数据选择器

✍ dations ◷ 2025-04-26 17:25:57 #数字电子

在电子技术(特别是数字电路)中,数据选择器(英语:Data Selector),或称多路复用器(英语:multiplexer,简称:MUX),是一种可以从多个模拟或数字输入信号中选择一个信号进行输出的器件。 一个有 2 输入端的数据选择器有 个可选择的输入-输出线路,可以通过控制端来选择其中一个信号被选择作为输出。 数据选择器主要用于增加一定量的时间和带宽内的可以通过网络发送的数据量。

数据选择器使多个信号共享一个设备或资源,例如一个模拟数字转换器或一个传输线,而不必给每一个输入信号配备一个设备。

在结构图中,数据选择器的符号是一个等腰梯形,其中较长的底上为数个输入引脚,较短的底上为一个输出引脚。右图即为一个2选1数据选择器的结构图和其等效简化图。Sel引脚可以选择需要的信号。

此外,在很多数据选择器里,还有一个“使能”引脚用于控制器件的有效或者无效。

在数字电路设计中,选择端的输入信号是数字信号。在2选1数据选择器的例子中,选择端输入低电平0,则输出引脚会输出 I 0 {\displaystyle \scriptstyle I_{0}} 上的输入信号;反之,当选择端输入高电平1,则输出引脚会输出 I 1 {\displaystyle \scriptstyle I_{1}} 上的输入信号。当输入引脚的数目更多时,情况与上面类似,不过所需的选择端引脚数目变为 log 2 ( n ) {\displaystyle \scriptstyle \left\lceil \log _{2}(n)\right\rceil } 个,这里 n {\displaystyle \scriptstyle n} 是输入引脚的个数。

一个2选1数据选择器有如下的布尔函数, A {\displaystyle \scriptstyle A} B {\displaystyle \scriptstyle B} 分别表示两个输入信号, S {\displaystyle \scriptstyle S} 为选择信号, Z {\displaystyle \scriptstyle Z} 为输出信号,则有

注意,并非所有的逻辑函数直接具有以上的形式,但是所有的逻辑函数都可以使用香农展开(Shannon's expansion)的方法将它变换为上面这种形式。逻辑函数 Z {\displaystyle Z} 可以用下面的真值表表示:

这个真值表显示,当 S = 0 {\displaystyle \scriptstyle S=0} ,那么 Z = A {\displaystyle \scriptstyle Z=A} ;而当 S = 1 {\displaystyle \scriptstyle S=1} ,则 Z = B {\displaystyle \scriptstyle Z=B} 。在具体的电路中,实现一个这样的2选1数据选择器需要2个与门、一个或门和一个非门。

更大型的数据选择器也较常见,而且正如上面描述的, n {\displaystyle n} 个输入引脚需要 log 2 ( n ) {\displaystyle \scriptstyle \left\lceil \log _{2}(n)\right\rceil } 个选择引脚。其他常见的类型有4选1、8选1和16选1等。由于数字逻辑采用二进制的数字信号,输入引脚的个数通常是2的幂。

4选1数据选择器

8选1数据选择器

16选1数据选择器

4选1数据选择器的布尔函数如下:

这样的数据选择器可以由如下的电路实现:

注意: I n {\displaystyle \scriptstyle I_{n}} 输入引脚的下标表示选择端所表示的二进制数的各位

大型的数据选择器可以由较小的数据选择器级联来实现。例如,一个8选1数据选择器可以由两个4选1数据选择器组成,一个4选1数据选择器可以由两个2选1数据选择器组成。在前者中,两个4选1选择器的输出端连接到2选1选择器,并且两个4选1选择器和一个2选1选择器的选择端的引脚平行地接出,视为“8选1数据选择器”的“3个选择引脚”。

7400系列有若干种集成电路具有数据选择器功能,列表如下:

数据选择器同样可被用作可编程逻辑器件。通过指定输入信号的排列,用户可以创建一个定制的逻辑电路。选择引脚充当了逻辑输入的功能。当生产成本和模块化有限的时候,这种方式十分有用。

在硬件描述语言中,可以采用数据流或者行为语句对数据选择器进行描述。例如,在Verilog中,可以使用条件运算符条件?表达式1:表达式2或者使用if条件结构或case选择结构来实现数据选择器。

相关

  • 放射性物质放射性或辐射性是指某元素的放射性同位素从不稳定的原子核自发地放出射线(如α射线、β射线、γ射线等)而衰变形成另一种同位素(衰变产物),这种现象称为放射性。衰变时放出的能量
  • 布朗马达布朗马达是奈米或分子装置,以热趋动程序(化学应用)来控制及用来产生指向性的运动及做机械能或电能的功。这个小马达在粘性远大于惯性的环境下运用,而且热噪声使得它有如在龙卷
  • 非法出卖、转让军队武器装备罪非法出卖、转让武器装备罪,是《中华人民共和国刑法》规定的一类罪刑,指军人及非军人非法出卖或者转让武器装备的行为。《中华人民共和国刑法》第439条规定,“非法出卖、转让军
  • 辅脂酶n/an/an/an/an/an/an/an/an/an/a辅脂酶(Colipase) 是一种蛋白质辅酶,可提升胰脂酶(英语:lipase)的酵素活性。本蛋白的前体前辅脂酶(procolipase)由胰腺所分泌,此时并没有酵素活性。前
  • 古希腊戏剧古希腊戏剧是指大致繁荣于公元前6世纪末至前4世纪初之间的古希腊世界的戏剧。当时古希腊的政治和军事中心雅典城同时也是古希腊戏剧的中心。雅典的悲剧和喜剧也包括在全世界
  • 十六进制编辑器十六进制编辑器(也称为二进制文件编辑器)是一种计算机程序,它可以用较为友好的界面用来编辑二进制文件。计算机的存储与处理皆为二进制,因此为了能用一个显示的字符表示整数个二
  • 沈孟化沈孟化,字观瀛,福建永定县人,明朝政治人物。隆庆五年(1571年)辛未科贡士,因丁外艰回籍。万历二年(1574年)甲戌科补应殿试,成进士,授江浦县知县,县丞原无城郭,沈孟化节缩千余金,留治筑城。
  • 李克勉李克勉主教(英语:Bishop John Lee Keh-mien,1958年8月23日-)是台湾籍天主教会主教,现任新竹教区主教和天主教台湾地区主教团主席。生于台南县,辅仁大学哲学系、爱尔兰梅努斯大学神
  • 福派峰坐标:83°3′S 161°47′E / 83.050°S 161.783°E / -83.050; 161.783福派峰(英语:Fopay Peak)是南极洲的山峰,位于沙克尔顿海岸,处于麦克贝恩山西北面9公里的康沃尔冰川南岸,属于
  • 阿德尔·萨法尔阿德尔·萨法尔(阿拉伯语:عادل سفر‎,罗马化:Adel Safar;1953年-)大马士革人,叙利亚政治人物。2011年4月14日至2012年6月23日担任叙利亚总理。