示1（0001）、6（0110）、9（1001）、8（1000）四个数据之一，由地址码控制串行显示。

9．用74LS153来实现第7题。

10．用Multsim软件来设计和仿真实验7、9题。

5 思考题1.说明数据选择器的地址输入端和选通端各有什么作用？2.如何用74LS151设计4位奇偶校验电路？3.如何用74LS151实现10110111序列信号？4.数据选择器地址端的权重高低与被选函数输入数据有什么联系？实验2组合逻辑电路的设计1 实验目的1.掌握用基本门电路进行组合电路设计的方法。