齐鲁医药学院《数字系统设计》2023-2024学年第二学期期末试卷.doc

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齐鲁医药学院
《数字系统设计》2023-2024学年第二学期期末试卷
题号
一
二
三
四
总分
得分

一、单选题（本大题共15个小题，每小题2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、在数字逻辑中，若要将一个格雷码转换为二进制码，以下哪种方法是正确的？（ ）
A. 直接转换 B. 通过中间编码转换 C. 无法直接转换 D. 以上都不对

2、译码器是编码器的逆过程，它将输入的编码转换为对应的输出信号。以下关于译码器的说法，不正确的是（ ）
A. 译码器可以将二进制编码转换为多个输出信号，每个输出信号对应一个编码值
B. 二进制译码器的输入编码位数和输出信号数量之间存在固定的关系
C. 译码器在数字电路中常用于地址译码和数据选择
D. 译码器的输出信号总是相互独立，不会存在相互影响的情况

3、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. 50μs B. 50ms C. 500μs D. 500ms

4、假设要设计一个数字电路来实现一个计数器，能够从 0 计数到 15 并循环。以下哪种计数器类型可能是最合适的？（ ）
A. 异步计数器，结构简单但速度较慢，可能存在计数误差
B. 同步计数器，速度快，计数准确，但电路复杂
C. 可逆计数器，能够实现正反向计数，但控制逻辑复杂
D. 以上计数器类型都可以，效果相同

5、在数字电路中，锁存器和触发器都可以存储数据。假设我们正在比较锁存器和触发器。以下关于锁存器和触发器的描述，哪一项是不准确的？（ ）
A. 锁存器是电平敏感的存储器件，触发器是边沿敏感的存储器件
B. 锁存器在输入信号有效期间，输出会随着输入的变化而变化；触发器在时钟边沿时才会改变状态
C. 锁存器和触发器的电路结构相似，只是触发方式不同
D. 锁存器比触发器的抗干扰能力强，更适合在噪声环境中使用

6、在数字电路中，竞争冒险现象可能会导致输出出现错误。假设我们正在分析一个存在竞争冒险的电路。以下关于竞争冒险的描述，哪一项是不正确的？（ ）
A. 竞争冒险产生的原因是由于信号在逻辑门电路中的传输延迟不同
B. 可以通过增加冗余项、接入滤波电容等方法消除竞争冒险
C. 竞争冒险只会在组合逻辑电路中出现，时序逻辑电路中不会出现
D. 只要逻辑电路的设计合理，就一定不会出现竞争冒险现象

7、在数字系统中，需要将并行数据转换为串行数据进行传输。以下哪种电路可以实现这个功能？（ ）
A. 并行 - 串行转换器，逐位输出数据
B. 串行 - 并行转换器，与需求相反
C. 计数器，通过计数控制数据输出
D. 编码器，对输入进行编码

8、对于一个同步时序电路，如果时钟脉冲的占空比发生变化，对电路的工作会产生什么影响？（ ）
A. 可能导致误动作
B. 不会有任何影响
C. 影响输出的稳定性
D. 以上都不对

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、对于一个 12 位的逐次逼近型 A/D 转换器，完成一次转换所需的时钟脉冲个数大约为：（ ）
A. 12 个 B. 24 个 C. 48 个 D. 不确定

11、在数字系统中，时钟信号的质量对系统的性能至关重要。以下关于时钟信号的描述，不正确的是（ ）
A. 时钟信号的频率决定了系统的工作速度
B. 时钟信号的占空比会影响数字电路的功耗和性能
C. 时钟信号的抖动和偏移会导致数字电路的误操作
D. 时钟信号可以由任何一个逻辑门的输出提供，不需要专门的时钟源

12、假设正在研究数字电路中的信号完整性问题，即信号在传输过程中可能出现的失真、延迟和噪声等。以下哪种措施可以有效地改善信号完整性？（ ）
A. 优化布线，减少信号反射
B. 增加信号驱动能力
C. 使用屏蔽线减少干扰
D. 以上措施都可以改善信号完整性

13、在数字电路中，能够将输入的高、低电平编码为二进制代码的电路是？（ ）
A. 优先编码器 B. 普通编码器 C. 七段显示译码器 D. 以上都不是

14、对于一个由多个 D 触发器组成的移位寄存器，若要实现循环左移功能，需要如何修改电路？（ ）
A. 改变时钟信号 B. 改变输入信号 C. 增加反馈回路 D. 以上都不对

15、在数字逻辑中，三态门常用于总线结构中。如果要实现多个设备共享一条总线，并且避免总线冲突，以下哪种方式是正确的使用三态门的方法？（ ）
A. 只有一个设备的三态门处于使能状态，其他设备的三态门关闭
B. 所有设备的三态门同时处于使能状态
C. 随机控制设备的三态门使能，不考虑冲突
D. 以上方法都无法避免总线冲突

二、简答题（本大题共3个小题，共15分)
1、（本题5分）详细阐述如何用Verilog或VHDL语言描述一个状态机的状态编码方式。

2、（本题5分）解释在数字系统中什么是数字信号的码间干扰，以及如何减少码间干扰。

3、（本题5分）说明在数字系统中如何进行数据的并串转换和串并转换，以及其应用场景。

三、分析题（本大题共5个小题，共25分)
1、（本题5分）设计一个数字逻辑电路，实现一个 4 位的减法器，能够将一个 4 位二进制数减去一个 2 位二进制数。详细描述减法运算的步骤和逻辑实现，通过示例计算进行验证，并画出逻辑电路图。思考该减法器在数字计算和控制系统中的应用和改进。

2、（本题5分）用数字逻辑实现一个简单的数字信号加密和解密电路，基于混沌理论。深入分析混沌加密的原理和算法，解释如何通过数字逻辑实现混沌映射和密钥生成，研究加密强度和安全性评估。

3、（本题5分）给定一个由多个编码器、译码器和寄存器组成的数字通信协议转换系统，分析系统的协议转换过程和数据格式变换，评估系统的兼容性和效率。讨论在不同通信协议之间转换时的关键问题和解决方案。

4、（本题5分）有一个使用 JK 触发器和逻辑门构建的时序逻辑电路，分析电路的状态转换和输出特性，给出状态方程和输出方程。通过具体的输入序列，画出状态转换图和时序图进行解释。

5、（本题5分）设计一个数字电路，能够检测输入的二进制数是否为素数。分析素数检测的算法和逻辑实现，考虑效率和准确性，并讨论如何处理较大的输入数值。

四、设计题（本大题共3个小题，共30分)
1、（本题10分）设计一个能将 5421 BCD 码转换为余 3 码的转换电路，使用逻辑门，画出逻辑图和转换方法。

2、（本题10分）设计一个组合逻辑电路，实现将输入的 3 位二进制数乘以 2 的功能，输出为 4 位二进制数，给出逻辑表达式和电路图。

3、（本题10分）设计一个 4 位数值比较器，能够比较两个 4 位二进制数的大小，给出逻辑表达式和电路实现。

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