北京理工大学《数字媒体技术》2021-2022学年第一学期期末试卷

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《数字媒体技术》2021-2022学年第一学期期末试卷题号一二三四总分得分一、单选题（本大题共15个小题，每小题1分，共15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、一个8位的D/A转换器，若其满量程输出电压为5V，当输入数字量为10000000时，输出电压为：（）A.0.5VB.1.25VC.2.5VD.5V2、数字逻辑中的乘法器可以通过不同的方式实现。假设要实现一个4×4的乘法器，使用移位相加的方法，以下哪个步骤是关键？（）A.确定移位的次数B.控制加法的顺序C.处理乘法的符号D.以上步骤都很关键3、假设在一个自动化控制系统中，需要根据多个传感器的输入实时计算控制量并输出。由于系统对响应时间要求极高，需要采用并行处理和流水线技术来提高计算速度。以下哪种数字逻辑实现方式能够满足这种高速实时计算的需求？（）A.专用集成电路（ASIC）B.复杂可编程逻辑器件（CPLD）C.现场可编程门阵列（FPGA）D.微控制器（MCU）4、在数字逻辑中，若要将一个4位并行输入的数值转换为串行输出，需要使用以下哪种电路？（）A.计数器B.编码器C.译码器D.移位寄存器5、在一个数字电路中，需要对多个输入信号进行优先级编码。以下哪种编码器可能是最适合的？（）A.普通二进制编码器，对输入信号进行直接编码B.优先编码器，能够根据输入信号的优先级进行编码C.格雷码编码器，输出具有良好容错性的编码D.以上编码器都不适合进行优先级编码6、在数字逻辑中，有限状态机（FSM）是一种用于描述系统状态和状态转换的模型。Mealy型和Moore型是两种常见的有限状态机类型。Mealy型有限状态机的输出不仅取决于当前状态，还取决于：（）A.上一个状态B.输入信号C.时钟信号D.初始状态7、二进制编码是数字系统中表示信息的重要方式。关于二进制编码，以下说法不正确的是（）A.8421码是一种常见的有权码B.格雷码相邻两个编码之间只有一位不同C.余3码是一种无权码D.无论采用哪种编码方式，都能唯一表示所有的十进制数8、计数器是一种常见的时序逻辑电路。以下关于计数器功能和特点的描述中，错误的是（）A.用于对脉冲信号进行计数B.可以按照二进制或其他进制进行计数C.计数器的计数长度是固定不变的D.可以通过级联实现更大规模的计数9、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10、在数字逻辑电路中，假设我们要设计一个加法器来计算两个4位二进制数的和。考虑到速度和复杂度的平衡，以下哪种加法器结构通常是较为理想的选择？（）A.半加器级联B.全加器级联C.并行加法器D.串行加法器11、在数字电路中，加法器的进位链可以采用不同的结构。假设一个16位加法器，采用先行进位结构，与串行进位结构相比，以下哪个方面会有显著的改善？（）A.电路的复杂度B.计算速度C.功耗D.占用的芯片面积12、在数字逻辑中，若要实现逻辑函数F=A⊕B⊕C，最简的表达式为：（）A.ABC+A'B'C'B.AB'+A'BC.(A⊕B)⊕CD.A+B+C13、当研究数字电路中的冒险现象时，假设一个电路在特定输入组合下产生了毛刺。以下哪种技术可以有效地消除这些毛刺？（）A.增加冗余项B.使用滤波电容C.改变电路结构D.以上技术均可14、在数字逻辑电路的可靠性设计中，假设一个电路需要在恶劣的环境条件下长时间稳定运行，例如高温、高湿度和强电磁干扰。为了提高电路的可靠性和容错能力，以下哪种技术或方法是经常采用的？（）A.冗余设计B.电磁屏蔽C.散热优化D.以上都是15、数字逻辑中的加法器可以分为半加器和全加器。半加器和全加器的主要区别是什么？（）A.半加器不考虑进位输入，全加器考虑进位输入B.半加器的运算速度快，全加器的运算速度慢C.不确定D.半加器和全加器没有区别二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）详细说明在计数器的异步清零和同步清零的实现方式和区别，以及在实际设计中的选择依据。2、（本题5分）深入分析在数字逻辑电路的时钟树综合中，如何优化时钟信号的分布以减少时钟偏差。3、（本题5分）说明在数字逻辑中竞争和冒险现象产生的原因，以及如何避免或消除这种现象。4、（本题5分）详细说明在多路选择器的信号切换时间优化中，采取的技术和效果。三、分析题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）用数字逻辑实现一个简单的数字信号滤波电路，例如中值滤波。深入分析滤波算法的逻辑实现和特点，解释如何去除噪声和保持信号的特征，研究在实时信号处理中的应用。2、（本题5分）给定一个复杂的数字逻辑电路，包含多个组合逻辑模块和时序逻辑模块。分析电路的整体功能，绘制信号流程图，解释各个模块之间的协同工作方式以及数据在电路中的传输和处理过程。3、（本题5分）设计一个数字比较器，能够比较两个4位二进制数的大小。详细描述比较器的逻辑功能，通过逻辑表达式和真值表进行分析，并画出逻辑电路图。探讨该比较器在排序算法和数据选择中的应用。4、（本题5分）设计一个译码器电路，能够将4位二进制输入转换为16个输出信号。全面分析译码器的逻辑功能、内部结构和工作原理，讨论如何通过增加使能控制端来提高译码器的灵活性和实用性。5、（本题5分）给定一个数字逻辑电路的可靠性测试方案，分析测试用例的覆盖性和有效性。提出改进测试方案的建议和措施，包括增加测试向量、引入故障注入等方法。四、设计题（本大题共4个小题，共40分)1、（本题10分）使用JK触发器和逻辑门设计一个能实现数据锁存功能的电路，画出逻辑图和说明其工作过程。2、（本题10分）设计一个全加器，能够进行两个8位二进制数的加法运算，并输出结果和进位。3、（本题10分）设计一个组