安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)《數(shù)字邏輯設(shè)計實驗》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

學(xué)校________________班級____________姓名____________考場____________準(zhǔn)考證號學(xué)校________________班級____________姓名____________考場____________準(zhǔn)考證號…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第1頁，共3頁安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)

《數(shù)字邏輯設(shè)計實驗》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷題號一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共30個小題，每小題1分，共30分．在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的．）1、當(dāng)研究數(shù)字電路中的計數(shù)器時，假設(shè)需要設(shè)計一個能夠從0計數(shù)到15的4位二進制計數(shù)器。以下哪種計數(shù)器類型可以實現(xiàn)這個功能，并且在計數(shù)過程中具有較好的穩(wěn)定性？（）A.異步計數(shù)器B.同步計數(shù)器C.加法計數(shù)器D.減法計數(shù)器2、考慮數(shù)字邏輯中的可編程邏輯器件（PLD），假設(shè)需要快速實現(xiàn)一個特定的數(shù)字邏輯功能。以下關(guān)于PLD的特點和使用，哪個說法是正確的（）A.編程復(fù)雜，不適合快速開發(fā)B.靈活性高，可以重復(fù)編程C.成本高昂，不適合小規(guī)模應(yīng)用D.以上說法都不正確3、在數(shù)字邏輯電路中，競爭冒險可能會在多個輸入信號同時變化時產(chǎn)生。為了判斷一個邏輯電路是否存在競爭冒險，可以通過觀察邏輯表達式或者繪制波形圖來進行。以下關(guān)于競爭冒險判斷的描述，錯誤的是：（）A.只要邏輯表達式中存在變量的互補形式，就一定存在競爭冒險B.波形圖中出現(xiàn)尖峰脈沖，說明存在競爭冒險C.增加冗余項可以消除競爭冒險D.競爭冒險不會影響電路的邏輯功能4、在數(shù)字系統(tǒng)中，接口電路用于連接不同的數(shù)字設(shè)備。以下關(guān)于接口電路的功能和要求，不正確的是（）A.接口電路要實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換和匹配B.接口電路要保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性C.接口電路不需要考慮設(shè)備之間的速度差異D.接口電路要符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范5、在數(shù)字邏輯中，可編程邏輯器件（PLD）如CPLD和FPGA為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計提供了很大的靈活性。CPLD采用的是基于乘積項的結(jié)構(gòu)，而FPGA采用的是基于查找表的結(jié)構(gòu)。以下關(guān)于CPLD和FPGA的比較，正確的是：（）A.CPLD的集成度高于FPGAB.FPGA的編程靈活性高于CPLDC.CPLD的速度比FPGA快D.FPGA的功耗比CPLD低6、在數(shù)字圖像處理中，數(shù)字邏輯可以用于圖像的增強、壓縮等操作。以下關(guān)于數(shù)字圖像處理中數(shù)字邏輯的描述，錯誤的是（）A.可以使用數(shù)字邏輯電路對圖像的像素值進行運算，實現(xiàn)圖像增強B.圖像壓縮算法可以通過數(shù)字邏輯電路來實現(xiàn)，提高壓縮效率C.數(shù)字邏輯在數(shù)字圖像處理中的應(yīng)用效果不如傳統(tǒng)的圖像處理方法D.數(shù)字邏輯的高速處理能力有助于實時處理圖像數(shù)據(jù)7、除法運算在數(shù)字邏輯中也有相應(yīng)的實現(xiàn)方法。以下關(guān)于除法運算的描述，錯誤的是（）A.恢復(fù)余數(shù)法和不恢復(fù)余數(shù)法是常見的除法運算算法B.除法運算可以通過減法和移位操作來實現(xiàn)C.除法運算的速度通常比乘法運算快D.除法運算在數(shù)字電路中的實現(xiàn)相對復(fù)雜，需要考慮更多的細節(jié)8、考慮到一個大規(guī)模集成電路的布局布線，假設(shè)芯片上集成了數(shù)十億個晶體管，需要合理安排它們的位置和連接以減少延遲和功耗。這是一個極其復(fù)雜的問題，通常需要借助專業(yè)的工具和算法來解決。以下哪個因素在布局布線過程中對性能的影響最大？（）A.晶體管的密度B.布線的長度C.電源和地線的分布D.時鐘樹的設(shè)計9、譯碼器是數(shù)字電路中的另一種重要組合邏輯器件。以下關(guān)于譯碼器工作原理的描述中，不正確的是（）A.將輸入的二進制代碼轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的輸出信號B.輸入的代碼位數(shù)決定了輸出信號的數(shù)量C.譯碼器的輸出通常是高電平有效D.譯碼器可以實現(xiàn)邏輯函數(shù)的化簡10、想象一個數(shù)字系統(tǒng)中，需要對一個高頻的數(shù)字信號進行分頻，得到較低頻率的信號。以下哪種分頻器的實現(xiàn)方式可能是最有效的？（）A.計數(shù)器式分頻器，通過計數(shù)實現(xiàn)分頻，簡單可靠B.移位寄存器式分頻器，利用移位操作分頻，速度較快C.基于鎖相環(huán)的分頻器，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度分頻，但電路復(fù)雜D.以上分頻器方式效果相同，可以任意選擇11、想象一個數(shù)字系統(tǒng)中，需要對輸入的數(shù)字信號進行編碼，以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎涂煽啃?。以下哪種編碼方式可能是最優(yōu)的考慮？（）A.曼徹斯特編碼，每個時鐘周期都有跳變，便于同步但效率較低B.差分曼徹斯特編碼，解決了曼徹斯特編碼的部分缺點，但實現(xiàn)復(fù)雜C.NRZ編碼，簡單直接但同步困難D.以上編碼方式各有優(yōu)缺點，需要根據(jù)具體應(yīng)用選擇12、已知一個數(shù)字系統(tǒng)采用同步置數(shù)的計數(shù)器，在置數(shù)信號有效的下一個時鐘脈沖，計數(shù)器將置入什么數(shù)值？（）A.0B.設(shè)定的數(shù)值C.隨機數(shù)值D.不確定13、數(shù)據(jù)選擇器和數(shù)據(jù)分配器在數(shù)字電路中用于數(shù)據(jù)的傳輸和控制。假設(shè)我們正在研究它們的工作方式。以下關(guān)于數(shù)據(jù)選擇器和數(shù)據(jù)分配器的描述，哪一項是不準(zhǔn)確的？（）A.數(shù)據(jù)選擇器根據(jù)控制信號從多個輸入數(shù)據(jù)中選擇一個輸出B.數(shù)據(jù)分配器將輸入數(shù)據(jù)按照控制信號分配到多個輸出端C.數(shù)據(jù)選擇器和數(shù)據(jù)分配器可以由邏輯門和觸發(fā)器構(gòu)建D.數(shù)據(jù)選擇器和數(shù)據(jù)分配器的功能是相互獨立的，不能相互轉(zhuǎn)換14、假設(shè)正在設(shè)計一個數(shù)字時鐘系統(tǒng)，其中需要一個分頻器將高頻時鐘信號轉(zhuǎn)換為低頻的秒脈沖信號。以下哪種分頻器結(jié)構(gòu)可能是最適合的？（）A.計數(shù)器型分頻器，通過計數(shù)實現(xiàn)分頻B.觸發(fā)器型分頻器，基于觸發(fā)器狀態(tài)變化分頻C.邏輯門型分頻器，由邏輯門組合構(gòu)成D.以上分頻器結(jié)構(gòu)效果相同，可隨意選擇15、已知一個JK觸發(fā)器的J和K輸入端都為1，在時鐘脈沖的下降沿，觸發(fā)器的狀態(tài)會怎樣變化？（）A.置0B.置1C.翻轉(zhuǎn)D.保持不變16、時序邏輯電路與組合邏輯電路不同，其輸出不僅取決于當(dāng)前的輸入，還與電路的原有狀態(tài)有關(guān)。以下關(guān)于時序邏輯電路的說法中，錯誤的是（）A.觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路的基本單元B.計數(shù)器是一種常見的時序邏輯電路C.時序邏輯電路中一定包含存儲元件D.時序邏輯電路的輸出與輸入的變化是同步的17、想象一個數(shù)字系統(tǒng)中，需要對輸入的8位二進制數(shù)進行編碼，將其轉(zhuǎn)換為3位的二進制編碼。在選擇編碼方式時，需要考慮編碼的唯一性和容錯性等因素。以下哪種編碼方式可能是最合適的？（）A.格雷碼，相鄰數(shù)值的編碼只有一位不同，具有良好的容錯性B.8421碼，是常見的二進制編碼方式，但相鄰數(shù)值變化可能多位不同C.余3碼，在8421碼基礎(chǔ)上加上3得到，計算復(fù)雜D.隨機編碼，編碼方式不固定，難以保證唯一性和規(guī)律18、在一個數(shù)字電路中，使用了PLA（可編程邏輯陣列）來實現(xiàn)邏輯功能。與傳統(tǒng)的邏輯門電路相比，PLA的主要優(yōu)勢是什么？（）A.可以實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯功能，并且易于修改B.速度更快，能夠處理高頻信號C.成本更低，使用的器件更少D.功耗更低，適合低功耗應(yīng)用19、在數(shù)字系統(tǒng)中，需要對一個脈沖信號進行整形和濾波，以得到更清晰穩(wěn)定的信號。以下哪種電路可以實現(xiàn)這個功能？（）A.施密特觸發(fā)器，對輸入進行整形B.低通濾波器，濾除高頻噪聲C.積分電路，平滑信號D.以上電路都可以用于信號整形和濾波20、在數(shù)字系統(tǒng)中，總線是用于傳輸數(shù)據(jù)和信息的重要通道。以下關(guān)于總線特點的描述中，錯誤的是（）A.可以連接多個設(shè)備B.總線的數(shù)據(jù)傳輸是并行的C.總線上的數(shù)據(jù)傳輸需要遵循特定的協(xié)議D.同一時刻只能有一個設(shè)備向總線發(fā)送數(shù)據(jù)21、若要對一個8位的二進制數(shù)進行奇偶校驗，當(dāng)其中1的個數(shù)為奇數(shù)時輸出1，則校驗位的邏輯表達式應(yīng)為：（）A.校驗位=異或（所有位）B.校驗位=與（所有位）C.校驗位=或（所有位）D.校驗位=非（所有位）22、在數(shù)字電路中，半導(dǎo)體存儲器起著重要的存儲作用。假設(shè)我們正在研究半導(dǎo)體存儲器。以下關(guān)于半導(dǎo)體存儲器的描述，哪一項是不正確的？（）A.隨機存取存儲器（RAM）可以隨時讀寫數(shù)據(jù)，但斷電后數(shù)據(jù)會丟失B.只讀存儲器（ROM）中的數(shù)據(jù)在制造時就被固化，無法修改C.靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）和動態(tài)隨機存儲器（DRAM）的讀寫速度相同D.半導(dǎo)體存儲器的容量和存儲速度是選擇存儲器時需要考慮的重要因素23、數(shù)字邏輯中的加法器可以進行多位二進制數(shù)的相加。一個8位二進制加法器，當(dāng)兩個輸入都為最大的8位二進制數(shù)時，輸出結(jié)果會產(chǎn)生幾個進位？（）A.一個進位B.兩個進位C.不確定D.根據(jù)加法器的類型判斷24、在數(shù)字邏輯設(shè)計中，若要實現(xiàn)一個能判斷輸入的3位二進制數(shù)是否大于4的電路，最少需要幾個邏輯門？（）A.2B.3C.4D.525、在數(shù)字邏輯中，編碼器用于將一組輸入信號轉(zhuǎn)換為二進制編碼輸出。例如，一個8線-3線編碼器，有8個輸入信號，它會將輸入的8個信號編碼為3位二進制輸出。如果同時有多個輸入信號有效，以下關(guān)于編碼器輸出的描述，正確的是：（）A.輸出是隨機的B.輸出是無效的C.輸出是多個有效編碼的組合D.輸出是優(yōu)先級最高的輸入信號的編碼26、在數(shù)字邏輯中，要用PAL（可編程陣列邏輯）實現(xiàn)一個3輸入3輸出的邏輯函數(shù)，需要多少個可編程的或陣列單元？（）A.3B.6C.9D.1827、已知一個計數(shù)器的計數(shù)時鐘頻率為20MHz，要計滿1000個數(shù)，大約需要多長時間？（）A.50μsB.50msC.500μsD.500ms28、假設(shè)在一個自動化控制系統(tǒng)中，需要根據(jù)多個傳感器的輸入實時計算控制量并輸出。由于系統(tǒng)對響應(yīng)時間要求極高，需要采用并行處理和流水線技術(shù)來提高計算速度。以下哪種數(shù)字邏輯實現(xiàn)方式能夠滿足這種高速實時計算的需求？（）A.專用集成電路（ASIC）B.復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）C.現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）D.微控制器（MCU）29、觸發(fā)器是時序邏輯電路的基本存儲單元。關(guān)于基本RS觸發(fā)器，以下說法不正確的是（）A.基本RS觸發(fā)器存在不定狀態(tài)，在實際應(yīng)用中應(yīng)盡量避免B.基本RS觸發(fā)器可以由兩個與非門或者兩個或非門構(gòu)成C.基本RS觸發(fā)器的輸入信號直接控制輸出狀態(tài)的改變D.基本RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)在時鐘脈沖的上升沿或下降沿發(fā)生變化30、數(shù)字邏輯中的觸發(fā)器是時序邏輯電路的基本組成部分。一個D觸發(fā)器，在時鐘上升沿到來時，將輸入數(shù)據(jù)存儲到輸出端。如果當(dāng)前輸入為高電平，時鐘上升沿到來后，輸出是什么電平？（）A.高電平B.低電平C.不確定D.根據(jù)其他因素判斷二、分析題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）使用移位寄存器和計數(shù)器設(shè)計一個數(shù)字電路，能夠?qū)崿F(xiàn)對輸入數(shù)據(jù)的循環(huán)移位和計數(shù)功能。分析循環(huán)移位和計數(shù)的邏輯實現(xiàn)，以及如何通過控制信號靈活地調(diào)整移位方向和計數(shù)范圍。2、（本題5分）設(shè)計一個數(shù)字邏輯電路，用于檢測一個6位二進制數(shù)中1的個數(shù)是否為偶數(shù)。詳細闡述設(shè)計思路，通過邏輯表達式和真值表進行分析，并畫出邏輯電路圖。探討該電路在奇偶校驗和數(shù)據(jù)完整性檢查中的應(yīng)用。3、（本題5分）給定一個由多個計數(shù)器和邏輯門組成的數(shù)字系統(tǒng)，用于產(chǎn)生特定的周期性脈沖信號。分析系統(tǒng)的工作原理，計算脈沖信號的頻率和占空比，畫出時序圖，并討論在時鐘信號生成和定時控制中的應(yīng)用。4、（本題5分）給定一個數(shù)字系統(tǒng)的時序約束條件，分析電路設(shè)計是否滿足這些約束。探討如何通過調(diào)整邏輯門的延遲、布線長度和時鐘頻率等因素來滿足時序要求，確保系統(tǒng)的正確工作。5、（本題5分）有一個使用JK觸發(fā)器和邏輯門構(gòu)建的狀態(tài)機，用于實現(xiàn)一個簡單的交通信號燈控制系統(tǒng)。分析狀態(tài)機的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和輸出邏輯，給出狀態(tài)圖和邏輯表達式。通過具體的交通場景，驗證狀態(tài)機的功能和正確性。三、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）在數(shù)字電路中，解釋如何設(shè)計一個具有異步清零和同步置數(shù)功能的計數(shù)器，分析其工作過程和時序要求。2、（本題5分）詳細說明在計數(shù)器的級聯(lián)應(yīng)用中，如何實現(xiàn)更大計數(shù)范圍和更復(fù)雜的計數(shù)功能。