哈尔滨师范大学《数字设计基础双语》2023-2024学年第一学期期末试卷.doc

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哈尔滨师范大学
《数字设计基础双语》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

批阅人

一、单选题（本大题共15个小题，每小题1分，共15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、对于一个 5 位的二进制计数器，从 0 开始计数，经过 30 个时钟脉冲后，计数器的状态为：（ ）
A. 11110 B. 11101 C. 00011 D. 00000

2、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

3、对于一个 T 触发器，在时钟脉冲作用下，当 T = 1 时，触发器的输出将：（ ）
A. 翻转
B. 置 0
C. 置 1
D. 保持不变

4、在数字电路中，半导体存储器的地址译码方式有直接译码和间接译码。以下关于地址译码的描述，错误的是（ ）
A. 直接译码方式简单直观，但译码器的输出线较多
B. 间接译码方式可以减少译码器的输出线，但电路相对复杂
C. 无论采用哪种译码方式，存储器的存储容量都不会改变
D. 地址译码的目的是将地址信号转换为存储器的片选信号和字选信号

5、在数字逻辑中，时序逻辑电路的输出不仅取决于当前的输入，还取决于电路的内部状态。以下关于时序逻辑电路的特点，描述错误的是（ ）
A. 时序逻辑电路中一定包含存储元件，如触发器
B. 时序逻辑电路的输出变化是按照一定的时钟节拍进行的
C. 时序逻辑电路的功能比组合逻辑电路更复杂，但应用范围相对较窄
D. 分析和设计时序逻辑电路需要考虑时钟信号、状态转换等因素

6、二进制编码是数字系统中表示信息的重要方式。关于二进制编码，以下说法不正确的是（ ）
A. 8421 码是一种常见的有权码
B. 格雷码相邻两个编码之间只有一位不同
C. 余 3 码是一种无权码
D. 无论采用哪种编码方式，都能唯一表示所有的十进制数

7、在数字逻辑电路的设计中，卡诺图是一种用于化简逻辑函数的有效工具。卡诺图通过相邻最小项的合并来实现逻辑函数的化简。对于一个具有 4 个变量的逻辑函数，其卡诺图中相邻的两个最小项可以合并消去：（ ）
A. 0 个变量
B. 1 个变量
C. 2 个变量
D. 3 个变量

8、在逻辑函数化简中，使用卡诺图化简法时，若相邻的最小项可以合并，那么合并后消去的变量是：（ ）
A. 相同的变量
B. 不同的变量
C. 任意变量
D. 取决于具体情况

9、对于一个 8 位的串行加法器，完成一次加法运算所需的时间是并行加法器的：（ ）
A. 8 倍 B. 1/8 C. 2 倍 D. 1/2

10、在数字逻辑电路的化简过程中，假设给定一个复杂的布尔表达式，需要通过逻辑定律和方法将其化简为最简形式。化简的目的是减少逻辑门的数量，提高电路的性能和成本效益。以下哪种化简方法在处理复杂表达式时通常最为高效？（ ）
A. 卡诺图法
B. 公式法
C. 真值表法
D. 图形法

11、在数字逻辑电路中，逻辑门是基本的组成单元。与门、或门和非门是三种常见的基本逻辑门。以下关于这三种逻辑门的功能描述，不正确的是（ ）
A. 与门的输出只有在所有输入都为 1 时才为 1
B. 或门的输出只要有一个输入为 1 就为 1
C. 非门的输出总是与输入相反
D. 这三种逻辑门不能组合成其他更复杂的逻辑门

12、在数字系统的设计中，需要考虑功耗、速度、面积等多个因素。降低功耗是一个重要的设计目标。以下哪种方法不能有效地降低数字电路的功耗：（ ）
A. 降低工作电压
B. 减少晶体管的数量
C. 提高时钟频率
D. 采用低功耗的逻辑门

13、已知一个数字系统的工作频率为 200 MHz，其时钟周期是多少纳秒？（ ）
A. 5 B. 2 C. 0.5 D. 0.2

14、在数字逻辑的教学中，实验环节对于理解概念至关重要。以下关于数字逻辑实验的描述，错误的是（ ）
A. 可以通过实验验证理论知识，加深对数字逻辑的理解
B. 实验中常用的仪器包括逻辑分析仪和示波器
C. 数字逻辑实验只需要在软件环境中进行模拟，不需要实际搭建电路
D. 实验中的错误和问题有助于培养解决实际问题的能力

15、想象一个数字系统中，需要将并行的数据转换为串行数据进行传输。以下哪种器件或模块可能是最关键的？（ ）
A. 移位寄存器，能够实现数据的串行移位输出
B. 计数器，用于控制数据的移位顺序
C. 编码器，将并行数据编码为串行格式
D. 译码器，将串行数据转换为并行数据

二、简答题（本大题共4个小题，共20分)
1、（本题5分）深入分析在数字逻辑中的计数器的计数精度提高方法和影响因素。

2、（本题5分）阐述数字逻辑中的编码器和译码器的工作原理，举例说明它们在计算机系统或其他数字设备中的具体应用场景。

3、（本题5分）在数字系统中，解释如何利用数字逻辑实现数字信号的调制和解调的硬件加速，举例说明加速方法和效果。

4、（本题5分）解释什么是数字逻辑中的同步电路的建立时间和保持时间的余量分析。

三、分析题（本大题共5个小题，共25分)
1、（本题5分）设计一个同步时序电路，用于实现一个数字密码锁系统。分析密码锁的功能需求和时序逻辑，包括密码输入、验证和开锁控制，考虑如何提高密码锁的安全性和可靠性。

2、（本题5分）设计一个数字逻辑电路，实现一个 3 位的循环移位寄存器，具有左移、右移和并行加载功能。详细描述各功能的实现方式，通过逻辑表达式和时序图进行分析，并画出逻辑电路图。思考该移位寄存器在数据处理和通信中的应用场景。

3、（本题5分）给定一个数字通信系统中的码型变换模块，如 NRZI 码到 NRZ 码的变换。分析码型变换的规则和逻辑，设计相应的数字电路实现变换功能。探讨如何保证码型变换的准确性和实时性。

4、（本题5分）设计一个数字逻辑电路，用于将 BCD 码转换为二进制码。详细阐述转换的算法和逻辑过程，通过真值表和逻辑表达式进行验证，并画出逻辑电路图。分析该电路在数字显示和数字计算中的重要性。

5、（本题5分）给定一个复杂的数字逻辑电路，包含多个组合逻辑模块和时序逻辑模块。分析电路的整体功能，绘制信号流程图，解释各个模块之间的协同工作方式以及数据在电路中的传输和处理过程。

四、设计题（本大题共4个小题，共40分)
1、（本题10分）利用加法器和译码器设计一个能实现两个四位二进制数相加并译码显示的电路，画出逻辑图和运算过程。

2、（本题10分）设计一个数字电路，能够对输入的 23 位二进制数进行加密，加密规则为每个位与下一位进行异或操作，输出加密后的 23 位二进制数，给出逻辑表达式和电路连接。

3、（本题10分）设计一个编码器，将 32768 个输入信号编码为 15 位二进制输出信号。

4、（本题10分）使用计数器和移位寄存器设计一个能实现数据双向移位和存储的电路，画出逻辑图和工作模式。

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