第4章习题及解答
4.1 用门电路设计一个4线—2线二进制优先编码器。编码器输入为A 3A 2A 1A 0,A 3优先
级最高,A 0优先级最低,输入信号低电平有效。输出为Y 1Y 0,反码输出。电路要求加一G 输出端,以指示最低优先级信号A 0输入有效。
题4.1 解:根据题意,可列出真值表,求表达式,画出电路图。其真值表、表达式和电路
图如图题解4.1所示。由真值表可知G =A 3A 2A 1A 0。
A 1A 0
00 01 11 10
000
000
000
000
A 3A 2A 1A 0Y 1Y 0G
0 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 0 1 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1
[***********][1**********]011
[**************]0
A 3A 2
00011110
A 3A 2
00011110
A 1A 0
00 01 11 10
0000000000Y 1=A 3A 2
A 3A 2
Y 1
Y 0
A 1
A 0
G
(a)真值表
Y 0=A 3A 2+A 3A 1
(b) 求输出表达式
图 题解4.1
(c) 编码器电路图
4.3 试用3线—8线译码器74138扩展为5线—32线译码器。译码器74138逻辑符号如图
4.16(a )所示。
题4.3 解:5线—32线译码器电路如图题解4.3所示。
A 0A 1A 2
A 3A 4
EN
图 题解4.3
4.5写出图P4.5所示电路输出F 译码器74138功能表如表4.6所1和F 2的最简逻辑表达式。
示。
BIN/OCT
A B C
124
01234
&
F 1
1
&
5
&
F 2
EN 74138
67
图 P4.5
题4.5解:由题图可得:
F 1(C , B , A ) =∑m (0,2, 4,6) =A F 2(C , B , A ) =∑m (1,3,5,7)=A
4.7 试用一片4线—16线译码器74154和与非门设计能将8421BCD 码转换为格雷码的代码
转换器。译码器74154的逻辑符号如图4.17所示。
解:设4位二进制码为B 3B 2B 1B 0,4位格雷码为R 3R 2R 1R 0。根据两码之间的关系可得:
R 3(B 3, B 2, B 1, B 0) =∑m (8~15) =B 3
R 2(B 3, B 2, B 1, B 0) =∑m (4~11) =m 4m 5m 6m 7m 8m 9m 10m 11
R 1(B 3, B 2, B 1, B 0) =∑m (2~5,10~13) =m 2m 3m 4m 5m 10m 11m 12m 13R 0(B 3, B 2, B 1, B 0) =∑m (1,2,5,6,9,10,13,14) =m 1m 2m 5m 6m 9m 10m 13m 14
则将译码器74154使能端均接低电平,码输入端从高位到低位分别接B 3、B 2、B 1、B 0,根 据上述表达式,在译码器后加3个8输入端与非门,可得R 2、R 1、R 0,R 3可直接输出。(图 略)
4.9试用8选1数据选择器74151实现下列逻辑函数。74151逻辑符号如图4.37(a )所示。 ⑴ F (A , B , C ) =⑵ F (A , B , C ) =
∑m (2,4,5,7) ∏M (0,6,7)
⑶ F (A , B , C ) =(A +B )(B +C )
⑷ F (A , B , C , D ) =BC +ACD +ACD +ABCD +ABCD ⑸ F (A , B , C , D ) =
∑m (0,2,3,5,6,7,8,9)+∑d (10
15)
题4.9解:如将A 、B 、C 按高低位顺序分别连接到数据选择器74151的地址码输入端,将数据选择器的输出作为函数值F 。则对各题,数据选择器的数据输入端信号分别为:(注意,数据选择器的选通控制端ST 必须接有效电平,图略)
⑴ D 0=D 1=D 3=D 6=0, D 2=D 4=D 5=D 7=1 ⑵ D 0=D 6=D 7=0, D 1=D 2=D 3=D 4=D 5=1 ⑶ D 0=D 2=D 3=D 6=0, D 1=D 4=D 5=D 7=1 ⑷ D 0=D 5=D , D 1=D 4=D , D 2=D 6=1, D 3=D 7=0 ⑸ D 0=D , D 2=D , D 1=D 3=D 4=1, D 5=D 6=D 7=0或1
4.11图P4.11为4线-2线优先编码器逻辑符号,其功能见图4.3(a )真值表。试用两个4
线-2线优先编码器、两个2选1数据选择器和一个非门和一个与门,设计一个带无信号编码输入标志的8线-3线优先编码器。
HPRI/BCD
X 0X 1X 2X 3
1234
12
A 0A 1
EO
图 P4.11
题4.11解:由图4.3(a )真值表可见,当编码器无信号输入时,EO =1,因此可以利用EO 的状态来判断扩展电路中哪一个芯片有编码信号输入。所设计电路如图题解4.11所示,由电路可见,当高位编码器(2)的EO =0时,表示高位编码器(2)有编码信号输入,故选通数据选择器的0通道,将高位编码器(2)的码送到Y 1Y 0端;当高位编码器(2)的
EO =1时,表示高位编码器(2)无编码信号输入,而低位编码器(1)有可能有编码信
号输入,也可能无编码信号输入,则将低位编码器(1)的码送到Y 1Y 0端(当无编码信号输入输入时,YY 。编码器输出的最高位码,由高位编码器(2)的EO 信号取反获10=00)得。由电路可见,EO Y =1表示无编码信号输入。
X X X X Y Y 0
X X X X Y 1
Y 2
图 题解4.11
4.13 试用一片3线—8线译码器74138和两个与非门实现一位全加器。译码器74138功能
表如表4.6所示。
题4.13解:全加器的输出逻辑表达式为:
S i (A i , B i , C i -1) =(A i B i +A i B i ) C i -1+(A i B i +A i B i ) C i -1= C i (A i , B i , C i -1) =(A i B i +A i B i ) C i -1+A i B i =
∑m (1,2,4,7)
∑m (3,5,6,7)
式中,A i 、B
i 为两本位加数,C i -1为低位向本位的进位,S i 为本位和, C i 为本位向高位的
进位。根据表达式,所设计电路如图题解4.13所示。
A B C S i
1
C i
图 题解4.13
4.15 写出图P4.15所示电路的输出最小项之和表达式。
F (a,b,c,d )
图P4.15
题4.15解:S =(ab +ab ) CI +(ab +ab ) CI =ab +ab
CO =(ab +ab ) CI +ab =a ⊕b +ab =a +b
D 0=S ⊕CO =(ab +ab ) ⊕(a ⊕b +ab ) D 1=D 0 D 2=CO F (a , b , c , d ) =
4. 17 试完善图4.47所示电路设计,使电路输出为带符号的二进制原码。
题4.17解:由于加减器的输入均为二进制正数,所以,当S =1电路作加法时,输出一定为正,这时图4.47中的C 4表示进位。当S =0时,电路作减法运算,电路实现(P ) 2-(Q ) 2功能。
C 4=1,由例4.15分析可知,当(P ) 2-(Q ) 2≥0时,电路输出Y 4Y 3Y 2Y 1即为原码;当(P ) 2-(Q ) 2
D 3=CO
∑m (1,3,5,6,9,10,12,14)
时,C 4=0,应将电路输出Y 4Y 3Y 2Y 1取码,使其成为原码。设电路符号位为F ,进位位为Z 5,可写出F 和Y 5的表达式为F =SC 4,Y 5=SC 4。当F =1时,须对Y 4Y 3Y 2Y 1取码。所设计电路如图题解4.17所示。
S
Z 1Z 2Z 3Z 4Z 5F
图 题解4.17
*4.19 试用两片4位二进制加法器7483和门电路设计一个8421BCD 码减法器,要求电路输出为带符号的二进制原码。7483的逻辑符号如图4.46(b)所示。(提示:BCD 码减法和二进制减法类似,也是用补码相加的方法实现,但这里的补码应是10的补,而不是2的补。求补电路可用门电路实现)
题4.19解:(解题思路)首先利用两片4位二进制加法器7483和门电路设计一个BCD 码加法器(见例4.16)。由于用加法器实现减法运算,须对输入的减数取10的补,另外,还须根据BCD 码加法器的进位信号的状态来决定是否对BCD 码加法器输出信号进行取补。所设计的电路框如图题解4.19所示。图中,A 为被减数,B 为减数,Y 为差的原码,G 为符号位。com10s 为求10的补码电路,该电路可根据10的补码定义,通过列真值表,求逻辑表达式,然后用门电路或中规模组合电路(如译码器)实现。bcdsum 为BCD 码加法器,可利用例4.16结果,也可自行设计。selcom10s 为判断求补电路,当bcdsum 输出进位信号C 为1时,表示结果为正,Y =S ;当C 为0时,表示结果为负,Y 应是S 的10 的补码,利用com10s 电路和数据选择器,很容易完成该电路设计。(电路详解略)
A
Y G
B
图 题解4.19
4.23 试用一片双4选1数据选择器74HC4539和一片3线-8线译码器74138构成一个3位
并行数码比较器。要求:电路输入为两个3位二进制数,输出为1位,当输入两数相同时,输出为0,不同时输出为1。数据选择器74HC4539功能表见图4.34(b)所示,译码器74138功能表如表4.6所示。
题4.23解:首先将双4选1数据选择器74HC4539连接成8选1数据选择器,如图4.36所示。8选1数据选择器和3线-8线译码器74138构成的并行数码比较器如图题解4.23所示。图中,A =A 2A 1A 0和B =B 2B 1B 0为两个需比较的二进制数,A 被加到数据选择器的地址输入端,B 被加到译码器的输入端,容易看出,当A 2A 1A 0=B 2B 1B 0时,数据选择器的输出
F =0;当A 2A 1A 0≠B 2B 1B 0时,F =1。
1
F
图 题解4.23
4.25 试用一片4位数值比较器74HC85构成一个数值范围指示器,其输入变量ABCD 为
8421BCD 码,用以表示一位十进制数X 。当X ≥5时,该指示器输出为1。否则输出为0。74HC85功能表如表4.15所示。
题4.25解:该题最简单的解法是利用4位数值比较器74HC85将输入的8421BCD 码与4比较,电路图如图题解
4.25所示。
A 0
A 1A 2A 3
0010
图 题解4.25
F
4.27 试用4位数值比较器74HC85和逻辑门,设计一个能同时对3个4位二进制数进行比较
的数值比较器,使该比较器的输出满足下列真值表要求(设3个二进制分别为:
X =(x 3x 2x 1x 0) 2, Y =(y 3y 2y 1y 0) 2, Z =(z 3z 2z 1z 0) 2。74HC85功能表如表4.15所
示。
表 P4.27
条 件
f 0
X >Y >Z X >Z >Y Y >X >Z Y >Z >X Z >X >Y Z >Y >X X =Y =Z
其它情况
10000000
f 101000000
f 2
00100000
f 300010000f 400001000
f 5
00000100
f 600000010f 700000001
题4.27解:首先用3个数值比较器74HC85分别完成X 和Y 、X 和Z 、Y 和Z 之间的比较,比较的结果有3组,分别是F (X >Y ) ,F (X =Y ) ,F (X Z ) ,F (X =Z ) ,F (X Z ) ,F (Y =Z ) ,
F (Y
解4.27所示。
x 3⋅⋅⋅x 0y 3⋅⋅⋅y 030z 3⋅⋅⋅z 0
30
z 3⋅⋅⋅z 0
图 题解4.27
4.29 试用两片74HC382ALU 芯片连成8位减法器电路。74HC382的逻辑符号和功能表如图4.65所示。
题4.29解:两片74HC382ALU 芯片连成8位减法器电路如图题解4.29所示。图中ALU (1)为低位芯片,ALU (2)为高位芯片,要实现减法运算,选择码S 2S 1S 0必须为001,低位芯片的C N 输入必须为0。
A 0A 1A 2A 3B 0B 1B 2B 3
1100
A B C D
F 4F 5F 6F 7
C N+4OVR
习题
图 题解4.29
5.1 请根据图P5.1所示的状态表画出相应的状态图,其中X 为外部输入信号,Z 为外部输
出信号,
A 、B 、C 、D 是时序电路的四种状态。
n+1/ZQ X
0D/1D/1D/1B/1
1B/0C/0A/0C/0
n+1Q A B C D
X
0D/0C/0B/0B/1
1B/0B/0C/0C/0
图P5.1 图P5.2
题5.1 解:
图 题解5.1
5.3 在图5.4所示RS 锁存器中,已知S 和R 端的波形如图P5.3所示,试画出Q 和对应的输出
波形。
R
S
图P5.3
题5.3 解:
图 题解5.3
5.5 在图5.10所示的门控D 锁存器中,已知C 和D 端的波形如图P5.5所示,试画出Q 和对应
的输出波形。
图P5.5
题5.5 解:
图 题解5.5
5.7 已知主从RS 触发器的逻辑符号和CLK 、S 、R 端的波形如图P5.7所示,试画出Q 端
对应的波形(设触发器的初始状态为0)。
CLK S R
(a)
图P5.7
(b)
题5.7 解:
CLK S R Q
图 题解5.7
5.9 图P5.9为由两个门控RS 锁存器构成的某种主从结构触发器,试分析该触发器逻辑功能,
要求:
(1)列出特性表; (2)写出特性方程; (3)画出状态转换图; (4)画出状态转换图。
图 题解5.9
题5.9 解:
(1)特性表为:
(2) 特性方程为:
Q n +1=n +n
(3) 状态转换图为:
X=1
X=0Y=X=Y=1
图 题解5.9(3)
X=
×Y=0
(4)该电路是一个下降边沿有效的主从JK 触发器。
5.11 在图P5.11(a )中,FF 1和FF 2均为负边沿型触发器,试根据P5.11(b )所示CLK 和
X 信号波形,画出Q 1、Q 2的波形(设FF 1、FF 2的初始状态均为0)。
(a)
CLK
X
(b)
图P5.11
题5.11 解:
CLK X Q 1Q 2
图 题解5.11
5.13 试画出图P5.13所示电路在连续三个CLK 信号作用下Q 1及Q 2端的输出波形(设各触
发器的初始状态均为0)。
图
P5.13
题5.13 解:
Q 1Q 图 题解5.13
5.15 试用边沿D 触发器构成边沿T 触发器。 题5.15 解:
D 触发器的特性方程为:Q T 触发器的特性方程为:Q 所以,D =T ⊕Q
5.17请分析图P5.17所示的电路,要求: (1)写出各触发器的驱动方程和输出方程; (2)写出各触发器的状态方程; (3)列出状态表; (4)画出状态转换图。
n
n +1n +1
=D
=T ⊕Q n
Z
图P5.17
题5.17 解: (1) 驱动方程为:
J 0=X Q 1n K 0=1;
n
K 1=X ; J 1=XQ 0
输出方程为:Z =XQ 1n (2) 各触发器的状态方程分别为:
n +1n n n
; Q 1n =X Q Q 0=X Q 1n Q 00Q 1+
n
X Q 1
(3) 状态表为:
(4)状态转换图为:
X/Z
Q 1Q 0−−−→
0001
1/01/1
图 题解5.17(4)
5.19请分析图P5.19所示的电路,要求: (1)写出各触发器的驱动方程;
(2)写出各触发器的状态方程; (3)列出状态表;
(4)画出状态转换图(要求画成Q 3Q 2Q 1→) 。
图P5.19
题5.19 解: (1) 驱动方程为:
J 1=K 1=1;
J 2=3n Q 1n K 2=Q 1n ;
n n
J 3=Q 2Q 1 K 3=Q 1n ;
(2) 各触发器的状态方程分别为:
Q 1n +1=1n ; n +1n Q 2=3n 2n Q 1n +Q 21n ;
n +1n n n
Q 3=3n Q 2Q 1+Q 31n ;
(3) 状态表为:
(4)状态转换图为:
Q 3Q 2Q 1
000
001
110
010
011
100
101
图 题解5.19(4)
5.21下图是某时序电路的状态图,该电路是由两个D 触发器FF 1和FF 0组成的,试求出这两
个触发器的输入信号D 1和D 0的表达式。图中A 为输入变量。
图P5.21
题5.21 解:
1Q 0
0×1×10
D 11Q 0
0×1×00
D 0
图 题解5.21
所以,这两个触发器的输入信号D 1和D 0的表达式分别为:
n D 1=+1n +Q 0n D 0=1n +0
5.23 试用JK 触发器和少量门设计一个模6可逆同步计数器。计数器受X 输入信号控制,
当X=0时,计数器做加法计数;当X=1时,计数器做减法计数。 题5.23 解:
由题意可得如下的状态图和状态表:
n +1n +1
分离Q 2、Q 1n +1、Q 0的卡诺图,得
Q
n +12
Q
n +1
1
Q
n +1
n +1n n n n n n
Q 2=X Q 1n Q 0+X Q 1n Q 0⋅Q 2+X Q 0+XQ 0⋅Q 2
Q 1n +1
=(XQ Q
n 2
n 0
)+X Q Q )⋅Q +X Q
n 2
n 0
n 1
n
n
n 0
)+XQ )⋅Q
n 0
n 1
Q 0n +1=Q 0n
n n n n
所以,J 2=X Q 1Q 0+X Q 1Q 0 K 2=X Q 0 +X 0n =X ⊕Q 0
n n n n
J 1=X Q 2Q 0+XQ 2Q 0 K 1=X Q 0 +X 0n =X ⊕Q 0
n
n
J 0=K 0=1 电路能自启动。(图略) 注:答案不唯一 第6章题解:
6.1 试用4个带异步清零和置数输入端的负边沿触发型JK 触发器和门电路设计一个异步余3BCD 码计数器。
题6.1 解:余3BCD 码计数器计数规则为:0011→0100→…→1100→0011→…,由于采用异步清零和置数,故计数器应在1101时产生清零和置数信号,所设计的电路如图题解6.1所示。
3
图 题解6.1
6.3 试用D 触发器和门电路设计一个同步4位格雷码计数器。 题6.3 解:根据格雷码计数规则,计数器的状态方程和驱动方程为:
n n n
Q 3n +1=D 3=Q n 3Q n 0+Q n 3Q n 1+Q 2Q 1Q 0n +1n n n Q 2=D 2=Q n 2Q n 0+Q n 2Q n 1+Q 3Q 1Q 0
Q
n +11
=D 1=Q Q +Q Q Q +
n 1n 0n 3n 2n 0
Q Q Q
n 3n 2n 0
n n n
Q 0n +1=D 0=Q n 3Q n 2Q n +1+Q
3Q 2Q 1Q n 3Q n 2Q +n 1Q n 3Q n 2Q n 1
按方程画出电路图即可,图略。
6.5 试用4位同步二进制计数器74163实现十二进制计数器。74163功能表如表6.4所示。 题 6.5 解:可采取同步清零法实现。电路如图题解6.5所示。
图 题解6.5
6.7 试用4位同步二进制计数器74163和门电路设计一个编码可控计数器,当输入控制变量M=0时,电路为8421BCD 码十进制计数器,M=1时电路为5421BCD 码十进制计数器,5421BCD 码计数器状态图如下图P6.7所示。74163功能表如表6.4所示。
Q 3Q 2Q 1Q 0
图 P 6.7
题6.7 解:实现8421BCD 码计数器,可采取同步清零法;5421BCD 码计数器可采取置数法实现,分析5421BCD 码计数规则可知,当Q 2=1时需置数,应置入的数为:
D 3D 2D 1D 0=Q 3000。加入控制信号M ,即可完成电路设计。电路如图题解6.7所示。
1
CLK
M
图 题解6.7
6.9 试用同步十进制计数器74160和必要的门电路设计一个365进制计数器。要求
各位之间为十进制关系。74160功能表如表6.6所示。
题6.9 解:用3片74160构成3位十进制计数器,通过反馈置数法,完成365进制计数器设计。电路如图题解6.9所示。
图 题解6.9
6.11 图P6.11所示电路是用二—十进制优先编码器74147和同步十进制计数器74160组成
的可控制分频器。已知CLK 端输入脉冲的频率为10KHz ,试说明当输入控制信号A ,
B ,C ,D ,E ,F ,G ,H ,I 分别为低电平时,Y 端输出的脉冲频率各为多少。优先编码器74147功能表如表4.4所示,74160功能表如表6.6所示。
I CLK
Y
0123
图 P6.11
10
KHz ; 910
当B =0时,74160构成模8计数器,Y 端输出频率为KHz ;
810
当C =0时,74160构成模7计数器,Y 端输出频率为KHz ;
710
当D =0时,74160构成模6计数器,Y 端输出频率为KHz ;
610
当E =0时,74160构成模5计数器,Y 端输出频率为KHz ;
510
当F =0时,74160构成模4计数器,Y 端输出频率为KHz ;
410
当G =0时,74160构成模3计数器,Y 端输出频率为KHz ;
310
当H =0时,74160构成模2计数器,Y 端输出频率为KHz ;
2
题6.11 解: 当A =0时,74160构成模9计数器,Y 端输出频率为 当I =0时,74160循环置9,Y 端输出频率为0Hz ;
6.13 试用D 触发器、与非门和一个2线—4线译码器设计一个4位多功能移位寄存器,移
位寄存器的功能表如图P6.13所示。
S A S B 0 00 11 01 1
图 P6.13
功 能
右 移左 移同步清零同步置数
题6.13 解: 以i 单元示意(左侧为i -1单元,右侧为i +1单元) ,示意图如图题解6.13所示。
Q S S 图 题解6.13
6.15 参照串行累加器示意图(见图6.40),试用4片移位寄存器79194、一个全加器和一个
D 触发器设计一个8位累加器,说明累加器的工作过程,画出逻辑图。移位寄存器79194功能表如表6.10所示。
题6.15 解: 8位串行累加器电路如图题解6.15所示。累加器的工作过程为:首先通过清零信号使累加器清零,然后使S A S B =11,电路进入置数状态,这时可将第一组数送到并行数据输入端,在CLK 脉冲作用下,将数据存入右侧输入寄存器中。其后,使电路改变成右移状态(S A S B =01),在连续8个CLK 脉冲作用后,输入寄存器中的数据将传递到左侧输出寄存器中。接着可并行输入第2组数据,连续8个CLK 移位脉冲作用后,输出寄存器的数据将是前两组数据之和。以此往复,实现累加功能。
置数移S B 位控制S A
CLK
清零D
并行输入低4位
并行输出低4位
并行输出高4位串行输出
图 题解6.15
6.17 试用移位寄存器79194和少量门设计一个能产生序列信号为00001101的移存型序列信
号发生器。移位寄存器79194功能表如表6.10所示。 题6.17 解:
(1)电路按下列状态变换(Q 0QQ 12Q 3) :
0000→0001→0011→0110→1101→1010→0100→1000→0000 (2)使74194工作在左移状态(S A =1,S B =0)
若考虑自启动,D S L =Q 0Q 1Q 2+0Q 2Q 3 (结果不唯一),电路图如图题解6.17所示。
1
01
图 题解6.17
6.19 试分析图P6.19所示电路,画出完整状态转换图,说明这是几进制计数器,能否自启
动?移位寄存器79194功能表如表6.10所示。
题6.19 解: 状态转换图如图题解6.19所示。可见,这是一个能自启动的模7计数器。
Q 0Q 1Q 2Q 3
0010
11101111
图 题解6.19
输入
110
图 P6.18图 P6.19
习题
7.1 若某存储器的容量为1M ×4位,则该存储器的地址线、数据线各有多少条? 题7.1 解:
该存储器的地址线有10条,数据线有2条。
7.3 某计算机的内存储器有32位地址线、32位并行数据输入、输出线,求该计算机内存
的最大容量是多少? 题7.3 解:
该计算机内存的最大容量是232×32位。
7.5 已知ROM 的数据表如表P7.5所示,若将地址输入A 3、A 2、A 1和A 0作为3个输入逻
辑变量,将数据输出F 3、F 2、F 1和F 0作为函数输出,试写出输出与输入间的逻辑函数式。
表P7.5
A 3A 2A 1 A 0F 3F 2F 1 F 0
0 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 11 0 1 01 1 0 11 1 0 11 1 1 11 1 1 01 0 0 11 0 0 0
题7.5 解: F 3=
∑m (8~15) =A
3
F 2=∑m (4~11) =3A 2+A 32=A 3⊕A 2 F 1=∑m (2~5, 10~13) =2A 1+A 21=A 2⊕A 1 F 1=∑m (1, 2, 5, 6, 9, 10, 13, 14) =1A 0+A 10=A 1⊕A 0
7.7 请用容量为1K ×4位的Intel2114芯片构成4K ×4位的RAM ,要求画出电路图。 题7.7 解:
10
11
图
题解7.7
7.9
已知4
输入4
输出的可编程逻辑阵列器件的逻辑图如图P7.9
所示,请写出其逻辑函
数输出表达式。
A 1
A 1
1
与阵列
1
A A 3
1
1
F 0F 1F 2F 3
或阵列
1≥1≥
图P7.9
题7.9 解:
F 0=0A 1+A 01 F 1=1A 2+A 12
F 2=2A 3+A 23
F 3=A 3
7.11 假设GAL 器件的结构控制字取值分别为:SYN =1,AC 0=0,AC 1(n ) =0,
XOR (n ) =0,请画出OLMC(n)的等效电路图。
题7.11 解:
当GAL 器件的结构控制字取值分别为:SYN =1,AC 0=0,AC 1(n ) =0,
XOR (n ) =0时,画出OLMC 工作在纯组合输出模式,低电平输出有效,其等效电路
如图题解7.11所示。
来自与门阵列
I/O(n)
反馈
图 题解7.11
7.13 请问CPLD 的基本结构包括哪几部分?各部分的功能是什么? 题7.13 解:
CPLD 产品种类和型号繁多,虽然它们的具体结构形式各不相同,但基本结构都由若干个可编程的逻辑模块、输入/输出模块和一些可编程的内部连线阵列组成。如Lattice 公司生产的在系统可编程器件ispLSI1032,主要由全局布线区(GRP )、通用逻辑模块(GLB )、输入/输出单元(IOC )、输出布线区(ORP )和时钟分配网络(CDN )构成。
全局布线区GRP 位于器件的中心,它将通用逻辑块GLB 的输出信号或I/O单元的输入信号连接到GLB 的输入端。通用逻辑块GLB 位于全局布线区GRP 的四周,每个GLB 相当于一个GAL 器件。输入/输出单元IOC 位于器件的最外层,它可编程为输入、输出和双向输入/输出模式。输出布线区ORP 是介于GLB 和IOC 之间的可编程互
连阵列,以连接GLB 输出到IOC 。时钟分配网络CDN 产生5个全局时钟信号,以分配给GLB 和IOC 使用。
7.15 若用XC4000系列的FPGA 器件实现4线-16线译码器,请问最少需占用几个CLB? 题7.15 解:
最少需占用8个CLB 。
第一个CLB 可以完成任意两个独立4变量逻辑函数或任意一个5变量逻辑函数,
产生两个输出。而4线-16线译码器由4个输入变量产生16个输出变量,那么8个CLB 的G 、F 组合逻辑函数发生器的输入端均共用译码器的4个输入变量,而每个CLB 则分别完成译码器的16个输出变量中的2个输出。具体实现如图题解7.15。
图 题解7.15
第8章习题及解答
8.1 在图8.3(a )用5G555定时器接成的施密特触发电路中,试问:
(1)当V CC =12V 时,而且没有外接控制电压时,V T+、V T-和∆V T 各为多少伏? (2)当V CC =10V 时,控制电压V CO =6V 时,V T+、V T-和∆V T 各为多少伏? 题8.1 解:⑴ V T += ⑵ V T +=V CO
21
V CC =8V , V T -=V CC =4V , ∆V T =V T +-V T -=4V ; 33
1
=6V , V T -=V CO =3V ,∆V T =V T +-V T -=3V 。
2
8.3 图P8.3(a )为由5G555构成的单稳态触发电路,若已知输入信号V i 的波形如图P8.3
(b )所示,电路在t=0时刻处于稳态。
(1)根据输入信号V i 的波形图定性画出V C 和输出电压V O 对应的波形。
(2)如在5G555定时器的5脚和1脚间并接一只10K 的电阻,试说明输出波形会发生
怎样的变化?
V i
O
图 P8.3
(a ) (b ) 题8.3 解:(1)对应的波形如图题解8.3(a )所示。
V i
V V 图 题解8.3(a )
(2)如在5G555定时器的5脚和1脚间并接一只10K 的电阻,则输出脉冲宽度t W1等
11
于电容电压V C 从0上升到V CC =⨯15V=7.5V所需时间,因此输出脉冲宽度t W1要比图
22
题解8.3(a )波形中t W 窄。对应的波形如图题解8.3(b )所示。
V
i V V 图 题解8.3(
b )
8.5 图P8.5(a )所示是用集成单稳态触发电路74121和D 触发器构成的噪声消除电路,图
P8.5(b )为输入信号。设单稳态触发电路的输出脉冲宽度t W 满足t n
噪声,t s 为信号脉宽),试定性画出Q 和V O 的对应波形。
图 P8.5
题8.5 解:波形图如图题解8.5所示。
V i
t
Q
t
V o
t
图 题解8.5
8.7 在图8.19所示用5G555定时器构成的多谐振荡器中,若R 1=R 2=5.1k Ω,C =0.01μF,
V CC =12V ,试计算电路的振荡频率和占空比。若要保持频率不变,而使占空比q =
1,2
试画出改进电路。
题8.7 解:(1)q =
T 1R 1+R 22⨯5.12
=== T R 1+2R 23⨯5.13
T =T 1+T 2=(R 1+R 2)(ln2+R 2C ln 2) ≈0.7(R 1+2R 2) C f =
111
==9.34⨯103Hz =-3
T 0.7(R 1+2R 2) C 0.7⨯3⨯5.1⨯0.01⨯10
(2)改进电路如题解8.7所示。
R O
图 题解8.7
为使占空比为q =
1
,R 1=R 2=R 。取电容C =0.01μF ,而要使振荡频率不变,应使2
f =
113
Hz ==9.34⨯10-3
T 0.7⨯2R ⨯0.01⨯10
得:R 1=R 2=7.65k Ω
8.9 分析图P8.9所示电路,说明:
(1)按钮A 未按时,两个5G555定时器工作在什么状态? (2)每按动一下按钮后两个5G555定时器如何工作?
(3)画出每次按动按钮后两个5G555定时器的输出电压波形。
图 P8.9
题8.9 解:⑴ 按钮A 未按时,左边的555定时器构成的单稳态触发电路处于稳态状态,
输出为0;右边的555定时器构成的振荡器,处于清零状态。
⑵ 每按动一下按钮后,左边单稳态触发电路的就产生一个宽度为t w 的正向脉冲输出, t w =1.1R 2C 1=1.1S;右边的定时器开始振荡,输出脉冲波形,其振荡周期为
T =0.7(R 3+2R 4) C 3=0.98⨯10-3S 。
(3)波形示意图如题解8.9所示:
V i
t
V o 1
t
V o
t
图 题解8.9
第9章习题及解答
9.1 数字量和模拟量有何区别?A/D转换和D/A转换在数字系统中有何主要作用? 题9.1 解:模拟量是指在时间上和幅值上均连续的物理量,数字量是指在时间上和幅值上均
离散的物理量。模拟量通过取样、保持、量化和编码的变换,转换成数字量。A/D转换和D/A转换是数字设备与控制对象之间的接口电路,分别实现模数转换和数模转换。
9.3 在图9.2所示的4位权电阻网络D/A转换器中,如取V REF =6V ,试求当输入数字量
d 3d 2d 1d 0=0110时的输出电压值?
题9.3 解:根据权电阻网络D/A转换器输出电压的计算公式,当输入数字量d 3d 2d 1d 0=0110时
的输出电压值为-2.25V 。
9.5 图P9.5所示电路是用AD7520和同步十六进制计数器74163组成的波形发生器电路。已知
AD7520的V REF =-10V ,试画出在时钟信号CLK 的连续作用下输出电压V O 的波形,并
标出波形图上各点电压的幅度。
-V O
ENT ENP CLK
图P9.5
题9.5 解:由于74163工作在计数状态,所以在时钟信号CLK 的连续作用下,它的输出端
Q 3Q 2Q 1Q 0从0000~1111不停地循环,AD7520的输入d 9d 8d 7d 6也从0000~1111不停地循环。根据AD7520芯片内部的倒T 形电阻网络结构和分流原理,即可画出输出电压V O 的
波形图。
图 题解9.5
9.7 如果某个模拟信号的最高组成频率是20KHz ,那么最低的取样频率是多少? 题9.7 解:根据取样定理,最小取样频率是40KHz 。 9.9 若采用有舍有入量化方式,将0~1V 的模拟电压换成四位二进制代码,其量化单位∆应
取何值?最大量化误差为多少V ? 题9.9 解:根据有舍有入量化的方法可知:量化单位∆=
21
V ,最大量化误差为V 。 3131
第4章习题及解答
4.1 用门电路设计一个4线—2线二进制优先编码器。编码器输入为A 3A 2A 1A 0,A 3优先
级最高,A 0优先级最低,输入信号低电平有效。输出为Y 1Y 0,反码输出。电路要求加一G 输出端,以指示最低优先级信号A 0输入有效。
题4.1 解:根据题意,可列出真值表,求表达式,画出电路图。其真值表、表达式和电路
图如图题解4.1所示。由真值表可知G =A 3A 2A 1A 0。
A 1A 0
00 01 11 10
000
000
000
000
A 3A 2A 1A 0Y 1Y 0G
0 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 0 1 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1
[***********][1**********]011
[**************]0
A 3A 2
00011110
A 3A 2
00011110
A 1A 0
00 01 11 10
0000000000Y 1=A 3A 2
A 3A 2
Y 1
Y 0
A 1
A 0
G
(a)真值表
Y 0=A 3A 2+A 3A 1
(b) 求输出表达式
图 题解4.1
(c) 编码器电路图
4.3 试用3线—8线译码器74138扩展为5线—32线译码器。译码器74138逻辑符号如图
4.16(a )所示。
题4.3 解:5线—32线译码器电路如图题解4.3所示。
A 0A 1A 2
A 3A 4
EN
图 题解4.3
4.5写出图P4.5所示电路输出F 译码器74138功能表如表4.6所1和F 2的最简逻辑表达式。
示。
BIN/OCT
A B C
124
01234
&
F 1
1
&
5
&
F 2
EN 74138
67
图 P4.5
题4.5解:由题图可得:
F 1(C , B , A ) =∑m (0,2, 4,6) =A F 2(C , B , A ) =∑m (1,3,5,7)=A
4.7 试用一片4线—16线译码器74154和与非门设计能将8421BCD 码转换为格雷码的代码
转换器。译码器74154的逻辑符号如图4.17所示。
解:设4位二进制码为B 3B 2B 1B 0,4位格雷码为R 3R 2R 1R 0。根据两码之间的关系可得:
R 3(B 3, B 2, B 1, B 0) =∑m (8~15) =B 3
R 2(B 3, B 2, B 1, B 0) =∑m (4~11) =m 4m 5m 6m 7m 8m 9m 10m 11
R 1(B 3, B 2, B 1, B 0) =∑m (2~5,10~13) =m 2m 3m 4m 5m 10m 11m 12m 13R 0(B 3, B 2, B 1, B 0) =∑m (1,2,5,6,9,10,13,14) =m 1m 2m 5m 6m 9m 10m 13m 14
则将译码器74154使能端均接低电平,码输入端从高位到低位分别接B 3、B 2、B 1、B 0,根 据上述表达式,在译码器后加3个8输入端与非门,可得R 2、R 1、R 0,R 3可直接输出。(图 略)
4.9试用8选1数据选择器74151实现下列逻辑函数。74151逻辑符号如图4.37(a )所示。 ⑴ F (A , B , C ) =⑵ F (A , B , C ) =
∑m (2,4,5,7) ∏M (0,6,7)
⑶ F (A , B , C ) =(A +B )(B +C )
⑷ F (A , B , C , D ) =BC +ACD +ACD +ABCD +ABCD ⑸ F (A , B , C , D ) =
∑m (0,2,3,5,6,7,8,9)+∑d (10
15)
题4.9解:如将A 、B 、C 按高低位顺序分别连接到数据选择器74151的地址码输入端,将数据选择器的输出作为函数值F 。则对各题,数据选择器的数据输入端信号分别为:(注意,数据选择器的选通控制端ST 必须接有效电平,图略)
⑴ D 0=D 1=D 3=D 6=0, D 2=D 4=D 5=D 7=1 ⑵ D 0=D 6=D 7=0, D 1=D 2=D 3=D 4=D 5=1 ⑶ D 0=D 2=D 3=D 6=0, D 1=D 4=D 5=D 7=1 ⑷ D 0=D 5=D , D 1=D 4=D , D 2=D 6=1, D 3=D 7=0 ⑸ D 0=D , D 2=D , D 1=D 3=D 4=1, D 5=D 6=D 7=0或1
4.11图P4.11为4线-2线优先编码器逻辑符号,其功能见图4.3(a )真值表。试用两个4
线-2线优先编码器、两个2选1数据选择器和一个非门和一个与门,设计一个带无信号编码输入标志的8线-3线优先编码器。
HPRI/BCD
X 0X 1X 2X 3
1234
12
A 0A 1
EO
图 P4.11
题4.11解:由图4.3(a )真值表可见,当编码器无信号输入时,EO =1,因此可以利用EO 的状态来判断扩展电路中哪一个芯片有编码信号输入。所设计电路如图题解4.11所示,由电路可见,当高位编码器(2)的EO =0时,表示高位编码器(2)有编码信号输入,故选通数据选择器的0通道,将高位编码器(2)的码送到Y 1Y 0端;当高位编码器(2)的
EO =1时,表示高位编码器(2)无编码信号输入,而低位编码器(1)有可能有编码信
号输入,也可能无编码信号输入,则将低位编码器(1)的码送到Y 1Y 0端(当无编码信号输入输入时,YY 。编码器输出的最高位码,由高位编码器(2)的EO 信号取反获10=00)得。由电路可见,EO Y =1表示无编码信号输入。
X X X X Y Y 0
X X X X Y 1
Y 2
图 题解4.11
4.13 试用一片3线—8线译码器74138和两个与非门实现一位全加器。译码器74138功能
表如表4.6所示。
题4.13解:全加器的输出逻辑表达式为:
S i (A i , B i , C i -1) =(A i B i +A i B i ) C i -1+(A i B i +A i B i ) C i -1= C i (A i , B i , C i -1) =(A i B i +A i B i ) C i -1+A i B i =
∑m (1,2,4,7)
∑m (3,5,6,7)
式中,A i 、B
i 为两本位加数,C i -1为低位向本位的进位,S i 为本位和, C i 为本位向高位的
进位。根据表达式,所设计电路如图题解4.13所示。
A B C S i
1
C i
图 题解4.13
4.15 写出图P4.15所示电路的输出最小项之和表达式。
F (a,b,c,d )
图P4.15
题4.15解:S =(ab +ab ) CI +(ab +ab ) CI =ab +ab
CO =(ab +ab ) CI +ab =a ⊕b +ab =a +b
D 0=S ⊕CO =(ab +ab ) ⊕(a ⊕b +ab ) D 1=D 0 D 2=CO F (a , b , c , d ) =
4. 17 试完善图4.47所示电路设计,使电路输出为带符号的二进制原码。
题4.17解:由于加减器的输入均为二进制正数,所以,当S =1电路作加法时,输出一定为正,这时图4.47中的C 4表示进位。当S =0时,电路作减法运算,电路实现(P ) 2-(Q ) 2功能。
C 4=1,由例4.15分析可知,当(P ) 2-(Q ) 2≥0时,电路输出Y 4Y 3Y 2Y 1即为原码;当(P ) 2-(Q ) 2
D 3=CO
∑m (1,3,5,6,9,10,12,14)
时,C 4=0,应将电路输出Y 4Y 3Y 2Y 1取码,使其成为原码。设电路符号位为F ,进位位为Z 5,可写出F 和Y 5的表达式为F =SC 4,Y 5=SC 4。当F =1时,须对Y 4Y 3Y 2Y 1取码。所设计电路如图题解4.17所示。
S
Z 1Z 2Z 3Z 4Z 5F
图 题解4.17
*4.19 试用两片4位二进制加法器7483和门电路设计一个8421BCD 码减法器,要求电路输出为带符号的二进制原码。7483的逻辑符号如图4.46(b)所示。(提示:BCD 码减法和二进制减法类似,也是用补码相加的方法实现,但这里的补码应是10的补,而不是2的补。求补电路可用门电路实现)
题4.19解:(解题思路)首先利用两片4位二进制加法器7483和门电路设计一个BCD 码加法器(见例4.16)。由于用加法器实现减法运算,须对输入的减数取10的补,另外,还须根据BCD 码加法器的进位信号的状态来决定是否对BCD 码加法器输出信号进行取补。所设计的电路框如图题解4.19所示。图中,A 为被减数,B 为减数,Y 为差的原码,G 为符号位。com10s 为求10的补码电路,该电路可根据10的补码定义,通过列真值表,求逻辑表达式,然后用门电路或中规模组合电路(如译码器)实现。bcdsum 为BCD 码加法器,可利用例4.16结果,也可自行设计。selcom10s 为判断求补电路,当bcdsum 输出进位信号C 为1时,表示结果为正,Y =S ;当C 为0时,表示结果为负,Y 应是S 的10 的补码,利用com10s 电路和数据选择器,很容易完成该电路设计。(电路详解略)
A
Y G
B
图 题解4.19
4.23 试用一片双4选1数据选择器74HC4539和一片3线-8线译码器74138构成一个3位
并行数码比较器。要求:电路输入为两个3位二进制数,输出为1位,当输入两数相同时,输出为0,不同时输出为1。数据选择器74HC4539功能表见图4.34(b)所示,译码器74138功能表如表4.6所示。
题4.23解:首先将双4选1数据选择器74HC4539连接成8选1数据选择器,如图4.36所示。8选1数据选择器和3线-8线译码器74138构成的并行数码比较器如图题解4.23所示。图中,A =A 2A 1A 0和B =B 2B 1B 0为两个需比较的二进制数,A 被加到数据选择器的地址输入端,B 被加到译码器的输入端,容易看出,当A 2A 1A 0=B 2B 1B 0时,数据选择器的输出
F =0;当A 2A 1A 0≠B 2B 1B 0时,F =1。
1
F
图 题解4.23
4.25 试用一片4位数值比较器74HC85构成一个数值范围指示器,其输入变量ABCD 为
8421BCD 码,用以表示一位十进制数X 。当X ≥5时,该指示器输出为1。否则输出为0。74HC85功能表如表4.15所示。
题4.25解:该题最简单的解法是利用4位数值比较器74HC85将输入的8421BCD 码与4比较,电路图如图题解
4.25所示。
A 0
A 1A 2A 3
0010
图 题解4.25
F
4.27 试用4位数值比较器74HC85和逻辑门,设计一个能同时对3个4位二进制数进行比较
的数值比较器,使该比较器的输出满足下列真值表要求(设3个二进制分别为:
X =(x 3x 2x 1x 0) 2, Y =(y 3y 2y 1y 0) 2, Z =(z 3z 2z 1z 0) 2。74HC85功能表如表4.15所
示。
表 P4.27
条 件
f 0
X >Y >Z X >Z >Y Y >X >Z Y >Z >X Z >X >Y Z >Y >X X =Y =Z
其它情况
10000000
f 101000000
f 2
00100000
f 300010000f 400001000
f 5
00000100
f 600000010f 700000001
题4.27解:首先用3个数值比较器74HC85分别完成X 和Y 、X 和Z 、Y 和Z 之间的比较,比较的结果有3组,分别是F (X >Y ) ,F (X =Y ) ,F (X Z ) ,F (X =Z ) ,F (X Z ) ,F (Y =Z ) ,
F (Y
解4.27所示。
x 3⋅⋅⋅x 0y 3⋅⋅⋅y 030z 3⋅⋅⋅z 0
30
z 3⋅⋅⋅z 0
图 题解4.27
4.29 试用两片74HC382ALU 芯片连成8位减法器电路。74HC382的逻辑符号和功能表如图4.65所示。
题4.29解:两片74HC382ALU 芯片连成8位减法器电路如图题解4.29所示。图中ALU (1)为低位芯片,ALU (2)为高位芯片,要实现减法运算,选择码S 2S 1S 0必须为001,低位芯片的C N 输入必须为0。
A 0A 1A 2A 3B 0B 1B 2B 3
1100
A B C D
F 4F 5F 6F 7
C N+4OVR
习题
图 题解4.29
5.1 请根据图P5.1所示的状态表画出相应的状态图,其中X 为外部输入信号,Z 为外部输
出信号,
A 、B 、C 、D 是时序电路的四种状态。
n+1/ZQ X
0D/1D/1D/1B/1
1B/0C/0A/0C/0
n+1Q A B C D
X
0D/0C/0B/0B/1
1B/0B/0C/0C/0
图P5.1 图P5.2
题5.1 解:
图 题解5.1
5.3 在图5.4所示RS 锁存器中,已知S 和R 端的波形如图P5.3所示,试画出Q 和对应的输出
波形。
R
S
图P5.3
题5.3 解:
图 题解5.3
5.5 在图5.10所示的门控D 锁存器中,已知C 和D 端的波形如图P5.5所示,试画出Q 和对应
的输出波形。
图P5.5
题5.5 解:
图 题解5.5
5.7 已知主从RS 触发器的逻辑符号和CLK 、S 、R 端的波形如图P5.7所示,试画出Q 端
对应的波形(设触发器的初始状态为0)。
CLK S R
(a)
图P5.7
(b)
题5.7 解:
CLK S R Q
图 题解5.7
5.9 图P5.9为由两个门控RS 锁存器构成的某种主从结构触发器,试分析该触发器逻辑功能,
要求:
(1)列出特性表; (2)写出特性方程; (3)画出状态转换图; (4)画出状态转换图。
图 题解5.9
题5.9 解:
(1)特性表为:
(2) 特性方程为:
Q n +1=n +n
(3) 状态转换图为:
X=1
X=0Y=X=Y=1
图 题解5.9(3)
X=
×Y=0
(4)该电路是一个下降边沿有效的主从JK 触发器。
5.11 在图P5.11(a )中,FF 1和FF 2均为负边沿型触发器,试根据P5.11(b )所示CLK 和
X 信号波形,画出Q 1、Q 2的波形(设FF 1、FF 2的初始状态均为0)。
(a)
CLK
X
(b)
图P5.11
题5.11 解:
CLK X Q 1Q 2
图 题解5.11
5.13 试画出图P5.13所示电路在连续三个CLK 信号作用下Q 1及Q 2端的输出波形(设各触
发器的初始状态均为0)。
图
P5.13
题5.13 解:
Q 1Q 图 题解5.13
5.15 试用边沿D 触发器构成边沿T 触发器。 题5.15 解:
D 触发器的特性方程为:Q T 触发器的特性方程为:Q 所以,D =T ⊕Q
5.17请分析图P5.17所示的电路,要求: (1)写出各触发器的驱动方程和输出方程; (2)写出各触发器的状态方程; (3)列出状态表; (4)画出状态转换图。
n
n +1n +1
=D
=T ⊕Q n
Z
图P5.17
题5.17 解: (1) 驱动方程为:
J 0=X Q 1n K 0=1;
n
K 1=X ; J 1=XQ 0
输出方程为:Z =XQ 1n (2) 各触发器的状态方程分别为:
n +1n n n
; Q 1n =X Q Q 0=X Q 1n Q 00Q 1+
n
X Q 1
(3) 状态表为:
(4)状态转换图为:
X/Z
Q 1Q 0−−−→
0001
1/01/1
图 题解5.17(4)
5.19请分析图P5.19所示的电路,要求: (1)写出各触发器的驱动方程;
(2)写出各触发器的状态方程; (3)列出状态表;
(4)画出状态转换图(要求画成Q 3Q 2Q 1→) 。
图P5.19
题5.19 解: (1) 驱动方程为:
J 1=K 1=1;
J 2=3n Q 1n K 2=Q 1n ;
n n
J 3=Q 2Q 1 K 3=Q 1n ;
(2) 各触发器的状态方程分别为:
Q 1n +1=1n ; n +1n Q 2=3n 2n Q 1n +Q 21n ;
n +1n n n
Q 3=3n Q 2Q 1+Q 31n ;
(3) 状态表为:
(4)状态转换图为:
Q 3Q 2Q 1
000
001
110
010
011
100
101
图 题解5.19(4)
5.21下图是某时序电路的状态图,该电路是由两个D 触发器FF 1和FF 0组成的,试求出这两
个触发器的输入信号D 1和D 0的表达式。图中A 为输入变量。
图P5.21
题5.21 解:
1Q 0
0×1×10
D 11Q 0
0×1×00
D 0
图 题解5.21
所以,这两个触发器的输入信号D 1和D 0的表达式分别为:
n D 1=+1n +Q 0n D 0=1n +0
5.23 试用JK 触发器和少量门设计一个模6可逆同步计数器。计数器受X 输入信号控制,
当X=0时,计数器做加法计数;当X=1时,计数器做减法计数。 题5.23 解:
由题意可得如下的状态图和状态表:
n +1n +1
分离Q 2、Q 1n +1、Q 0的卡诺图,得
Q
n +12
Q
n +1
1
Q
n +1
n +1n n n n n n
Q 2=X Q 1n Q 0+X Q 1n Q 0⋅Q 2+X Q 0+XQ 0⋅Q 2
Q 1n +1
=(XQ Q
n 2
n 0
)+X Q Q )⋅Q +X Q
n 2
n 0
n 1
n
n
n 0
)+XQ )⋅Q
n 0
n 1
Q 0n +1=Q 0n
n n n n
所以,J 2=X Q 1Q 0+X Q 1Q 0 K 2=X Q 0 +X 0n =X ⊕Q 0
n n n n
J 1=X Q 2Q 0+XQ 2Q 0 K 1=X Q 0 +X 0n =X ⊕Q 0
n
n
J 0=K 0=1 电路能自启动。(图略) 注:答案不唯一 第6章题解:
6.1 试用4个带异步清零和置数输入端的负边沿触发型JK 触发器和门电路设计一个异步余3BCD 码计数器。
题6.1 解:余3BCD 码计数器计数规则为:0011→0100→…→1100→0011→…,由于采用异步清零和置数,故计数器应在1101时产生清零和置数信号,所设计的电路如图题解6.1所示。
3
图 题解6.1
6.3 试用D 触发器和门电路设计一个同步4位格雷码计数器。 题6.3 解:根据格雷码计数规则,计数器的状态方程和驱动方程为:
n n n
Q 3n +1=D 3=Q n 3Q n 0+Q n 3Q n 1+Q 2Q 1Q 0n +1n n n Q 2=D 2=Q n 2Q n 0+Q n 2Q n 1+Q 3Q 1Q 0
Q
n +11
=D 1=Q Q +Q Q Q +
n 1n 0n 3n 2n 0
Q Q Q
n 3n 2n 0
n n n
Q 0n +1=D 0=Q n 3Q n 2Q n +1+Q
3Q 2Q 1Q n 3Q n 2Q +n 1Q n 3Q n 2Q n 1
按方程画出电路图即可,图略。
6.5 试用4位同步二进制计数器74163实现十二进制计数器。74163功能表如表6.4所示。 题 6.5 解:可采取同步清零法实现。电路如图题解6.5所示。
图 题解6.5
6.7 试用4位同步二进制计数器74163和门电路设计一个编码可控计数器,当输入控制变量M=0时,电路为8421BCD 码十进制计数器,M=1时电路为5421BCD 码十进制计数器,5421BCD 码计数器状态图如下图P6.7所示。74163功能表如表6.4所示。
Q 3Q 2Q 1Q 0
图 P 6.7
题6.7 解:实现8421BCD 码计数器,可采取同步清零法;5421BCD 码计数器可采取置数法实现,分析5421BCD 码计数规则可知,当Q 2=1时需置数,应置入的数为:
D 3D 2D 1D 0=Q 3000。加入控制信号M ,即可完成电路设计。电路如图题解6.7所示。
1
CLK
M
图 题解6.7
6.9 试用同步十进制计数器74160和必要的门电路设计一个365进制计数器。要求
各位之间为十进制关系。74160功能表如表6.6所示。
题6.9 解:用3片74160构成3位十进制计数器,通过反馈置数法,完成365进制计数器设计。电路如图题解6.9所示。
图 题解6.9
6.11 图P6.11所示电路是用二—十进制优先编码器74147和同步十进制计数器74160组成
的可控制分频器。已知CLK 端输入脉冲的频率为10KHz ,试说明当输入控制信号A ,
B ,C ,D ,E ,F ,G ,H ,I 分别为低电平时,Y 端输出的脉冲频率各为多少。优先编码器74147功能表如表4.4所示,74160功能表如表6.6所示。
I CLK
Y
0123
图 P6.11
10
KHz ; 910
当B =0时,74160构成模8计数器,Y 端输出频率为KHz ;
810
当C =0时,74160构成模7计数器,Y 端输出频率为KHz ;
710
当D =0时,74160构成模6计数器,Y 端输出频率为KHz ;
610
当E =0时,74160构成模5计数器,Y 端输出频率为KHz ;
510
当F =0时,74160构成模4计数器,Y 端输出频率为KHz ;
410
当G =0时,74160构成模3计数器,Y 端输出频率为KHz ;
310
当H =0时,74160构成模2计数器,Y 端输出频率为KHz ;
2
题6.11 解: 当A =0时,74160构成模9计数器,Y 端输出频率为 当I =0时,74160循环置9,Y 端输出频率为0Hz ;
6.13 试用D 触发器、与非门和一个2线—4线译码器设计一个4位多功能移位寄存器,移
位寄存器的功能表如图P6.13所示。
S A S B 0 00 11 01 1
图 P6.13
功 能
右 移左 移同步清零同步置数
题6.13 解: 以i 单元示意(左侧为i -1单元,右侧为i +1单元) ,示意图如图题解6.13所示。
Q S S 图 题解6.13
6.15 参照串行累加器示意图(见图6.40),试用4片移位寄存器79194、一个全加器和一个
D 触发器设计一个8位累加器,说明累加器的工作过程,画出逻辑图。移位寄存器79194功能表如表6.10所示。
题6.15 解: 8位串行累加器电路如图题解6.15所示。累加器的工作过程为:首先通过清零信号使累加器清零,然后使S A S B =11,电路进入置数状态,这时可将第一组数送到并行数据输入端,在CLK 脉冲作用下,将数据存入右侧输入寄存器中。其后,使电路改变成右移状态(S A S B =01),在连续8个CLK 脉冲作用后,输入寄存器中的数据将传递到左侧输出寄存器中。接着可并行输入第2组数据,连续8个CLK 移位脉冲作用后,输出寄存器的数据将是前两组数据之和。以此往复,实现累加功能。
置数移S B 位控制S A
CLK
清零D
并行输入低4位
并行输出低4位
并行输出高4位串行输出
图 题解6.15
6.17 试用移位寄存器79194和少量门设计一个能产生序列信号为00001101的移存型序列信
号发生器。移位寄存器79194功能表如表6.10所示。 题6.17 解:
(1)电路按下列状态变换(Q 0QQ 12Q 3) :
0000→0001→0011→0110→1101→1010→0100→1000→0000 (2)使74194工作在左移状态(S A =1,S B =0)
若考虑自启动,D S L =Q 0Q 1Q 2+0Q 2Q 3 (结果不唯一),电路图如图题解6.17所示。
1
01
图 题解6.17
6.19 试分析图P6.19所示电路,画出完整状态转换图,说明这是几进制计数器,能否自启
动?移位寄存器79194功能表如表6.10所示。
题6.19 解: 状态转换图如图题解6.19所示。可见,这是一个能自启动的模7计数器。
Q 0Q 1Q 2Q 3
0010
11101111
图 题解6.19
输入
110
图 P6.18图 P6.19
习题
7.1 若某存储器的容量为1M ×4位,则该存储器的地址线、数据线各有多少条? 题7.1 解:
该存储器的地址线有10条,数据线有2条。
7.3 某计算机的内存储器有32位地址线、32位并行数据输入、输出线,求该计算机内存
的最大容量是多少? 题7.3 解:
该计算机内存的最大容量是232×32位。
7.5 已知ROM 的数据表如表P7.5所示,若将地址输入A 3、A 2、A 1和A 0作为3个输入逻
辑变量,将数据输出F 3、F 2、F 1和F 0作为函数输出,试写出输出与输入间的逻辑函数式。
表P7.5
A 3A 2A 1 A 0F 3F 2F 1 F 0
0 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 11 0 1 01 1 0 11 1 0 11 1 1 11 1 1 01 0 0 11 0 0 0
题7.5 解: F 3=
∑m (8~15) =A
3
F 2=∑m (4~11) =3A 2+A 32=A 3⊕A 2 F 1=∑m (2~5, 10~13) =2A 1+A 21=A 2⊕A 1 F 1=∑m (1, 2, 5, 6, 9, 10, 13, 14) =1A 0+A 10=A 1⊕A 0
7.7 请用容量为1K ×4位的Intel2114芯片构成4K ×4位的RAM ,要求画出电路图。 题7.7 解:
10
11
图
题解7.7
7.9
已知4
输入4
输出的可编程逻辑阵列器件的逻辑图如图P7.9
所示,请写出其逻辑函
数输出表达式。
A 1
A 1
1
与阵列
1
A A 3
1
1
F 0F 1F 2F 3
或阵列
1≥1≥
图P7.9
题7.9 解:
F 0=0A 1+A 01 F 1=1A 2+A 12
F 2=2A 3+A 23
F 3=A 3
7.11 假设GAL 器件的结构控制字取值分别为:SYN =1,AC 0=0,AC 1(n ) =0,
XOR (n ) =0,请画出OLMC(n)的等效电路图。
题7.11 解:
当GAL 器件的结构控制字取值分别为:SYN =1,AC 0=0,AC 1(n ) =0,
XOR (n ) =0时,画出OLMC 工作在纯组合输出模式,低电平输出有效,其等效电路
如图题解7.11所示。
来自与门阵列
I/O(n)
反馈
图 题解7.11
7.13 请问CPLD 的基本结构包括哪几部分?各部分的功能是什么? 题7.13 解:
CPLD 产品种类和型号繁多,虽然它们的具体结构形式各不相同,但基本结构都由若干个可编程的逻辑模块、输入/输出模块和一些可编程的内部连线阵列组成。如Lattice 公司生产的在系统可编程器件ispLSI1032,主要由全局布线区(GRP )、通用逻辑模块(GLB )、输入/输出单元(IOC )、输出布线区(ORP )和时钟分配网络(CDN )构成。
全局布线区GRP 位于器件的中心,它将通用逻辑块GLB 的输出信号或I/O单元的输入信号连接到GLB 的输入端。通用逻辑块GLB 位于全局布线区GRP 的四周,每个GLB 相当于一个GAL 器件。输入/输出单元IOC 位于器件的最外层,它可编程为输入、输出和双向输入/输出模式。输出布线区ORP 是介于GLB 和IOC 之间的可编程互
连阵列,以连接GLB 输出到IOC 。时钟分配网络CDN 产生5个全局时钟信号,以分配给GLB 和IOC 使用。
7.15 若用XC4000系列的FPGA 器件实现4线-16线译码器,请问最少需占用几个CLB? 题7.15 解:
最少需占用8个CLB 。
第一个CLB 可以完成任意两个独立4变量逻辑函数或任意一个5变量逻辑函数,
产生两个输出。而4线-16线译码器由4个输入变量产生16个输出变量,那么8个CLB 的G 、F 组合逻辑函数发生器的输入端均共用译码器的4个输入变量,而每个CLB 则分别完成译码器的16个输出变量中的2个输出。具体实现如图题解7.15。
图 题解7.15
第8章习题及解答
8.1 在图8.3(a )用5G555定时器接成的施密特触发电路中,试问:
(1)当V CC =12V 时,而且没有外接控制电压时,V T+、V T-和∆V T 各为多少伏? (2)当V CC =10V 时,控制电压V CO =6V 时,V T+、V T-和∆V T 各为多少伏? 题8.1 解:⑴ V T += ⑵ V T +=V CO
21
V CC =8V , V T -=V CC =4V , ∆V T =V T +-V T -=4V ; 33
1
=6V , V T -=V CO =3V ,∆V T =V T +-V T -=3V 。
2
8.3 图P8.3(a )为由5G555构成的单稳态触发电路,若已知输入信号V i 的波形如图P8.3
(b )所示,电路在t=0时刻处于稳态。
(1)根据输入信号V i 的波形图定性画出V C 和输出电压V O 对应的波形。
(2)如在5G555定时器的5脚和1脚间并接一只10K 的电阻,试说明输出波形会发生
怎样的变化?
V i
O
图 P8.3
(a ) (b ) 题8.3 解:(1)对应的波形如图题解8.3(a )所示。
V i
V V 图 题解8.3(a )
(2)如在5G555定时器的5脚和1脚间并接一只10K 的电阻,则输出脉冲宽度t W1等
11
于电容电压V C 从0上升到V CC =⨯15V=7.5V所需时间,因此输出脉冲宽度t W1要比图
22
题解8.3(a )波形中t W 窄。对应的波形如图题解8.3(b )所示。
V
i V V 图 题解8.3(
b )
8.5 图P8.5(a )所示是用集成单稳态触发电路74121和D 触发器构成的噪声消除电路,图
P8.5(b )为输入信号。设单稳态触发电路的输出脉冲宽度t W 满足t n
噪声,t s 为信号脉宽),试定性画出Q 和V O 的对应波形。
图 P8.5
题8.5 解:波形图如图题解8.5所示。
V i
t
Q
t
V o
t
图 题解8.5
8.7 在图8.19所示用5G555定时器构成的多谐振荡器中,若R 1=R 2=5.1k Ω,C =0.01μF,
V CC =12V ,试计算电路的振荡频率和占空比。若要保持频率不变,而使占空比q =
1,2
试画出改进电路。
题8.7 解:(1)q =
T 1R 1+R 22⨯5.12
=== T R 1+2R 23⨯5.13
T =T 1+T 2=(R 1+R 2)(ln2+R 2C ln 2) ≈0.7(R 1+2R 2) C f =
111
==9.34⨯103Hz =-3
T 0.7(R 1+2R 2) C 0.7⨯3⨯5.1⨯0.01⨯10
(2)改进电路如题解8.7所示。
R O
图 题解8.7
为使占空比为q =
1
,R 1=R 2=R 。取电容C =0.01μF ,而要使振荡频率不变,应使2
f =
113
Hz ==9.34⨯10-3
T 0.7⨯2R ⨯0.01⨯10
得:R 1=R 2=7.65k Ω
8.9 分析图P8.9所示电路,说明:
(1)按钮A 未按时,两个5G555定时器工作在什么状态? (2)每按动一下按钮后两个5G555定时器如何工作?
(3)画出每次按动按钮后两个5G555定时器的输出电压波形。
图 P8.9
题8.9 解:⑴ 按钮A 未按时,左边的555定时器构成的单稳态触发电路处于稳态状态,
输出为0;右边的555定时器构成的振荡器,处于清零状态。
⑵ 每按动一下按钮后,左边单稳态触发电路的就产生一个宽度为t w 的正向脉冲输出, t w =1.1R 2C 1=1.1S;右边的定时器开始振荡,输出脉冲波形,其振荡周期为
T =0.7(R 3+2R 4) C 3=0.98⨯10-3S 。
(3)波形示意图如题解8.9所示:
V i
t
V o 1
t
V o
t
图 题解8.9
第9章习题及解答
9.1 数字量和模拟量有何区别?A/D转换和D/A转换在数字系统中有何主要作用? 题9.1 解:模拟量是指在时间上和幅值上均连续的物理量,数字量是指在时间上和幅值上均
离散的物理量。模拟量通过取样、保持、量化和编码的变换,转换成数字量。A/D转换和D/A转换是数字设备与控制对象之间的接口电路,分别实现模数转换和数模转换。
9.3 在图9.2所示的4位权电阻网络D/A转换器中,如取V REF =6V ,试求当输入数字量
d 3d 2d 1d 0=0110时的输出电压值?
题9.3 解:根据权电阻网络D/A转换器输出电压的计算公式,当输入数字量d 3d 2d 1d 0=0110时
的输出电压值为-2.25V 。
9.5 图P9.5所示电路是用AD7520和同步十六进制计数器74163组成的波形发生器电路。已知
AD7520的V REF =-10V ,试画出在时钟信号CLK 的连续作用下输出电压V O 的波形,并
标出波形图上各点电压的幅度。
-V O
ENT ENP CLK
图P9.5
题9.5 解:由于74163工作在计数状态,所以在时钟信号CLK 的连续作用下,它的输出端
Q 3Q 2Q 1Q 0从0000~1111不停地循环,AD7520的输入d 9d 8d 7d 6也从0000~1111不停地循环。根据AD7520芯片内部的倒T 形电阻网络结构和分流原理,即可画出输出电压V O 的
波形图。
图 题解9.5
9.7 如果某个模拟信号的最高组成频率是20KHz ,那么最低的取样频率是多少? 题9.7 解:根据取样定理,最小取样频率是40KHz 。 9.9 若采用有舍有入量化方式,将0~1V 的模拟电压换成四位二进制代码,其量化单位∆应
取何值?最大量化误差为多少V ? 题9.9 解:根据有舍有入量化的方法可知:量化单位∆=
21
V ,最大量化误差为V 。 3131