安徽农业大学《数字逻辑设计实验》2023-2024学年第一学期期末试卷

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《数字逻辑设计实验》2023-2024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30个小题，每小题1分，共30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、当研究数字电路中的计数器时，假设需要设计一个能够从0计数到15的4位二进制计数器。以下哪种计数器类型可以实现这个功能，并且在计数过程中具有较好的稳定性？（）A.异步计数器B.同步计数器C.加法计数器D.减法计数器2、考虑数字逻辑中的可编程逻辑器件（PLD），假设需要快速实现一个特定的数字逻辑功能。以下关于PLD的特点和使用，哪个说法是正确的（）A.编程复杂，不适合快速开发B.灵活性高，可以重复编程C.成本高昂，不适合小规模应用D.以上说法都不正确3、在数字逻辑电路中，竞争冒险可能会在多个输入信号同时变化时产生。为了判断一个逻辑电路是否存在竞争冒险，可以通过观察逻辑表达式或者绘制波形图来进行。以下关于竞争冒险判断的描述，错误的是：（）A.只要逻辑表达式中存在变量的互补形式，就一定存在竞争冒险B.波形图中出现尖峰脉冲，说明存在竞争冒险C.增加冗余项可以消除竞争冒险D.竞争冒险不会影响电路的逻辑功能4、在数字系统中，接口电路用于连接不同的数字设备。以下关于接口电路的功能和要求，不正确的是（）A.接口电路要实现信号的转换和匹配B.接口电路要保证数据传输的可靠性和稳定性C.接口电路不需要考虑设备之间的速度差异D.接口电路要符合相关的标准和规范5、在数字逻辑中，可编程逻辑器件（PLD）如CPLD和FPGA为数字系统的设计提供了很大的灵活性。CPLD采用的是基于乘积项的结构，而FPGA采用的是基于查找表的结构。以下关于CPLD和FPGA的比较，正确的是：（）A.CPLD的集成度高于FPGAB.FPGA的编程灵活性高于CPLDC.CPLD的速度比FPGA快D.FPGA的功耗比CPLD低6、在数字图像处理中，数字逻辑可以用于图像的增强、压缩等操作。以下关于数字图像处理中数字逻辑的描述，错误的是（）A.可以使用数字逻辑电路对图像的像素值进行运算，实现图像增强B.图像压缩算法可以通过数字逻辑电路来实现，提高压缩效率C.数字逻辑在数字图像处理中的应用效果不如传统的图像处理方法D.数字逻辑的高速处理能力有助于实时处理图像数据7、除法运算在数字逻辑中也有相应的实现方法。以下关于除法运算的描述，错误的是（）A.恢复余数法和不恢复余数法是常见的除法运算算法B.除法运算可以通过减法和移位操作来实现C.除法运算的速度通常比乘法运算快D.除法运算在数字电路中的实现相对复杂，需要考虑更多的细节8、考虑到一个大规模集成电路的布局布线，假设芯片上集成了数十亿个晶体管，需要合理安排它们的位置和连接以减少延迟和功耗。这是一个极其复杂的问题，通常需要借助专业的工具和算法来解决。以下哪个因素在布局布线过程中对性能的影响最大？（）A.晶体管的密度B.布线的长度C.电源和地线的分布D.时钟树的设计9、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10、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11、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12、已知一个数字系统采用同步置数的计数器，在置数信号有效的下一个时钟脉冲，计数器将置入什么数值？（）A.0B.设定的数值C.随机数值D.不确定13、数据选择器和数据分配器在数字电路中用于数据的传输和控制。假设我们正在研究它们的工作方式。以下关于数据选择器和数据分配器的描述，哪一项是不准确的？（）A.数据选择器根据控制信号从多个输入数据中选择一个输出B.数据分配器将输入数据按照控制信号分配到多个输出端C.数据选择器和数据分配器可以由逻辑门和触发器构建D.数据选择器和数据分配器的功能是相互独立的，不能相互转换14、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15、已知一个JK触发器的J和K输入端都为1，在时钟脉冲的下降沿，触发器的状态会怎样变化？（）A.置0B.置1C.翻转D.保持不变16、时序逻辑电路与组合逻辑电路不同，其输出不仅取决于当前的输入，还与电路的原有状态有关。以下关于时序逻辑电路的说法中，错误的是（）A.触发器是构成时序逻辑电路的基本单元B.计数器是一种常见的时序逻辑电路C.时序逻辑电路中一定包含存储元件D.时序逻辑电路的输出与输入的变化是同步的17、想象一个数字系统中，需要对输入的8位二进制数进行编码，将其转换为3位的二进制编码。在选择编码方式时，需要考虑编码的唯一性和容错性等因素。以下哪种编码方式可能是最合适的？（）A.格雷码，相邻数值的编码只有一位不同，具有良好的容错性B.8421码，是常见的二进制编码方式，但相邻数值变化可能多位不同C.余3码，在8421码基础上加上3得到，计算复杂D.随机编码，编码方式不固定，难以保证唯一性和规律18、在一个数字电路中，使用了PLA（可编程逻辑阵列）来实现逻辑功能。与传统的逻辑门电路相比，PLA的主要优势是什么？（）A.可以实现复杂的逻辑功能，并且易于修改B.速度更快，能够处理高频信号C.成本更低，使用的器件更少D.功耗更低，适合低功耗应用19、在数字系统中，需要对一个脉冲信号进行整形和滤波，以得到更清晰稳定的信号。以下哪种电路可以实现这个功能？（）A.施密特触发器，对输入进行整形B.低通滤波器，滤除高频噪声C.积分电路，平滑信号D.以上电路都可以用于信号整形和滤波20、在数字系统中，总线是用于传输数据和信息的重要通道。以下关于总线特点的描述中，错误的是（）A.可以连接多个设备B.总线的数据传输是并行的C.总线上的数据传输需要遵循特定的协议D.同一时刻只能有一个设备向总线发送数据21、若要对一个8位的二进制数进行奇偶校验，当其中1的个数为奇数时输出1，则校验位的逻辑表达式应为：（）A.校验位=异或（所有位）B.校验位=与（所有位）C.校验位=或（所有位）D.校验位=非（所有位）22、在数字电路中，半导体存储器起着重要的存储作用。假设我们正在研究半导体存储器。以下关于半导体存储器的描述，哪一项是不正确的？（）A.随机存取存储器（RAM）可以随时读写数据，但断电后数据会丢失B.只读存储器（ROM）中的数据在制造时就被固化，无法修改C.静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）的读写速度相同D.半导体存储器的容量和存储速度是选择存储器时需要考虑的重要因素23、数字逻辑中的加法器可以进行多位二进制数的相加。一个8位二进制加法器，当两个输入都为最大的8位二进制数时，输出结果会产生几个进位？（）A.一个进位B.两个进位C.不确定D.根据加法器的类型判断24、在数字逻辑设计中，若要实现一个能判断输入的3位二进制数是否大于4的电路，最少需要几个逻辑门？（）A.2B.3C.4D.525、在数字逻辑中，编码器用于将一组输入信号转换为二进制编码输出。例如，一个8线-3线编码器，有8个输入信号，它会将输入的8个信号编码为3位二进制输出。如果同时有多个输入信号有效，以下关于编码器输出的描述，正确的是：（）A.输出是随机的B.输出是无效的C.输出是多个有效编码的组合D.输出是优先级最高的输入信号的编码26、在数字逻辑中，要用PAL（可编程阵列逻辑）实现一个3输入3输出的逻辑函数，需要多少个可编程的或阵列单元？（）A.3B.6C.9D.1827、已知一个计数器的计数时钟频率为20MHz，要计满1000个数，大约需要多长时间？（）A.50μsB.50msC.500μsD.500ms28、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）29、触发器是时序逻辑电路的基本存储单元。关于基本RS触发器，以下说法不正确的是（）A.基本RS触发器存在不定状态，在实际应用中应尽量避免B.基本RS触发器可以由两个与非门或者两个或非门构成C.基本RS触发器的输入信号直接控制输出状态的改变D.基本RS触发器的输出状态在时钟脉冲的上升沿或下降沿发生变化30、数字逻辑中的触发器是时序逻辑电路的基本组成部分。一个D触发器，在时钟上升沿到来时，将输入数据存储到输出端。如果当前输入为高电平，时钟上升沿到来后，输出是什么电平？（）A.高电平B.低电平C.不确定D.根据其他因素判断二、分析题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）使用移位寄存器和计数器设计一个数字电路，能够实现对输入数据的循环移位和计数功能。分析循环移位和计数的逻辑实现，以及如何通过控制信号灵活地调整移位方向和计数范围。2、（本题5分）设计一个数字逻辑电路，用于检测一个6位二进制数中1的个数是否为偶数。详细阐述设计思路，通过逻辑表达式和真值表进行分析，并画出逻辑电路图。探讨该电路在奇偶校验和数据完整性检查中的应用。3、（本题5分）给定一个由多个计数器和逻辑门组成的数字系统，用于产生特定的周期性脉冲信号。分析系统的工作原理，计算脉冲信号的频率和占空比，画出时序图，并讨论在时钟信号生成和定时控制中的应用。4、（本题5分）给定一个数字系统的时序约束条件，分析电路设计是否满足这些约束。探讨如何通过调整逻辑门的延迟、布线长度和时钟频率等因素来满足时序要求，确保系统的正确工作。5、（本题5分）有一个使用JK触发器和逻辑门构建的状态机，用于实现一个简单的交通信号灯控制系统。分析状态机的状态转换和输出逻辑，给出状态图和逻辑表达式。通过具体的交通场景，验证状态机的功能和正确性。三、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）在数字电路中，解释如何设计一个具有异步清零和同步置数功能的计数器，分析其工作过程和时序要求。2、（本题5分）详细说明在计数器的级联应用中，如何实现更大计数范围和更复杂的计数功能。