天津科技大学《数字逻辑与数字系统课程设计》2023-2024学年第一学期期末试卷

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《数字逻辑与数字系统课程设计》2023-2024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、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2、在数字系统中，需要实现一个逻辑函数F=Σm(0,2,4,6)，以下哪种逻辑门的组合可以最简单地实现这个函数？（）A.与门和或门B.与非门和或非门C.异或门和同或门D.以上组合都不能简单实现3、对于一个异步时序逻辑电路，若输入信号同时发生变化，可能会导致？（）A.状态不确定B.输出错误C.电路损坏D.以上都有可能4、在数字逻辑的时序逻辑电路中，触发器是存储单元。假设一个D触发器的D输入端在时钟上升沿之前为高电平，在上升沿时变为低电平。以下关于触发器输出端Q的状态变化，哪个是正确的（）A.Q在上升沿变为高电平B.Q在上升沿变为低电平C.Q保持原来的状态不变D.Q的状态不确定5、数字逻辑中的加法器可以实现两个二进制数的相加。一个4位二进制加法器，当两个输入都为最大的4位二进制数时，输出结果会产生进位吗？（）A.会产生进位B.不会产生进位C.不确定D.根据加法器的类型判断6、在数字逻辑中，移位寄存器除了用于数据的移位操作，还可以用于实现其他功能。假如要利用移位寄存器实现一个串行-并行转换器，以下哪种方式是可行的？（）A.将输入的串行数据依次存入移位寄存器，然后同时输出B.对移位寄存器中的数据进行特定的逻辑运算后输出C.按照一定的时钟节拍，逐步从移位寄存器中输出数据D.移位寄存器无法实现串行-并行转换功能7、在数字逻辑中，布尔代数是基础理论之一。假设我们正在研究一个逻辑电路的表达式化简。以下关于布尔代数的描述，哪一项是不准确的？（）A.布尔代数中的基本运算包括与（AND）、或（OR）和非（NOT）B.布尔代数的定律和规则可以用于简化逻辑表达式，减少逻辑门的数量C.布尔代数中的德摩根定律表明，对一个逻辑表达式取反时，与运算和或运算会相互转换D.布尔代数只能用于处理二值逻辑，即0和1，无法处理多值逻辑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、在数字电路中，若一个编码器有8个输入信号，需要用几位二进制代码进行编码输出？（）A.2位B.3位C.4位D.8位10、想象一个数字系统中，需要实现一个有限脉冲响应（FIR）滤波器。以下哪种实现方式可能是最常见的？（）A.使用乘法器和加法器构建直接型FIR滤波器B.采用递归结构实现FIR滤波器，节省硬件资源C.利用查找表实现FIR滤波器，提高速度D.以上方式都不常用于实现FIR滤波器11、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12、考虑一个复杂的数字系统，其中包含多个子模块。为了确保各个子模块之间能够正确地通信和协调工作，通常会使用一些控制信号。如果要产生一个同步的控制信号，使得多个子模块在特定的时钟周期内执行特定的操作，以下哪种方法是最可靠的？（）A.使用一个单独的时钟源，通过分频产生控制信号B.利用组合逻辑电路根据输入条件生成控制信号C.随机生成控制信号，依靠系统的容错能力来保证正确运行D.以上方法都不可靠，无法实现同步控制13、在复杂的数字系统中，常常采用层次化设计方法。以下关于层次化设计的描述，正确的是（）A.层次化设计将系统划分为多个层次，每个层次完成特定的功能B.层次化设计可以提高系统的设计效率和可维护性C.不同层次之间通过明确的接口进行通信和交互D.层次化设计是一种自顶向下的设计方法，不支持自底向上的设计过程14、在数字逻辑电路的接口设计中，假设需要将一个数字逻辑电路与外部模拟设备进行连接。为了实现数字信号与模拟信号的转换，需要使用专门的接口电路。以下哪种接口电路在这种情况下是常用的？（）A.数模转换器（DAC）B.模数转换器（ADC）C.电平转换器D.以上都是15、在数字逻辑中，PLD（可编程逻辑器件）和FPGA（现场可编程门阵列）是常用的可编程器件。如果要实现一个复杂的数字逻辑功能，并且对速度和资源利用有较高要求，以下哪种器件更适合？（）A.PLD，其逻辑资源相对较少但速度快B.FPGA，具有丰富的逻辑资源和较高的灵活性C.两者都不适合，应使用专用集成电路D.取决于具体的功能和设计要求，无法一概而论16、考虑一个由D触发器构成的移位寄存器，若要实现串行输入并行输出，至少需要几个D触发器？（）A.2个B.4个C.8个D.16个17、组合逻辑电路的输出仅取决于当前的输入。假设我们正在设计一个组合逻辑电路。以下关于组合逻辑电路的描述，哪一项是不准确的？（）A.加法器、编码器、译码器等都是常见的组合逻辑电路B.组合逻辑电路可能会产生竞争冒险现象，导致输出出现短暂的错误脉冲C.可以使用卡诺图来化简组合逻辑电路的逻辑表达式，以减少门电路的数量D.组合逻辑电路中不存在反馈回路，其输出不会影响输入18、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19、假设正在研究数字电路中的时序问题，即输入信号和时钟信号之间的时间关系对电路输出的影响。以下哪种情况可能导致时序违规？（）A.输入信号在时钟上升沿附近变化B.时钟信号的占空比不稳定C.建立时间和保持时间不满足要求D.以上情况都可能导致时序违规20、在一个由多个逻辑门组成的数字电路中，已知每个逻辑门的延迟时间相同，若整个电路的总延迟时间为20ns，其中包含5个逻辑门，那么每个逻辑门的延迟时间大约是多少？（）A.2nsB.4nsC.5nsD.10ns21、数字逻辑中，组合逻辑电路的输出仅取决于当前的输入，那么在一个由多个逻辑门组成的组合逻辑电路中，如何判断其功能是否正确？（）A.通过输入不同的组合，观察输出是否符合预期B.检查逻辑门的类型是否正确C.不确定D.根据电路的复杂程度判断22、在数字逻辑电路的竞争冒险现象中，假设一个电路在输入信号发生变化时，由于不同路径的延迟差异，可能会导致输出出现短暂的错误脉冲。这种现象可能会影响电路的稳定性和可靠性。为了避免或减少竞争冒险的影响，以下哪种措施是最为有效的？（）A.增加冗余项B.引入同步时钟C.优化电路布局D.降低电源电压23、当研究数字逻辑中的锁存器时，假设一个锁存器在输入信号消失后仍然保持其输出状态。以下关于锁存器的特点和应用场景，哪个说法是正确的（）A.常用于临时存储数据B.不能用于数据的同步C.输出状态只能由时钟信号改变D.以上说法都不正确24、假设在一个数字控制系统中，需要根据输入的数字信号产生相应的控制脉冲。脉冲的宽度和周期需要精确控制以满足系统要求。为了实现这种精确的脉冲生成，以下哪种数字逻辑器件是最合适的？（）A.计数器B.定时器C.移位寄存器D.译码器25、在数字电路中，若要存储8位的数据，以下哪种存储器件是合适的选择？（）A.SRAMB.DRAMC.ROMD.以上都是26、对于一个异步时序逻辑电路，与同步时序逻辑电路相比，其主要特点是？（）A.状态转换与时钟脉冲同步B.状态转换不受时钟脉冲控制C.电路结构更简单D.以上都不是27、在数字电路的测试和验证中，常用的方法有功能测试、时序测试等。以下关于数字电路测试的描述，不正确的是（）A.功能测试主要检查电路在各种输入组合下的输出是否符合预期B.时序测试用于验证电路的时序特性，如建立时间和保持时间是否满足要求C.测试向量是一组用于测试电路的输入值，其生成是一个简单的过程D.数字电路的测试可以完全保证电路在实际应用中的可靠性和稳定性28、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29、在数字逻辑的计数器应用中，假设一个计数器被用于产生定时信号。以下哪种计数器的工作方式最适合实现精确的定时功能？（）A.自由运行计数器B.可预置计数器C.可逆计数器D.环形计数器30、考虑一个同步时序逻辑电路，其时钟频率为100MHz，若要实现一个周期为10μs的信号，需要多少个时钟周期？（）A.1000B.100C.10D.1二、分析题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）使用加法器和逻辑门设计一个数字电路，能够实现对二进制补码的加减运算。分析补码运算的规则和电路实现，考虑符号位的处理和溢出判断，以及如何优化补码运算的速度和准确性。2、（本题5分）设计一个数字电路，能够对两个8位二进制数进行乘法运算，并输出结果。分析乘法运算的逻辑步骤，如移位、加法等操作的实现方式，以及如何处理进位和存储中间结果，同时探讨该电路在硬件实现上的复杂度和资源消耗。3、（本题5分）使用计数器和译码器设计一个数字电路，能够实现对输入脉冲的个数进行分类统计，并以不同的输出表示不同的数量范围。分析分类统计的逻辑和电路实现，以及如何根据实际需求调整统计范围和精度。4、（本题5分）有一个数字控制系统中的模糊控制器模块，用于处理模糊的输入信息和产生模糊的控制输出。分析模糊控制的原理和推理方法，设计相应的数字电路实现模糊控制功能。探讨如何定义模糊集合和模糊规则以适应不同的控制对象。5、（本题5分）给定一个数字图像处理系统中的图像缩放模块，需要对输入的图像进行放大或缩小处理。分析图像缩放的算法和原理，如双线性插值、最近邻插值等。设计相应的数字电路实现图像缩放功能，探讨如何提高缩放后的图像质量。三、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）深入解释在数字电路的静电防护标准中，常见的标准和要求以及如何满足。2、（本题5分）解释在数字系统中什么是数字信号的眼图，以及如何通过眼图评估