第4章-习题与参考答案20-35

第4章习题与参考答案【题4-1】写出图题4-1的输出逻辑函数式。图题4-1解：（1）（2）【题4-2】使用与门、或门实现如下的逻辑函数式。（1） （2） （3）解：【题4-3】（1） （2） （3）【题4-4】试写出图题4-4所示电路的逻辑函数式，列出真值表，并分析该电路的逻辑功能。图题4-4解：ABCY100000010010001111000101111011111此电路是三人表决电路，只要有两个人输入1，输出就是1。ABCDY200000000100010000110010000101001100011111000010010101001011111000110111110111110该电路在4个输入中有3个为1时，输出Y2为1。【题4-5】逻辑电路与其输入端的波形如图题4-5所示，试画出逻辑电路输出端Y的波形。图题4-5解：【题4-6】图题4-6所示的逻辑电路中，与非门为74LS00，或非门是74LS02，非门是74LS04。试分析该电路的最大传输延迟时间。图题4-6解：74LS00、74LS02和74LS04的最大tPHL和tPLH都是15ns，因为A信号经过4级门达到输出端X，因此最大传输延迟时间为4×15ns=60ns。【题4-7】图题4-7所示的是家用报警器装置，该装置具有6个开关，各开关动作如下：图题4-7人工报警开关M，该开关闭合时，报警信号ALARM=1，开始报警。报警使能开关EN，该开关闭合时，窗户、门和车库信号才能使ALARM=1。复位开关RST，该开关断开时，取消报警。窗户开关W，该开关平常处于闭合状态，一旦断开，使ALARM=1，开始报警。门开关D，该开关平常处于闭合状态，一旦断开，使ALARM=1，开始报警。车库开关G，该开关平常处于闭合状态，一旦断开，使ALARM=1，开始报警。（1）试写出图示电路的逻辑函数式。（2）（3）（4）试计算该电路的最大静态功耗，若用5V电压、800mA·h的电池供电，可以工作多长时间。各芯片静态电源电流如下：六非门74HC04的电源电流ICC=2A；四2输入与门74LS08的电源电流ICCH=，ICCL=。解：（1）图示电路的逻辑函数式为：（2）三种逻辑电路之间的噪声容限74HC04驱动74LS08，高电平噪声容限为－2V=；低电平噪声容限－=。74HCT的输入信号兼容TTL，因此LS08电路可以驱动HCT32电路，因此噪声容限计算如下：高电平噪声容限==；低电平噪声容限为。（3）输入开关与逻辑电路之间、逻辑电路与9013晶体管之间是否正常动作输入开关信号RST、D、G、W的与74HC04连接，由于HC系列电路的输入电阻很大，只需要1μA电流，因此开关信号的高电平近似为5V，低电平近似为0，因此高电平噪声容限为，低电平噪声容限为；输入开关信号EN与74LS08连接，74LS08低电平输入电流为，因下拉电阻为1kΩ，因此输入低电平VIL为，因此低电平噪声容限为－=，高电平噪声容限为5V-2V=3V。输入开关信号M与74HCT32连接，由于74HCT32的输入电流为1μA，因此开关输入信号的高电平接近于5V，低电平接近于0V，因此高电平噪声容限为5V－2V=3V，低电平噪声容限为－1=；HCT32的高电平驱动能力在4mA时，可保证输出高电平为4V，因此有9013三极管的基极电流为IB=（VOHmax-VBE）/R6=（）/Ω=。若9013的电流放大倍数为180倍，因此有临界饱和集电极电流IC=×180=270mA，也就是IC小于270mA时，9013处于饱和区，大于270mA时9013处于放大区。若蜂鸣器SPK的工作电流为20mA，因此9013可以可靠饱和导通。（4）试计算该电路的最大静态功耗，若用5V电压、800mA·h的电池供电，可以工作多长时间。各芯片静态电源电流如下：74HC04的静态电流为2A。若是4个门都输出高电平，每个驱动74LS08的高电平输入电流为20A，共80A。ICC04=2A+4×20A=82A。74HCT32的静态电流为20A；每个引脚附加电源电流，则附加电源电流6×=；报警时，74HCT32在输出高电平时，驱动三极管的基极电流为。不报警时的电流：ICC32=20A+6×=报警时的电流：ICC32=20A+6×+=74LS08的平均静态电流ICC08=（ICCH+ICCL）/2=（+）/2=。报警动作时流过上下拉电阻的最大电流IR=6×（5V/1kΩ）=6mA。不报警动作时，3个上下拉电阻的电流IR=3×（5V/1kΩ）=3mA。报警动作时的蜂鸣器工作电流ISPK=20mA。蜂鸣器不报警动作时的电源电流ICC为：ICC=ICC04+ICC32+ICC08+IR=+++3mA≈mA若是采用若用5V电压、800mA·h的电池供电，可以工作时间t=800/≈。蜂鸣器动作时的电源电流ICC为：ICC=ICC04+ICC32+ICC08+IR+ISPK=+++6mA+20mA≈mA若是蜂鸣器一直报警，5V电压、800mA·h的电池只能工作约800/≈20h。若要增加运行时间，需要全部使用HC系列芯片，同时将上下拉电阻阻值增加到400kΩ，则蜂鸣器不动作时的电源电流为：ICC=ICC04+ICC32+ICC08+IR=6A+8A+14A+A×3=这里所用的HC电路的静态电流都是2A，每用一个引脚增加1A。3个上下拉电阻的电流为A×3=A。因此800mA·h的电池供电，可以工作时间t=800/≈12121h，约为505天。【题4-8】试用74LS147、74LS04和74LS21组成一个0～9按键编码器，要求输出任一按键按下信号EN，并输出高电平有效的编码A3～A0。解：【题4-9】试用门电路设计4线-2线优先编码器，输入、输出信号都是高电平有效，要求任一按键按下时，GS为1，否则GS=0；还要求没有按键按下时，EO信号为1，否则为0。解：DCBAA1A0GSEO0000000100010010001X011001XX10101XXX1110得到：逻辑电路如下图所示。【题4-10】用3线-8线译码器74LS138和与非门实现如下多输出函数。解：==【题4-11】试用3线-8线译码器74LS138和门电路实现一位二进制全减器（输入为被减数、减数与来自低位的借位；输出为差和向高位的借位）。要求用按键输入减数、被减数和借位，发光二极管显示减法结果。解：被减数减数借位差借位MNBSUBC0000000111010110110110010101001100011111【题4-12】试用74LS147、74LS46、74LS04与共阳数码管等元件设计一个0～9按键输入，数码管显示按键数字值的电路。解：【题4-13】试用门电路设计一个2选1数据选择器。解：若是输入信号为A、B，选择信号为S，输出信号为Y，则有：用门电路实现如下：【题4-14】试用8选1数据选择器74LS151实现如下函数。解：8选1数据选择器=【题4-15】试用8选1数据选择器74LS151实现一个代码转换电路，输入为3位二进制代码，输出为3位格雷码。解：ABCXYZ000000001001010011011010100110101111110101111100【题4-16】试用8选1数据选择器74LS151实现4个开关控制一个灯的逻辑电路，要求改变任何一个开关的状态都能控制灯的状态（由灭到亮，或反之）。解：设D、C、B、A为四个开关，开关断开输出1，闭合输出0；Y表示灯，1表示亮。DCBAY00000000110010100110010010101001100011111000110010101001011111000110111110111110【题4-17】试分析图题4-17所示电路在S1、S0信号控制下，其输入A、B与输出Y之间的关系。图题4-17解：由图得到：S1S0Y00AB01A+B1011【题4-18】试采用门电路设计一个6线-1线数据选择器。要求电路最简单。解：根据题意，有如下函数式：就是用3-6译码器、与门和或门组成6-1选择器，由于为不完全译码器，任意项m6和m7不出现，因此可以化简译码器逻辑函数。因此有下图：【题4-19】试写出图题4-19所示加法器的输出。图题4-19解：COS2S1S0=1100【题4-20】对于图题4-20所示波形作为输入的74LS85电路，试画出其输出端的波形。图题4-20解：【题4-21】对于图题4-21所示波形作为输入的电路，试画出其输出端的波形。解：图题4-21【题4-22】试设计一个BCD代码转换成格雷码的代码转换器。解：根据题意做真值表如下：DCBAWXYZ00000000000100010010001100110010010001100101011101100101011101001000110010011101用卡诺图化简：D+C因此有如下电路：【4-23】试设计一个检测电路，当4位二进制数为0、2、4、6、8、10、12、14时，检测电路输出为1。解：DCBAY00001000100010100110010010101001101011101000110010101011011011001110101110111110得到：因此有电路如下：【4-24】某公司3条装配线各需要100kW电力，采用两台发电动机供电，一台100kW，另外一台是200kW，3条装配线不同时开工，试设计一个发电动机控制器，可以按照需求启动发电动机以达到节电的目的。解：设C、B、A代表三条装配线，G100代表100kW发电机，G200代表200kW发电机。CBAG100G20000000001100101001101100101010111001111xx有逻辑图如下：【题4-25】某单片机控制外部设备的电路如图题4-25所示，图中S1、S2是受控外部设备，单片机输出地址为A7～A0，试求出设备S1与S2的地址码。图题4-25解：S1地址为：A7A6A1000X001100X0001S2地址为：A7A6A1000X100100X0100【题4-26】试用4线-16线译码器74154、16选1数据选择器74150以及非门7404设计一个用6根线传输16线信号的电路（需要查阅74154和74150数据手册，了解这两个芯片的功能）。解：直接设计如下：【题4-27】试设计一个BCD输入的4位数码管扫描显示电路，输入信号为4位BCD码与4位低电平有效的扫描信号（使用共阳数码管、BCD-7段译码器74LS247、双4选1数据选择器74LS153与三极管）。【题4-28】