湖北汽车工业学院科技学院《数字逻辑与数字系统》2021-2022学年第一学期期末试卷

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《数字逻辑与数字系统》2021-2022学年第一学期期末试卷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、要设计一个能将4位二进制数转换为格雷码的电路，以下哪种方法是可行的？（）A.使用加法器B.使用减法器C.通过逻辑表达式直接转换D.以上都不行2、在数字电路中，竞争冒险现象可能会导致电路输出出现错误。以下关于竞争冒险产生原因的描述中，不正确的是（）A.信号传输延迟B.逻辑门的传输时间不一致C.输入信号的变化同时到达逻辑门D.电路的设计不合理3、假设正在设计一个数字时钟系统，其中需要一个分频器将高频时钟信号转换为低频的秒脉冲信号。以下哪种分频器结构可能是最适合的？（）A.计数器型分频器，通过计数实现分频B.触发器型分频器，基于触发器状态变化分频C.逻辑门型分频器，由逻辑门组合构成D.以上分频器结构效果相同，可随意选择4、在数字系统的设计中，需要考虑功耗、速度和面积等性能指标之间的平衡。以下关于这些性能指标的描述，错误的是（）A.降低功耗通常会导致电路速度变慢或者面积增加B.提高电路速度可能需要增加功耗和面积C.减小电路面积往往会牺牲功耗和速度性能D.可以在不影响其他性能指标的情况下，单独优化某一个性能指标5、在数字逻辑设计中，如何判断一个数字逻辑电路是否存在动态冒险？如果存在动态冒险，如何消除？（）A.通过分析逻辑表达式或卡诺图判断是否存在动态冒险，可以通过增加冗余项消除动态冒险B.通过观察电路的输入输出波形判断是否存在动态冒险，可以通过改变电路的结构消除动态冒险C.不确定D.动态冒险很难判断和消除6、想象一个数字系统中，需要对输入的数字信号进行编码，以提高数据传输的效率和可靠性。以下哪种编码方式可能是最优的考虑？（）A.曼彻斯特编码，每个时钟周期都有跳变，便于同步但效率较低B.差分曼彻斯特编码，解决了曼彻斯特编码的部分缺点，但实现复杂C.NRZ编码，简单直接但同步困难D.以上编码方式各有优缺点，需要根据具体应用选择7、考虑一个数字电路中的锁存器，它能够在特定条件下存储数据。以下哪种情况下锁存器可能会丢失存储的数据？（）A.电源故障B.控制信号异常C.长时间未刷新D.以上情况都可能导致数据丢失8、译码器是数字电路中的另一种重要组合逻辑器件。以下关于译码器工作原理的描述中，不正确的是（）A.将输入的二进制代码转换为对应的输出信号B.输入的代码位数决定了输出信号的数量C.译码器的输出通常是高电平有效D.译码器可以实现逻辑函数的化简9、对于一个8选1数据选择器，若输入数据为D0-D7，地址选择线为A2A1A0，当A2A1A0=101时，输出的数据将是：（）A.D1B.D3C.D5D.D710、在数字逻辑电路中，三态门可以实现数据的双向传输。当三态门的控制端为高电平时，输出处于高阻态。以下关于三态门的应用，错误的是：（）A.用于构建总线结构B.可以实现多个数据源的数据共享C.三态门的高阻态会导致数据丢失D.用于提高数据传输的效率11、在数字逻辑中，若要将一个16进制数0F转换为二进制数，结果是多少？（）A.1111B.0111C.1000D.110012、在数字逻辑电路中，组合逻辑电路的输出仅仅取决于当前的输入。假设设计一个用于判断一个三位二进制数是否能被3整除的组合逻辑电路。以下哪种方法可能是实现该电路的有效途径（）A.使用卡诺图进行逻辑化简B.直接通过逻辑门搭建，不进行任何化简C.采用中规模集成电路，如译码器D.以上方法都不可行13、在一个多位数字比较器中，如果要比较两个8位的二进制数，需要多少个基本比较单元？（）A.8B.16C.64D.25614、在数字电路的分析和设计中，建立真值表是重要的步骤之一。以下关于真值表作用的描述中，错误的是（）A.可以直观地反映输入和输出之间的逻辑关系B.有助于化简逻辑函数C.是设计数字电路的唯一依据D.可以验证逻辑电路的功能是否正确15、对于一个采用正逻辑的数字系统，高电平表示逻辑1，低电平表示逻辑0。当输入信号为0110时，经过一个非门后的输出信号是？（）A.1001B.1100C.0011D.101016、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17、在一个同步时序逻辑电路中，若时钟脉冲的频率为50MHz，一个状态持续的时间为20ns，那么该电路的状态数为：（）A.5B.10C.20D.5018、对于一个由与门、或门和非门组成的组合逻辑电路，输入信号发生变化后，输出信号的稳定时间取决于什么？（）A.门的数量B.门的类型C.信号的传输路径D.以上都是19、想象一个数字系统中，需要对一个高频的数字信号进行分频，得到较低频率的信号。以下哪种分频器的实现方式可能是最有效的？（）A.计数器式分频器，通过计数实现分频，简单可靠B.移位寄存器式分频器，利用移位操作分频，速度较快C.基于锁相环的分频器，能够实现高精度分频，但电路复杂D.以上分频器方式效果相同，可以任意选择20、在一个数字电路中，出现了竞争冒险现象，导致输出出现了不应有的尖峰脉冲。以下哪种方法可能是最有效地消除竞争冒险？（）A.增加冗余项，修改逻辑表达式B.接入滤波电容，消除尖峰脉冲C.选择速度更快的逻辑门D.以上方法结合使用二、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）深入解释在数字逻辑电路的静电防护设计中，采取哪些措施来防止静电对电路的损害。2、（本题5分）说明在数字逻辑设计中如何进行面积和速度的权衡，以满足不同的设计要求。3、（本题5分）阐述数字逻辑中只读存储器（ROM）的存储单元结构和寻址方式，分析其容量扩展方法。4、（本题5分）详细说明数字逻辑中数据选择器和数据分配器的输入输出阻抗匹配和信号完整性保障，分析其在高速系统中的重要性。5、（本题5分）阐述数字逻辑中同步时序电路的时钟偏差和时钟抖动对电路性能的影响，以及如何减小这些影响。三、设计题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）用JK触发器设计一个能实现状态奇偶切换的电路，画出状态图和逻辑图。2、（本题5分）设计一个能将4位二进制数扩展为8位的逻辑电路，高4位根据最低位的值填充，给出逻辑表达式和电路图。3、（本题5分）设计一个组合逻辑电路，判断输入的6位二进制数是否能被4整除，输出结果为1表示能整除，0表示不能整除，画出逻辑图。4、（本题5分）设计一个全加器，能够进行三个512位二进制数的加法运算，并输出结果和进位的优化表示。5、（本题5分）设计一个组合逻辑电路，判断一个16位二进制数是否满足特定的对称条件。四、分析题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）设计一个数字电路，能够实现一个16位的并行到串行数据转换器。仔细分析并行数据和串行数据的转换过程，说明电路中如何通过移位操作和控制信号实现数据的转换。考虑如何提高转换的效率和准确性。2、（本题10分）