数电思考题与答案.docx

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数电思考题与答案

1～5章思考题答案

1．1思考题

1．什么是数字信号？

什么是模拟信号？

答：

数字信号：

电压或电流在幅度上和时间上都是离散、突变的信号。

模拟信号：

电压或电流的幅度随时间连续变化。

2．和模拟电路相比，数字电路有哪些特点？

答：

（1）电路结构简单，便于集成化。

（2）工作可靠。

抗干扰能力强。

（3）数字信号便于长期保存和加密。

（4）数字集成电路产品系列全，通用性强，成本低。

（5）数字电路不仅能完成数值运算，而且还能进行逻辑判断。

3．在数字逻辑电路中为什么采用二进制？

它有哪些优点？

答：

由于二进制数中的0和1与开关电路中的两个状态对应，因此，二进制数在数字电路中应用十分广泛。

二进制只有0和1两个数码，可分别表示数字信号的高电平和低电平，使得数字电路结构简单，抗干扰能力强，便于集成化，通用性强。

4．简述数字集成电路的分类。

答：

（1）小规模集成电路（SSI）。

主要是逻辑单元电路。

（2）中规模集成电路（MSI）。

主要是逻辑功能部件。

（3）大规模集成电路（LSI）。

主要是数字逻辑系统。

（4）超大规模集成电路（VLSI）。

主要是高集成度的数字逻辑系统，如单片机计算机等。

1．2思考题

1．简述十进制数转换为二进制数、八进制数和十六进制数的方法。

答：

整数部分采用连续“除基取余法”；小数部分采用连续“乘基取整法”。

2．简述二进制数、八进制数和十六进制数转换为十进制数的方法。

答：

分别写出二进制、八进制和十六进制数按权位展开式，各位加权系数的和便为对应的十进制数。

注意三者的基数不同。

3．简述二进制数、八进制数和十六进制数相互转换的方法。

答：

二进制数转换为八进制数的方法是：

整数部分从低位开始，每3位二进制数为一组，最后一组不足3位时，则在高位加0补足3位为止；小数点后的二进制数则从高位开始，每3位二进制数为一组，最后一组不足3位时，则在低位加0补足3位，然后用对应的八进制数来代替，再按原顺序排列写出对应的八进制数。

二进制数转换为八进制数的方法与上述方法雷同，只改变为每4位为一组。

4．8421码和8421BCD码有何区别？

答：

所谓BCD码是将十进制数的0~9十个数字用4位二进制数表示的代码，而8421BCD码是取4位自然二进制数的前10种组合，即0000（0）～1001（9），从高位到低位的权值分别为8、4、2、1。

而8421码仅表示权值分别为8、4、2、1的四位二进制代码。

并不一定是表示十进制数，仅仅是一种代码，可用任意的意义。

5．格雷码有什么特点？

为什么说它是可靠性代码？

答：

格雷码为无权码，特点是任意两组相邻的格雷码之间只有一位不同，其余各位都相同，且0和最大数之间也具有这一特征，是一种循环码。

它的这个特点使它在传输和形成过程中引起的错误很少。

6．奇偶校验码有什么特点？

为什么说它是可靠性代码？

答：

奇偶校验码有两部分组成，一部分是需要传送的信息本身，另一部分是位数为1位的奇偶检验位，其数值（0或1）使整个代码中1的个数为奇数或偶数。

利用这一特点，用奇偶校验电路很容易发现传送过程中的错误。

因此这种代码为可靠性代码。

2．2思考题

1．逻辑代数中的三种基本逻辑运算是什么？

写出它们的逻辑表达式画出它们的逻辑符号。

答：

2．逻辑代数中的常用复合逻辑运算是什么？

写出它们的逻辑表达式并画出它们的逻辑符号。

答：

2．3思考题

1．简述常用公式和基本定律在逻辑函数化简中有什么作用？

答：

在逻辑代数的常用定律和公式中，除常量之间及常量与变量之间的逻辑运算外，还有互补律、重叠律、交换律、结合律、分配律、吸收律、摩根定律等，

熟练和灵活运用这些定律、公式可化简较复杂的逻辑函数式。

2．用真值表证明下列等式：

答：

3.求逻辑函数的反函数有哪几种方法？

答：

一种是直接利用逻辑代数中的基本定律和公式求反函数；一种是用反演规则来求；当然还可以通过真值表来求。

4．利用反演规则和对偶规则进行变换时，应注意哪些问题？

答：

反演规则应注意：

运算符号的优先顺序；原、反变量互换时，只对单个变量有效，而对于与非、或非等长非号则保持不变。

对偶规则：

同样要注意运算符号的优先顺序，同时，所有变量上的非号都保持不变。

5．用反演规则求下列逻辑函数的反函数：

答：

6.用对偶规则求下列逻辑函数的对偶式。

答：

2．4思考题

1.真值表的定义是什么？

举例说明根据真值表写逻辑函数标准与－或表达式和标准或－与表达式的方法。

答：

描述逻辑函数输入变量的所有取值组合和对应输出函数值排列成的表格称为真值表。

先将使得输出为逻辑1的输入变量用与组合来表示（变量取值为1用原变量表示，取0用反变量表示），再将这些与组合进行逻辑加，即根据真值表得到了逻辑函数的标准与－或表达式。

先将使得输出为逻辑0的输入变量用加组合来表示（变量取值为1用反变量表示，取0用原变量表示），再将这些加组合进行逻辑乘，即根据真值表得到了逻辑函数的标准或－与表达式。

2．最小项和最大项的定义是什么？

它们有哪些性质？

答：

在逻辑函数中，如果一个与项（乘积项）包含该逻辑函数的全部变量，且每个变量或以原变量或以反变量只出现一次，则该与项称为最小项。

对于n个变量的逻辑函数共有2n个最小项。

最小项性质：

（1）对于变量的任一组取值，只有一个最小项的值为1。

（2）不同的最小项，使其值为1的那组变量取值也不同。

（3）对于变量的同一组取值，任意两个最小项逻辑与的结果为0。

（4）对于变量的同一组取值，全部最小项逻辑或的结果为1。

在逻辑函数中，如果一个或项包含该逻辑函数的全部变量，且每个变量或以原变量或以反变量只出现一次，则该或项称为最大项。

对于n个变量的逻辑函数共有2n个最大项。

最大项性质：

（1）对于变量的任一组取值，只有一个最大项的值为0。

（2）不同的最大项，使其值为0的那组变量取值也不同。

（3）对于变量的同一组取值，任意两个最大项逻辑或的结果为1。

（4）对于变量的同一组取值，全部最大项逻辑与的结果为0。

3．写出下列逻辑函数的最小项表达式：

答：

4．写出下列逻辑函数的最大项表达式。

答：

5．写出下列逻辑函数的最小项表达式：

答：

6、常见逻辑函数有哪几种表示方法？

答：

真值表、逻辑函数式、逻辑图和卡诺图。

2．5思考题

1．最简与－或表达式的标准是什么？

化简逻辑函数有什么实际意义？

答：

乘积项（与项）的个数最少、每个乘积项中的变量数最少。

2．逻辑函数式有哪几种表示形式？

答：

通常有以下五种形式：

与－或表达式、与非－与非表达式、或－与表达式、或非－或非表达式、与－或－非表达式。

3．用公式化简法化简逻辑函数的常用方法有哪几种？

答：

并项法、吸收法、消去法和配项法。

4．将与－或表达式

转换成与非－与非表达式和与－或－非表达式。

答：

5．用公式化简法化简下列逻辑函数。

答：

2．6思考题

1．什么是相邻项？

它有哪些特性？

答：

相邻项指：

只有一个变量互为反变量，其余变量都相同的两个最小项。

两个相邻项可进行合并，合并的结果为两个相邻项中的共有变量，（消去一个互非变量）。

2．试说明根据与－或表达式直接填卡诺图的方法。

答：

与项中的原变量用1表示，反变量用0表示。

与项中的变量在卡诺图左侧时，作相应的横向虚线，上方有同一与项的变量时，作相应的纵向虚线，它们相交的方格便为所求的最小项。

3．在卡诺图中，循环相邻是什么含义？

在几何位置上有什么特点？

答：

循环相邻：

卡诺图中，同一行最左方格和最右方格中以及同一列最上方和最下方格的最小项相邻。

4．用卡诺图化简逻辑函数时，画包围圈的原则是什么？

答：

（1）每个包围圈内相邻1方格的个数一定是2n个方格，n=0,1,,2,3,…

（2）同一个1方格可以被不同的包围圈重复包围多次，但新增加的包围圈中必须有原先没有被圈过的1方格。

（3）包围圈中相邻1方格的个数尽量多。

（4）包围圈的个数尽量少。

（5）注意卡诺图的循环相邻接性。

5．用卡诺图化简逻辑函数时，一个包围圈能包围6个1方格吗？

为什么？

答：

不能。

每个包围圈内相邻1方格的个数一定是2n个方格，n=0,1,,2,3,…

因为卡诺图化简逻辑函数的重要依据是：

卡诺图中最小项在几何位置相邻同时也逻辑相邻，利用公式

将相邻项合并为一项。

6．什么是约束项？

什么是任意项？

什么是无关项？

答：

在许多实际问题中，那些不可能出现的取值组合所对应的最小项称为约束项。

逻辑函数中的某些变量组合，其取值可以为0，也可以为1，对逻辑函数值并没有影响，这些变量取值组合对应的最小项称为任意项。

而约束项和任意项统称为无关项。

7．用卡诺图化简逻辑函数时，圈0和圈1得出的表达式有什么不同？

答：

圈0得到的是或－与式，圈1得到的是与－或式。

8．简述根据真值表写最小项表达式和最大项表达式的方法。

答：

根据真值表，先将使得输出为逻辑1的输入变量用与组合来表示（变量取值为1用原变量表示，取0用反变量表示），再将这些与组合进行逻辑加，即得到了最小项表达式。

根据真值表，先将使得输出为逻辑0的输入变量用加组合来表示（变量取值为1用反变量表示，取0用原变量表示），再将这些加组合进行逻辑乘，即得到了最大项表达式。

9．在卡诺图中，利用无关项化简逻辑函数时，是否每一个无关项方格都要被圈？

为什么？

答：

不是。

应为无关项是为化简1方格或0方格服务的，当化简需要用到无关项时，则无关项作相应0或1处理，其余的则不需要被圈。

因为其本来为无关项，不应为逻辑函数中单独的逻辑项。

3．2思考题

1．二极管的开关条件是什么？

其导通和截止的特点是什么？

答：

由二极管的正向特性，如二极管的正向电压大于门限电压Uth时，二极管导通，相当于开关闭合；如二极管两端电压为低电平且小于0V，则二极管反向截止，相当于开关断开。

二极管导通的特点是等效为一个具有0.7V压降的闭合开关；二极管截止的特点是呈现极高的电阻，相当于开关断开。

2．二极管产生反向恢复时间的原因是什么？

它对开关速度有何影响？

答：

二极管产生反向恢复时间trr的原因是：

二极管在正向导通时，P区的多数载流子空穴大量流入N区，N区的多数载流子电子大量流入P区，在P区和N区分别存储了大量的存储电荷。

当二极管两端电压跃变为负值时，上述存储电荷不会立刻消失，在反向电压的作用下形成了较大的反向电流。

随着存储电荷的不断消散，反向电流也随之减少，最终二极管转为截止。

3．三极管的截止条件和饱和导通条件是什么？

各有和特点？

答：

三极管可靠截止条件是：

uBE≤0饱和导通条件是：

iB≥IB（sat）

三极管截止时E、B、C三个极互为开路。

三极管在饱和时，ic=Ic（sat）最大，iB再大，ic基本不变，iB比IB（sat）大得越多，饱和越深，基区中的存储电荷越多。

4．MOS管的截止条件和导通条件是什么？

各有和特点？

答：

当UGS

当UGS>UGS（th）时，NMOS管导通，其导通电阻RON,漏极电流

输出

，如RD>>RON，则UO≈0。

这时，NMOS管相当于开关接通。

5．举例说明与、或、非逻辑关系。

6．在图3.2.15（a）所示的门电路中，输入图（b）所示的电压波形时，试画出输出Y1和Y2的电压波形。

7．在图3.2.16（a）所示的门电路中，输入图（b）所示的电压波形时，试画出输出Y的电压波形。

3．3思考题

1．为什么说CT74LS系列TTL与非门输入端的以下4种接法都属于逻辑1？

（1）输入端悬空。

（2）输入端电压大于2.7V。

（3）输入端接输出为高电平3V的同类与非门。

（4）输入端经15千欧接地。

答：

前三种情况，都能保证电源VCC经R1、V1集电结向V2基极提供足够大的基极电流，使V2饱和，因此，相当于输入了高电平，为逻辑1。

输入端经15千欧接地，电阻上电压足够大达到1.4V，V1的基极电压被钳制在2.1V，使得V2和V5同时导通，输出为低电平。

因此，相当于输入端为逻辑1，高电平。

2．如将与非门、或非门、异或门和同或门作非门使用时，它们的输入端应如何连接？

答：

与非门和异或门闲置输入端接高电平或悬空；或非门和同或门闲置输入端接地（低电平）便能作非门使用。

3．为什么TTL与非门输入端悬空时可视为输入高电平？

答：

因为TTL与非门输入端悬空时，能保证电源VCC经R1、V1集电结向V2基极提供足够大的基极电流，使V2饱和，因此，相当于输入了高电平，为逻辑1。

4．试说明OC门的逻辑功能，它有什么特点和用途？

答：

集电极开路与非门（OC门），工作时，需在输出端Y和VCC之间外接一个负载电阻RL，其逻辑功能和TTL与非门相似，所不同的是，它输出的高电平不是3.6V，而是电源电压VCC（5V）。

它的用途是：

实现线与逻辑、电平转换和驱动发光二极管等。

5．试说明三态输出与非门的逻辑功能，它有什么特点和用途？

答：

三态输出与非门，EN为使能端，当EN高电平有效时：

EN=1时，输出和输入之间是与非逻辑关系，电路处于工作状态；EN=0时，输出Y现高阻状态，即处于悬浮态。

三态输出门的应用：

用三态输出门构成单向总线、用三态输出门构成双向总线。

6．试说明TTL与非门UOFF、UON、UNL、UNH和ROFF、RON的含义。

答：

UOFF：

关门电压。

保证输出为2.7V时，允许输入低电平的最大值。

当输入

时，与非门关闭，输出高电平。

UON：

开门电平。

保证输出为额定低电平（0.3V）时，允许输入高电平的最小值。

当输入

与非门开通，输出低电平。

UNL：

输入低电平噪声容限。

输出为额定高电平的90﹪时，允许在输入低电平上叠加的正向噪声电压。

。

UNH：

输入高电平噪声容限。

输出为额定低电平时，允许在输入高电平上叠加的负向噪声电压。

。

ROFF：

关门电阻。

为保证与非门关闭，RI增大到使UI上升为UOFF值时对应的RI值。

只要RI

RON：

开门电阻。

为保证与非门开通，RI增大到使UI上升为UON值时对应的RI值。

只要RI>RON，与非门便处于开通状态。

7．为什么一般TTL与非门不能用来实现线与，而OC门可用来实现线与？

答：

TTL与非门输出为推拉式输出电路结构，它们的输出端不能并联使用。

如果一个门的输出是高电平而另一个的输出是低电平，则输出端并联以后必然有很大的负载电流同时流过这两个门的输出级，这个电流的数值将远远超过正常工作电流，可能使门电路损坏。

因此，不能用来实现线与。

而OC门外为集电极开路结构，在工作时需要外接负载电阻和电源。

将两个OC结构与非门输出端并联，便不会有电流过大损坏管子的问题。

8．为什么TTL与非门的多余输入端不能接地？

为什么TTL或非门的输入端不能接高电平VCC或悬空？

答：

TTL与非门的多余输入端接地变使得与非门关闭，输出恒定为高电平。

而TTL或非门的输如端接高电平或悬空，使得或非门恒定输出为0，或非门被关闭。

因此，不能这样接。

9．为什么TTL与非门输出端不能直接接电源VCC或地？

答：

输出端直接接地，当输出为高电平时，V4会因电流过大而损坏；接电源VCC，当输出为低电平时，V5会因电流过大而损坏。

10．为什么TTL与非门采用有源泄放电路后可提高电路的开关速度？

答：

有源泄放电路由V6、R3、R6组成，在V2由截止变为导通的瞬间，由于R3的存在，V5优先于V6导通，在V5导通后，V6接着导通，分流了V5的部分基极电流，使V5工作在浅饱和状态，这有利于缩短了V5由导通向截止转换的时间。

当V2由导通转为截至后,由于V6仍处于导通状态，为V5基区存储电荷的泄放提供了低阻通路，加速了V5的截止，从而缩短了关闭时间。

因此，可提高电路的开关速度。

11．ECL门电路和I2L门电路主要优点和缺点是什么？

答：

ECL门电路中，三极管工作在浅饱和状态，因此它的工作速度很高，且负载能力很强，主要缺点是功耗大，抗干扰能力差。

而I2L门电路集成度很高，电路结构简单，工作电压低，工作电流小，功耗低。

主要缺点是开关速度低。

抗干扰能力差。

3．4思考题

1．试比较TTL门电路和CMOS门电路的主要优缺点。

答：

CMOS比较TTL电路得主要特点是：

功耗低，抗干扰能力强，电源电压范围宽，输出信号幅度大，输入阻抗高，扇出系数大等。

若要求功耗低，抗干扰能力强，则选用CMOS电路；若对功耗和抗干扰能力要求一般，可选用TTL电路，

2．试说明CMOS与非门和或非门的工作原理。

CMOS与非门

答：

VNI和VN2为两个串联的增强型NMOS管，VPI和VP2为两个并联的增强型PMOS管,

工作原理为：

当输入A=B=0时，VNI和VN2都截止，VPI和VP2同时导通，输出Y＝1。

当输入A=0，B=1时，VNI截止，VPI导通，输出Y＝1。

当输入A=1，B=0时，VN2截止，VP2导通，输出Y＝1。

当输入A=B=1时，VNI和VN2同时导通，VPI和VP2都截止，输出Y＝0。

所以该电路为与非门：

。

CMOS或非门

VNI和VN2为两个并联的增强型NMOS管，为驱动管；VPI和VP2为两个串联的增强型PMOS管,为负载管。

工作原理：

当输入A、B中有高电平1时，则接高电平的驱动管导通，输出Y为0；只有当输入A、B都为低电平0时，驱动管VNI和VN2同时截止，负载管VPI和VP2都导通，输出Y为高电平1。

因此，该电路为或非门：

。

3．为什么CMOS门电路闲置输入端不允许悬空？

答：

CMOS闲置输入端不允许悬空，以免拾取脉冲干扰。

4．试说明下列门电路中哪些门的输出端可并联使用。

（1）具有推拉输出级的TTL与非门电路；

（2）TTL三态输出门电路；

（3）TTL集电极开路与非门电路；

（4）CMOS反相器；

（5）CMOS三态输出门电路；

（6）CMOS漏极开路与非门。

答：

输出端可并联使用：

（2）但要注意分时复用，和使能端的有效电平；（3）可并联使用实现线与；（5）,（6）。

（1）和（4）不行。

5．在CMOS与非门和或非门的实际集成电路中，其输入级和输出级为什么要用反相器？

答：

门电路的输入端和输出端加了缓冲级后，其输出的高电平和低电平都不会受输入状态的影响，其电气特性和反向器相同。

因为，CMOS反向器的电气特性和好，如电压传输特性好，噪声容限高，功耗低等。

6．如将CMOS与非门、或非门和异或门作反相器使用，输入端应如何连接？

答：

与非门和异或门闲置输入端接高电平或悬空；或非门闲置输入端接地（低电平）便能作非门使用。

7．试比较CMOS4000系列和高速CMOS门电路的优缺点。

答：

高速CMOS系列比CMOS4000系列具有更高的工作频率和更强的输出驱动负载的能力，同时还保留了CMOS4000系列低功耗、高抗干扰能力的优点，完全克服了CMOS4000系列存在的问题，因此，它是一种很有发展前途的CMOS器件。

8．CMOS传输门为什么能做无损耗电子模拟开关？

试画出电子模拟开关的逻辑电路。

答：

9．使用CMOS数字集成电路时应注意哪些问题？

答：

（1）注意不同系列CMOS电路允许的电源电压范围不同，

一般多用+5V。

电源电压越高，抗干扰能力也越强。

（2）闲置输入端的处理：

不允许悬空。

可与使用输入端并联使用。

但这样会增大输入电容，使速度下降，因此工作频率高时不宜这样用。

与门和与非门的闲置输入端可接正电源或高电平；

或门和或非门的闲置输入端可接地或低电平。

10．提高CMOS门电路的电源电压可提高电路的抗干扰能力，TTL门电路能否这样做？

为什么？

答：

不行。

4．2思考题

1．什么叫组合逻辑电路？

在电路结构上它主要有哪些特点？

答：

在数字逻辑电路中，如一个电路在任一时刻的输出状态只取决于同一时刻输入状态的组合，而与电路的原有状态没有关系，则该电路称为组合逻辑电路。

主要特点：

它没有记忆功能，主要由门电路组成，只有从输入到输出的通路，没有从输出到输入的回路。

2．举例说明组合逻辑电路的分析步骤。

答：

（1）根据给定的逻辑电路写出输出逻辑函数表达式。

必要时，可用卡诺图或代数法进行化简，求出最简逻辑函数式。

（2）根据逻辑函数式列出真值表。

（3）根据真值表或化简的逻辑函数式说明电路的逻辑功能。

3．组合逻辑电路能否用波形进行分析？

答：

可以。

4．简述组合逻辑电路的设计步骤。

答：

（1）分析设计要求，列出真值表

（2）根据真值表，写出输出逻辑函数。

（3）将输出逻辑函数进行化简。

（4）根据最简逻辑函数式画逻辑图。

5．简述单输出组合逻辑电路和多输出组合逻辑电路设计的异同点。

答：

主要区别是：

多输出组合逻辑电路输出变量不止一个，因此，列真值表、写逻辑函数以及画逻辑图都要注意输出变量个数的不同。

而对于设计每个步骤的方法都是一样的。

6．在用逻辑门电路设计组合逻辑电路时，为什么要对逻辑函数进行化简？

答：

逻辑函数式最简，才有助于下一步画逻辑图得到最简设计方案，不仅可以节约成本，使设计出电路性能更优越。

4．3思考题

1．什么叫半加器？

什么叫全加器？

它们的区别是什么？

答：

只考虑本位两个二进制数相加，而不考虑来自低位进位数相加的运算电路称为半加器。

将两个多位二进制数相加时，除考虑本位两个二进制数相加外，还应考虑相邻低位来的进位数相加的运算电路，称为全加器。

区别是，全加器要考虑邻低位来的进位数。

2．什么叫串行进位加法器？

答：

多位二进制数相加时，将多个全加器串行相连实现：

低位全加器的进位输出端CO和相邻高位全加器的进位输入端CI相连，最低位的进位输入端CI接地。

3．什么叫超前进位加法器？

和串行进位加法器相比，它的运算速度为什么会高？

答：

超前进位加法器指：

电路进行二进制加法运算时，通过快速进位电路同时产生除最低位全加器外的其余所有全加器的进位信号，无需再由低位到高位逐位传递进位信号，从而消除了串行进位加法器逐位传递进位信号的时间，提高了加法器的运算速度。

4．4思考题

1．什么叫编码？

什么叫编码器？

它的主要功能是什么？

答：

将具有特定意义的信息编成相应二进制代码的过程称为编码。

实现编码功能的电路称为编码器。

主要功能是赋予一系列二进制数码某一固定含义，用来表示各种指令和信息，实现数字化。

2．一般编码器输入的编码信号为什么是相互排斥的？

答：

因为在同一时刻只能对一个请求编码的信号进行编码，否则，输出二进制代码会发生混乱，所以，一般编码器的输入编码信号是相互排斥的。

3．什么叫优先编码器？

它是否存在编码信号间的相互排斥？

答：

在优先编码器中，允许多个输入信号同时请求编码，电路对其中一个优先级别最高的信号进行编码。

）。

不存在信号间的相互排斥，多个编码信号可以同时发出编码请求，但优先级别高的编码信号排斥低级别的，电路对其中一个优先级别最高的编码。

4．和普通编码器相比，优先编码器的优点是什么？

答：

优先编码器的优点是不存在输入信号的互相排斥，允许多个信号同时请求编码。

4．5思考题

1．什么叫译码？

什么叫译码器？

答：

将具有特定意义的二进制代码转换成相应信号输出的过程称为译码。

实现译码功能的电路称为译码器。

2．为什么说二进制译码器又称作全译码器？

答：

因为二进制译码器的输出为输入二进