第五节　数据选择器与分配器

一、数据选择器

在数字信号的传送中，经常会遇到多个数据通道共用一条传输总线。因此，需要从多个数据通道中将需要的信号挑选出来，传送到公用传输总线上，实现这种功能的电路称为数据选择器（MUX）；反之，将公用传输总线上的信号，有选择地传送到不同的数据输出端的电路称为数据分配器（DMUX）。数据选择器和数据分配器分别位于公用传输总线的两端，其作用相当于一个多路开关，至于多路开关“拨”向何处，是由地址控制信号所决定的，如图2-30所示。

1.数据选择器的功能及组成

数据选择器的基本功能是在选择信号（又称地址输入信号）的控制下，从多个数据输入通道中选取所需的信号。数据选择器由译码器和门电路组成。

图2-31所示为4选1数据选择器原理图。图中D0～D3为数据输入端，A0、A1为地址输入端，当A1A0取不同的数值时，经2线-4线译码器译出，可从4个数据输入端中选取所要的一个，并送到输出端Y。为使能端（又称控制端、选通端），用于控制电路的工作状态和扩展功能。

由逻辑图可写出输出逻辑表达式：

表2-15为4选1数据选择器的真值表。

当时，不论4个输入数据为何值，输出Y=0，数据选择器被禁止，不工作。当时，数据选择器正常工作，选择哪一路数据作为输出取决于地址输入状态。当A1A0=00时，Y=D0，即输入数据D0被选中，并出现在输出端Y；依次类推，当A1A0=01时，Y=D1；A1A0=10时，Y=D2；A1A0=11时，Y=D3。

实现4选1功能的集成数据选择器有74LS153（双4选1）等，图2-32为74LS153引脚排列图。数据选择器除了4选1外，还有2选1、8选1、16选1等几种类型。常用集成数据选择器器件型号见表2-16。

2.数据选择器的应用

数据选择器广泛应用于计算机、数字仪表等程序控制电路中，用来传送数据、完成数据并行到串行的转换等。下面举例说明中规模集成数据选择器的一些应用。

（1）扩展数据通道

当某一数据选择器的实际通道数不能满足所需通道数时，可进行数据通道扩展。扩展的方法有很多，现介绍用一片74LS153双4选1数据选择器构成8选1数据选择器，如图2-33所示。

8选1的数据选择器需要3个地址输入端，此时可用芯片的公共地址输入端A0和A1作为低位地址输入端A0和作高位地址输入端通过一个非门接A2，同时将两个输出端相加。

当A2=0时，左边的数据选择器工作，按照地址A0、A1的状态，可从1D0～1D3的四个数据通道中选取某一数据，并经过门G2送到输出端Y；反之，当A2=1时，右边的数据选择器工作，左边的被禁止，按照地址A0、A1的状态，可从2D0～2D3中选取一个数据，再经过门G2送到输出端Y，这样就实现了8选1的功能。

同理，也可以用两个8选1数据选择器构成16选1数据选择器；用“5个4选1”来构成“16选1”等，读者可自行分析。

（2）用数据选择器构成组合电路

用4选1数据选择器可构成两变量的组合电路，用8选1数据选择器可构成三变量的组合电路，依此类推，一个n变量的组合电路，可用2n选1的数据选择器构成。

例如，用4选1数据选择器实现下列逻辑函数：

当4选1数据选择器在时，其输出端Y的表达式为

若将逻辑函数变量A作地址输入A1，则A1=A，变量B作地址输入A0，则A0=B，这时数据选择器输出端Y为

比较上述两式可知，若要两式相等，可令D0=1，D1=1，D2=1，D3=0，这时，数据选择器输出的就是所要的逻辑函数。实现该逻辑函数的电路连接图如图2-34（a）所示。

实际应用中，数据输入端可接0或1，也可接入某个变量，利用这种接法可构成函数发生器。用数据选择器构成组合电路，设计简单，使用方便，应用广泛。

（3）将数据并行输入转换成串行输出

数据选择器能实现数据传送，将多位数据并行输入转换成串行输出。如图2-34（b）所示，将4位并行数据预置在数据输入端D0～D3，当地址输入A1A0依次由00递增到11时，4个通道的并行数据依次传送到输出端，转换成串行数据。

（4）构成序列信号发生器

在数字传输与数字测试中，有时需要一组特定的串行数字信号，这种串行数字信号称序列信号，产生序列信号的电路称为序列信号发生器。用数据选择器可构成序列信号发生器。如要产生00010111的序列信号，可按图2-35所示连接电路，在数据输入端按所需的序列码顺序设置高、低电平，当地址输入A2A1A0依次由000递增到111，并反复循环时，则序列信号00010111连续不断重复产生。在需要修改序列信号时，只要修改数据输入端的高、低电平即可，所以又称可编序列信号发生器。

二、数据分配器

数据分配器与数据选择器操作过程相反。它能根据地址输入信号将输入数据传送到所指定的输出通路上去。图2-36所示为四路数据分配器，它有1个数据输入端D，2个地址输入端A0、A1，4个数据输出端Y0～Y3，并有1个使能端。

当时，电路能正常进行数据传送，这时若A1A0=00，数据D送入Y0通道；若A1A0=01，数据D送入Y1通道；A1A0=10，数据D送入Y2通道；A1A0=11，数据D送入Y3通道。当时，电路被禁止。

由上述分析可以看出，若将数据分配器的使能端，这时数据分配器就可作为二进制译码器使用，A1A0相当于译码输入，D相当于译码使能端；反之，具有“使能端”的二进制译码器可用作数据分配器。

例如，74LS138可用作8路数据分配器，使用时，将译码器的使能端SA作数据分配器的数据输入端D，将并联作为数据分配器的使能端，译码器的代码输入端A0、A1、A2作为数据分配器的地址输入端A0、A1、A2，图2-37为74LS138用作8路数据分配器的连接方法。当A2A1A0=000时，输入数据D被送入Y0通道，而其他通道不接通；当A2A1A0=001时，D被送入Y1通道，依次类推，完成数据分配的功能。