北京理工大学《数字电路与系统》2021-2022学年第一学期期末试卷

自觉遵守考场纪律如考试作弊此答卷无效密自觉遵守考场纪律如考试作弊此答卷无效密封线第1页，共3页北京理工大学《数字电路与系统》

2021-2022学年第一学期期末试卷院(系)_______班级_______学号_______姓名_______题号一二三四总分得分批阅人一、单选题（本大题共20个小题，每小题1分，共20分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．）1、编码器是一种将输入信号转换为编码输出的组合逻辑电路。以下关于编码器的说法，错误的是（）A.普通编码器在多个输入同时有效时，可能会产生错误的输出B.优先编码器可以解决普通编码器的输入冲突问题C.编码器可以将十进制数转换为二进制编码D.编码器的输出位数总是与输入信号的数量相同2、已知一个数字系统的工作频率为200MHz，其时钟周期是多少纳秒？（）A.5B.2C.0.5D.0.23、在一个8位的数字加法器中，如果发生了进位溢出，那么这个溢出标志位应该是第几位？（）A.第8位B.第9位C.第7位D.第6位4、想象一个数字系统中，需要实现一个数据缓冲器，能够暂时存储输入的数据。以下哪种器件可能是最适合的？（）A.锁存器，能够在特定条件下保持数据B.寄存器，具有更稳定的存储和控制功能C.计数器，主要用于计数操作，不适合作为缓冲器D.译码器，用于将编码转换为特定的输出5、在一个数字电路中，需要对两个4位的二进制数进行加法运算。为了实现这个加法功能，并且能够处理可能产生的进位，以下哪种加法器结构可能是最优的选择？（）A.半加器，只能处理两个一位二进制数相加B.全加器，考虑低位进位进行加法C.串行进位加法器，低位向高位逐位进位D.超前进位加法器，提前计算进位减少延迟6、对于一个由多个触发器组成的同步时序电路，若其中一个触发器出现故障，会对整个电路的工作产生怎样的影响？（）A.部分功能失效B.完全停止工作C.输出错误结果D.以上都有可能7、逻辑函数的化简方法有多种。假设我们正在尝试化简一个复杂的逻辑函数。以下关于逻辑函数化简的描述，哪一项是不准确的？（）A.公式法化简逻辑函数需要熟练掌握布尔代数的定律和规则B.卡诺图化简法直观形象，适用于变量较少的逻辑函数化简C.无论使用哪种化简方法，得到的最简逻辑表达式都是唯一的D.逻辑函数的化简可以降低电路成本，提高电路的可靠性和稳定性8、在数字逻辑中，有限状态机（FSM）是一种用于描述时序逻辑行为的模型。以下关于有限状态机的描述中，正确的是（）A.由状态、输入、输出和状态转换组成B.可以用状态图和状态表来描述C.能够实现复杂的控制逻辑D.以上都是9、若一个数字电路的输入信号为连续变化的模拟信号，需要经过什么处理才能被数字电路识别？（）A.滤波B.放大C.量化D.编码10、在一个数字电路中，使用了组合逻辑和时序逻辑。关于组合逻辑和时序逻辑的区别，以下哪种描述是正确的？（）A.组合逻辑的输出仅取决于当前的输入，时序逻辑的输出取决于输入和之前的状态B.组合逻辑使用触发器存储数据，时序逻辑使用逻辑门进行运算C.组合逻辑的响应速度比时序逻辑快D.以上描述都不正确11、在数字逻辑电路中，数据选择器可以根据多个控制信号选择不同的输入数据。一个16选1数据选择器，需要多少个控制信号？（）A.4个B.5个C.不确定D.根据数据选择器的类型判断12、已知一个逻辑函数F=A+B·C，其反函数F'为：（）A.F'=A·(B+C)B.F'=A·(B·C)C.F'=(A+B)·CD.F'=A·(B'+C')13、在数字逻辑中，移位寄存器可以实现数据的移位操作。以下关于移位寄存器工作方式的描述中，不正确的是（）A.可以实现左移和右移B.移位操作通常在时钟脉冲的控制下进行C.移位寄存器可以存储多位数据D.移位寄存器的移位方向是固定不变的14、已知一个逻辑函数的最简与或表达式为F=AB+CD，若要用最少的与非门来实现，需要几个与非门？（）A.2B.3C.4D.515、考虑一个数字电路，其输入和输出之间存在一定的延迟。如果要减小这种延迟，提高电路的响应速度，以下哪种方法是可行的？（）A.优化电路的布线，减少信号传输路径B.选用速度更快的逻辑门器件C.减少电路中的级数和中间环节D.以上方法都可以有效地减小延迟16、对于一个异步清零的计数器，清零信号的有效时间应该满足什么条件？（）A.小于时钟周期B.大于时钟周期C.与时钟周期无关D.以上都不对17、对于一个由多个计数器级联组成的大计数器，其计数范围是各个计数器计数范围的什么？（）A.乘积B.和C.差D.以上都不对18、在数字逻辑中，三态门常用于总线结构中。如果要实现多个设备共享一条总线，并且避免总线冲突，以下哪种方式是正确的使用三态门的方法？（）A.只有一个设备的三态门处于使能状态，其他设备的三态门关闭B.所有设备的三态门同时处于使能状态C.随机控制设备的三态门使能，不考虑冲突D.以上方法都无法避免总线冲突19、已知逻辑函数F=(A+B)(C+D)(E+F)，用卡诺图化简后，最简表达式为？（）A.A+C+EB.B+D+FC.A+D+ED.以上都不对20、当研究数字电路中的触发器同步问题时，假设一个系统中有多个触发器需要同时更新状态。以下哪种时钟信号分配方式能够确保同步性并且减少时钟偏差？（）A.单点时钟驱动B.树形时钟分布C.网状时钟网络D.以上方式均可二、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）详细说明数字逻辑中加法器和减法器的进位链优化技术，如进位选择加法器和超前进位加法器的改进版本。2、（本题5分）阐述数字逻辑中编码器和译码器的速度和功耗优化方法，举例说明在实际应用中如何平衡性能和功耗。3、（本题5分）详细阐述如何用硬件描述语言实现一个状态机的状态恢复功能，应对异常情况。4、（本题5分）详细说明数字逻辑中随机存取存储器（RAM）的读写操作过程和控制信号，举例说明其在数据缓存中的应用。5、（本题5分）解释在数字逻辑中如何分析逻辑电路的可靠性，评估电路在不同条件下的稳定性。三、设计题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）使用JK触发器设计一个异步时序逻辑电路，实现一个8位双向移位寄存器，画出状态转换图和电路。2、（本题5分）利用逻辑门设计一个逻辑电路，用于实现特定的编码转换功能。3、（本题5分）用JK触发器设计一个能实现状态循环切换且具有暂停功能的电路，画出状态图和逻辑图。4、（本题5分）用中规模集成电路设计一个能实现模25计数器（可预置初值）的电路，画出逻辑图和状态转换图。5、（本题5分）设计一个能将5421BCD码转换为余3码的组合逻辑电路，输入为4位5421BCD码，给出逻辑表达式和电路实现。四、分析题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）有一个数字音频播放系统，需要对音频数据进行解码和数模转换。分析音频解码的算法和数模转换的原理，设计相应的数字电路实现这些功能。探讨如何提高音频播放的质量和降低噪声干扰。2、（本题10分）设计一个数字电路，能够对输入的32位二进制数进行位反转