数字电子技术基础习题册答案7-11.doc

第7章 时序逻辑电路【7-1】已知时序逻辑电路如图7.1所示，假设触发器的初始状态均为0。(1 )写出电路的状态方程和输出方程。(2) 分别列出X=0和X=1两种情况下的状态转换表，说明其逻辑功能。(3) 画出X=1时，在CP脉冲作用下的Q1、Q2和输出Z的波形。图7.1解：1电路的状态方程和输出方程 2分别列出X=0和X=1两种情况下的状态转换表，见题表7.1所示。逻辑功能为当X=0时，为2位二进制减法计数器；当X=1时，为3进制减法计数器。3X=1时，在CP脉冲作用下的Q1、Q2和输出Z的波形如图7.1(b)所示。题表7.1 X=0 X=1 Q2 Q1 Q2 Q1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 图7.1(b) 【7-2】电路如图7.2所示，假设初始状态QaQbQc=000。(1) 写出驱动方程、列出状态转换表、画出完整的状态转换图。(2) 试分析该电路构成的是几进制的计数器。图7.2解： 1写出驱动方程 2写出状态方程 3列出状态转换表见题表7.2，状态转换图如图7.2(b)所示。4由FFa、FFb和FFc构成的是六进制的计数器。【7-3】在二进制异步计数器中，请将正确的进位端或借位端（Q或）填入下表触发方式计数器类型加法计数器减法计数器上升沿触发由（ ）端引出进位由（ ）端引出借位 下降沿触发由（ ）端引出进位由（ ）端引出借位解： 题表7-3【7-4】电路如图7.4(a)所示，假设初始状态Q2Q1Q0=000。 1. 试分析由FF1和FF0构成的是几进制计数器； 2. 说明整个电路为几进制计数器。列出状态转换表，画出完整的状态转换图和CP作用下的波形图。 (a) (b)图7.4解：1、由FF1和FF0构成的是三进制加法计数器（过程从略） 2、整个电路为六进制计数器。状态转换表（略），完整的状态转换图 和CP作用下的波形图如下图。【7-5】某移位寄存器型计数器的状态转换表如表7.5所示。请在图7.5中完成该计数器的逻辑图，可以增加必要的门电路。要求：写出求解步骤、画出完整的状态转换图。（Q3为高位） 表7.6 图7.5解：(1) 根据状态转换表画次态卡诺图，求出状态方程。； ； ； (2) 由状态方程写驱动方程。； ； ； (3) 验证自启动，画完整状态转换图。电路可自启动。(4) 电路图如下图。【7-6】在图7.6(a)所示电路中，由D触发器构成的六位移位寄存器输出Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1的初态为010100，触发器FF的初态为0，串行输入端DSR=0。请在图7.6 (b)中画出A、Q及B的波形。 (a) (b)图7.6解：波形图如图7.6(b)所示。图7.6(b)【7-7】分析图7.7所示电路，说明它们是多少进制计数器？ (a) (b)图7.7解：图(a)，状态转换顺序QDQCQBQA=01234560，是7进制计数器；图(b)，QDQCQBQA=67891011121314156，是10进制计数器；【7-8】分析图7.8所示电路的工作过程1. 画出对应CP的输出QaQdQcQb的波形和状态转换图（采用二进制码的形式、Qa为高位）。2. 按QaQdQcQb顺序电路给出的是什么编码？3. 按QdQcQbQa顺序电路给出的编码又是什么样的？ 图7.8解：1 状态转换图为2按QaQdQcQb顺序电路给出的是5421码。3. 按QdQcQbQa顺序电路给出的编码如下00000010010001101000000100110101011110010000【7-10】试用2片4位二进制计数器74LS160采用清零法和置数法分别实现31进制加法计数器。 解：答案略。【7-9】图7.9为由集成异步计数器74LS90、74LS93构成的电路，试分别说明它们是多少进制的计数器。 (a) (b) (c)图7.9 解：图(a)，状态转换顺序QDQCQB=0120，是3进制计数器；图(b)，状态转换顺序QDQCQB=01230，是4进制计数器；图(c)，是37进制计数器。【7-11】图7.12所示为一个可变进制计数器。其中74LS138为3线/8线译码器，当S1=1且时，进行译码操作，即当A2A1A0从000到111变化时，依次被选中而输出低电平。74LS153为四选一数据选择器。试问当MN为各种不同取值时，可组成几种不同进制的计数器？简述理由。图7.11解：4个JK触发器构成二进制加法计数器，当计数到 Q4Q3Q2Q1=10000时，74LS138满足使能条件，对Q3Q2Q1的状态进行译码，译码器的输出Y经过4选1数据选择器74LS153，在MN的控制下，被选中的Y信号，以低电平的形式对计数器清零。不同的MN即可改变图7.11所示电路的计数进制，具体见下表。M N进制0 0八0 1九1 0十四1 1十五 第8章 存储器【8-1】 填空1按构成材料的不同，存储器可分为磁芯和半导体存储器两种。磁芯存储器利用 来存储数据；而半导体存储器利用 来存储数据。两者相比，前者一般容量较 ；而后者具有速度 的特点。2半导体存储器按功能分有 和 两种。3ROM主要由 和 两部分组成。按照工作方式的不同进行分类，ROM可分为 、 和 三种。4某EPROM有8条数据线，13条地址线，则存储容量为 。5DRAM 速度 SRAM，集成度 SRAM。6DRAM是 RAM，工作时（需要，不需要） 刷新电路；SRAM是 RAM，工作时（需要，不需要） 刷新电路。7. FIFO的中文含义是 。解：1正负剩磁，器件的开关状态，大，快。 2ROM，RAM。 3地址译码器，存储矩阵，固定内容的ROM 、 PROM，EPROM三种。 42138。 5低于，高于。 6动态，需要；静态，不需要。7先进先出数据存储器。【8-2】图8.2是164位ROM，A3A2A1A0为地址输入，D3D2D1D0为数据输出，试分别写出D3、D2、D1和D0的逻辑表达式。 图8.2解： 【8-3】用164位ROM做成两个两位二进制数相乘（A1A0B1B0）的运算器，列出真值表，画出存储矩阵的阵列图。解：图8.3 【8-4】由一个三位二进制加法计数器和一个ROM构成的电路如图8.4(a)所示 1写出输出F1、F2和F3的表达式； 2画出CP作用下F1、F2和F3的波形（计数器的初态为”0“） (a) (b) 图8.4解：1 2图8.4（b） 【8-5】用ROM实现全加器。解： 图8.5第9章 可编程逻辑器件及Verilog语言【9-1】简述CPLD与FPGA的结构特点？解：CPLD采用了与或逻辑阵列加上输出逻辑单元的结构形式；而FPGA的电路结构由若干独立的可编程逻辑模块组成，用户可以通过编程将这些模块连接成所需要的数字系统。CPLD属于粗粒结构，FPGA属于细粒结构。CPLD是基于乘积项的可编程结构，而在FPGA中，其基本逻辑单元LE是由可编程的查找表（LUT，Look-Up Table）构成的， LUT本质上就是一个RAM。【9-2】简述手工设计与PLD设计的流程？解： 答：手工设计：第一步，设计电路，画出逻辑图；第二步，选择逻辑元器件。第三步，进行正确的连线。 PLD的设计流程：首先根据设计要求写出相应的逻辑表达式，画出设计草图，接着在计算机上利用PLD软件通过原理图输入方式或硬件描述语言（HDL）输入方式输入逻辑设计描述，经计算机仿真验证后，下载到PLD器件中，最后再通过外部实际输入输出对设计进行验证。【9-3】用PLD器件实现的电路仿真结果如图9.4所示，请指出电路的功能。 (a) (b)(c)图9.4 解：图P9.4 (a)为二选一数据选择器，图P9.4 (b) 边沿型D触发器，图P9.4 (c)为电平触发D触发器。【9-4】Verilog语言程序清单如下，写出电路的逻辑功能，并通过QuartusII进行仿真。module count(out,data,load,reset,clk);output7:0 out;input7:0 data;input load,clk,reset;reg7:0 out;always (posedge clk)beginif (!reset) out = 8h00;else if (load) out = data;else out = out - 1;endendmodule解：Verilog语言程序清单如下，写出电路的逻辑功能，并通过QuartusII进行仿真。module count(out,data,load,reset,clk);output7:0 out;input7:0 data;input load,clk,reset;reg7:0 out;always (posedge clk)beginif (!reset) out = 8h00;else if (load) out = data;else out = out - 1;endendmodule【9-5】Verilog语言程序清单如下，写出电路的逻辑功能表，并通过QuartusII进行仿真。module yima(A,EN,Y);output 7:0 Y;input 2:0 A;input EN;reg7:0 Y;wire 3:0 temp=A,EN;alwayscase (temp)4b0001 : Y=8b00000001; 4b1001 : Y=8b00000010; 4b0101 : Y=8b00000100; 4b1101 : Y=8b00001000; 4b0011 : Y=8b00010000; 4b1011 : Y=8b00100000; 4b0111 : Y=8b01000000; 4b1111 : Y=8b10000000; default : Y=8b11111111;endcaseendmodule 解：3输入8输出译码器。仿真波形图见P9.5(a)，仿真电路图见P9.5(b)。 (a)仿真波形图(b) 仿真电路图图9.5 【9-6】Verilog语言程序清单如下，写出电路的逻辑功能表，并通过QuartusII进行仿真。module bianma(Y,A);output 2:0 A;input 7:0 Y;reg 2:0 A;wire 7:0 temp=Y;always case (temp)8b00000001: A=3b000;8b00000010: A=3b100;8b00000100: A=3b010;8b00001000: A=3b110;8b00010000: A=3b001;8b00100000: A=3b101;8b01000000: A=3b011;8b10000000: A=3b111;default A=3b000;endcase endmodule 解：8输入3输出编码器。仿真波形图见P9.6(a)，仿真电路图见P9.6(b)。（a）仿真波形图(b) 仿真电路图图 P9.6【9-7】用Verilog写出60进制计数器的程序，并进行仿真第10章 脉冲产生及变换电路 【10-1】试计算图10.1中单稳态触发器74LS122的暂稳态时间，Rext=10kW、Cext=100nF。 图10.1解：根据图中所给参数，暂稳态时间tw tw=0.32RextCext=0.71010310010-9=0.32ms【10-2】图10.2（a）是由555定时器构成的单稳态触发电路。 1.简要说明其工作原理； 2.计算暂稳态维持时间tw 3.画出在图10.2（b）所示输入ui作用下的uC和uO的波形。4.若ui的低电平维持时间为15ms，要求暂稳态维持时间tw不变，应采取什么措施？ (a) （b）图10.2解：1、工作原理（略）； 2、暂稳态维持时间tw=1.1RC=10ms； 3、uc和uo的波形如下图：4若ui的低电平维持时间为15ms，要求暂稳态维持时间tw不变，可加入微分电路【10-3】图10.3（a）为由555定时器和D触发器构成的电路，请问：1555定时器构成的是那种脉冲电路？2在图10.3（b）中画出uc、u01、u02的波形；3计算u01和u02的频率。 （a） （b）图10.3解： 1、555定时器构成多谐振荡器 2、uc, uo1, uo2的波形 3、uo1的频率f1= uo2的频率f2=158Hz【10-4】由555定时器构成的电路如图10.4 (a)所示，其中、。回答下列问题：1. 说明由555定时器构成的电路名称。2. 如果输入信号ui如图10.4 (b)所示，画出电路输出uo的波形。 (a) (b) 图10.4 解：1. 该电路为555定时器构成的施密特触发器。.(3分)2. 由电路图可知，电路的阈值电压为在给定输入ui信号条件下，电路输出uo的波形如图10.4(b)所示。.(3分)图10.4(b)【10-5】由555定时器构成的施密特触发器如图10.5（a）所示。1在图（b）中画出该电路的电压传输特性曲线；2如果输入ui为图（c）的波形；所示信号，对应画出输出uO的波形；3为使电路能识别出ui中的第二个尖峰，应采取什么措施？4在555定时器的哪个管脚能得到与3脚一样的信号，如何接法？（a） （b） （c）图10.5 图10.5(b)解：1见图10.5(b)所示。2. 见图10.5(c)所示。3. 为使电路能识别出uI中的第二个尖峰，应使5脚接3V左右控制电压，降低阈值。 4. 7脚，在 7脚与电源间接上拉电阻。【10-6】 由555定时器构成的电子门铃电路如图10.6所示，按下开关S使门铃Y鸣响，且抬手后持续一段时间。1. 计算门铃鸣响频率；2. 在电源电压VCC不变的条件下，要使门铃的鸣响时间延长，可改变电路中哪个元件的参数？3. 电路中电容C2和C3具有什么作用？图10.6解：1. 已知555定时器构成多谐振荡器，门铃振荡频率为2. R3和C4构成放电回路，使两个参数增大，可延长放电时间常数。3. 电容C2具有滤波作用，抑制电源中的高频干扰；电容C3具有“通交流、阻断直流”作用。【10-7】 图10.7为由两个555定时器接成的延时报警器，当开关S断开后，经过一定的延迟时间td后扬声器开始发出声音。如果在迟延时间内闭合开关，扬声器停止发声。在图中给定的参数下，计算延迟时间td和扬声器发出声音的频率。图10.7 解：延迟时间扬声器发出声音的频率第11章 数模与模数转换器【11-1】填空18位D/A转换器当输入数字量只有最高位为高电平时输出电压为5V,若只有最低位为高电平，则输出电压为 。若输入为10001000，则输出电压为 。2A/D转换的一般步骤包括 、 、 和 。3已知被转换信号的上限频率为10kHZ，则A/D转换器的采样频率应高于 。完成一次转换所用时间应小于 。4衡量A/D转换器性能的两个主要指标是 和 。5就逐次逼近型和双积分型两种A/D转换器而言， 抗干扰能力强； 转换速度快。解： 1 40mV ， 5.32V 。 2 采样 ，保持 ，量化 ， 编码 。 3 20kHz， 。 4 精度 ， 速度 。 5 双积分型， 逐次逼近型。【11-2】 对于一个8位D/A转换器，若最小输出电压增量为0.02V，试问当输入代码为01001101时，输出电压uo为多少伏？若其分辨率用百分数表示是多少？解：输出电压Uo=1.54V；分辨率为1/（28-1）。【11-3】图11.3为一个由四位二进制加法计数器，D/A转换器，电压比较器和控制门组成的数字式峰值采样电路。若被检测信号为一个三角波，试说明该电路的工作原理（测量前在端加负脉冲，使计数器清零）。若要使电路正常工作，对输出信号有何限制？图11.3 解： 首先将二进制计数器清零，使uO=0。加上输入信号（Ui0)，比较器A输出高电平，打开与门G，计数器开始计数，uO增加。同时uI亦增加，若uIuO，继续计数，反之停止计数。但只要uO未达到输入信号的峰值，就会增加，只有当uO=uImax时，才会关闭与门G，使之得以保持。【11-4】双积分型A/D转换器如图11.4所示，请简述其工作原理并回答下列问题：1若被检测电压UI(max)=2V，要求能分辨的最小电压为0.1mV，则二进制计数器的容量应大于多少？需用多少位二进制计数器？2若时钟频率fCP=200kHz，则采样时间T1=?3若fCP=200kHz，UIVREF=2V，欲使积分器输出电压UO的最大值为5V，积分时间常数RC应为多少。 图11.4 解： 1. 若被检测电压UImax=2V，要求能分辨的最小电压为0.1mV，则二进制计数器的容量应大于2000