天津科技大學(xué)《數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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《數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷院(系)_______班級(jí)_______學(xué)號(hào)_______姓名_______題號(hào)一二三四總分得分一、單選題（本大題共30個(gè)小題，每小題1分，共30分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的．）1、時(shí)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(shí)序邏輯電路的說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是（）A.觸發(fā)器是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本單元B.計(jì)數(shù)器是一種常見(jiàn)的時(shí)序邏輯電路C.時(shí)序邏輯電路中一定包含存儲(chǔ)元件D.時(shí)序邏輯電路的輸出與輸入的變化是同步的2、在數(shù)字系統(tǒng)中，需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)邏輯函數(shù)F=Σm(0,2,4,6)，以下哪種邏輯門(mén)的組合可以最簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)這個(gè)函數(shù)？（）A.與門(mén)和或門(mén)B.與非門(mén)和或非門(mén)C.異或門(mén)和同或門(mén)D.以上組合都不能簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)3、對(duì)于一個(gè)異步時(shí)序邏輯電路，若輸入信號(hào)同時(shí)發(fā)生變化，可能會(huì)導(dǎo)致？（）A.狀態(tài)不確定B.輸出錯(cuò)誤C.電路損壞D.以上都有可能4、在數(shù)字邏輯的時(shí)序邏輯電路中，觸發(fā)器是存儲(chǔ)單元。假設(shè)一個(gè)D觸發(fā)器的D輸入端在時(shí)鐘上升沿之前為高電平，在上升沿時(shí)變?yōu)榈碗娖?。以下關(guān)于觸發(fā)器輸出端Q的狀態(tài)變化，哪個(gè)是正確的（）A.Q在上升沿變?yōu)楦唠娖紹.Q在上升沿變?yōu)榈碗娖紺.Q保持原來(lái)的狀態(tài)不變D.Q的狀態(tài)不確定5、數(shù)字邏輯中的加法器可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)的相加。一個(gè)4位二進(jìn)制加法器，當(dāng)兩個(gè)輸入都為最大的4位二進(jìn)制數(shù)時(shí)，輸出結(jié)果會(huì)產(chǎn)生進(jìn)位嗎？（）A.會(huì)產(chǎn)生進(jìn)位B.不會(huì)產(chǎn)生進(jìn)位C.不確定D.根據(jù)加法器的類(lèi)型判斷6、在數(shù)字邏輯中，移位寄存器除了用于數(shù)據(jù)的移位操作，還可以用于實(shí)現(xiàn)其他功能。假如要利用移位寄存器實(shí)現(xiàn)一個(gè)串行-并行轉(zhuǎn)換器，以下哪種方式是可行的？（）A.將輸入的串行數(shù)據(jù)依次存入移位寄存器，然后同時(shí)輸出B.對(duì)移位寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行特定的邏輯運(yùn)算后輸出C.按照一定的時(shí)鐘節(jié)拍，逐步從移位寄存器中輸出數(shù)據(jù)D.移位寄存器無(wú)法實(shí)現(xiàn)串行-并行轉(zhuǎn)換功能7、在數(shù)字邏輯中，布爾代數(shù)是基礎(chǔ)理論之一。假設(shè)我們正在研究一個(gè)邏輯電路的表達(dá)式化簡(jiǎn)。以下關(guān)于布爾代數(shù)的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.布爾代數(shù)中的基本運(yùn)算包括與（AND）、或（OR）和非（NOT）B.布爾代數(shù)的定律和規(guī)則可以用于簡(jiǎn)化邏輯表達(dá)式，減少邏輯門(mén)的數(shù)量C.布爾代數(shù)中的德摩根定律表明，對(duì)一個(gè)邏輯表達(dá)式取反時(shí)，與運(yùn)算和或運(yùn)算會(huì)相互轉(zhuǎn)換D.布爾代數(shù)只能用于處理二值邏輯，即0和1，無(wú)法處理多值邏輯8、考慮到一個(gè)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(gè)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(gè)極其復(fù)雜的問(wèn)題，通常需要借助專(zhuān)業(yè)的工具和算法來(lái)解決。以下哪個(gè)因素在布局布線過(guò)程中對(duì)性能的影響最大？（）A.晶體管的密度B.布線的長(zhǎng)度C.電源和地線的分布D.時(shí)鐘樹(shù)的設(shè)計(jì)9、在數(shù)字電路中，若一個(gè)編碼器有8個(gè)輸入信號(hào)，需要用幾位二進(jìn)制代碼進(jìn)行編碼輸出？（）A.2位B.3位C.4位D.8位10、想象一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)中，需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)有限脈沖響應(yīng)（FIR）濾波器。以下哪種實(shí)現(xiàn)方式可能是最常見(jiàn)的？（）A.使用乘法器和加法器構(gòu)建直接型FIR濾波器B.采用遞歸結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)FIR濾波器，節(jié)省硬件資源C.利用查找表實(shí)現(xiàn)FIR濾波器，提高速度D.以上方式都不常用于實(shí)現(xiàn)FIR濾波器11、考慮一個(gè)數(shù)字電路，其輸入和輸出之間存在一定的延遲。如果要減小這種延遲，提高電路的響應(yīng)速度，以下哪種方法是可行的？（）A.優(yōu)化電路的布線，減少信號(hào)傳輸路徑B.選用速度更快的邏輯門(mén)器件C.減少電路中的級(jí)數(shù)和中間環(huán)節(jié)D.以上方法都可以有效地減小延遲12、考慮一個(gè)復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)，其中包含多個(gè)子模塊。為了確保各個(gè)子模塊之間能夠正確地通信和協(xié)調(diào)工作，通常會(huì)使用一些控制信號(hào)。如果要產(chǎn)生一個(gè)同步的控制信號(hào)，使得多個(gè)子模塊在特定的時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行特定的操作，以下哪種方法是最可靠的？（）A.使用一個(gè)單獨(dú)的時(shí)鐘源，通過(guò)分頻產(chǎn)生控制信號(hào)B.利用組合邏輯電路根據(jù)輸入條件生成控制信號(hào)C.隨機(jī)生成控制信號(hào)，依靠系統(tǒng)的容錯(cuò)能力來(lái)保證正確運(yùn)行D.以上方法都不可靠，無(wú)法實(shí)現(xiàn)同步控制13、在復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)中，常常采用層次化設(shè)計(jì)方法。以下關(guān)于層次化設(shè)計(jì)的描述，正確的是（）A.層次化設(shè)計(jì)將系統(tǒng)劃分為多個(gè)層次，每個(gè)層次完成特定的功能B.層次化設(shè)計(jì)可以提高系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率和可維護(hù)性C.不同層次之間通過(guò)明確的接口進(jìn)行通信和交互D.層次化設(shè)計(jì)是一種自頂向下的設(shè)計(jì)方法，不支持自底向上的設(shè)計(jì)過(guò)程14、在數(shù)字邏輯電路的接口設(shè)計(jì)中，假設(shè)需要將一個(gè)數(shù)字邏輯電路與外部模擬設(shè)備進(jìn)行連接。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換，需要使用專(zhuān)門(mén)的接口電路。以下哪種接口電路在這種情況下是常用的？（）A.數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）B.模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）C.電平轉(zhuǎn)換器D.以上都是15、在數(shù)字邏輯中，PLD（可編程邏輯器件）和FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）是常用的可編程器件。如果要實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的數(shù)字邏輯功能，并且對(duì)速度和資源利用有較高要求，以下哪種器件更適合？（）A.PLD，其邏輯資源相對(duì)較少但速度快B.FPGA，具有豐富的邏輯資源和較高的靈活性C.兩者都不適合，應(yīng)使用專(zhuān)用集成電路D.取決于具體的功能和設(shè)計(jì)要求，無(wú)法一概而論16、考慮一個(gè)由D觸發(fā)器構(gòu)成的移位寄存器，若要實(shí)現(xiàn)串行輸入并行輸出，至少需要幾個(gè)D觸發(fā)器？（）A.2個(gè)B.4個(gè)C.8個(gè)D.16個(gè)17、組合邏輯電路的輸出僅取決于當(dāng)前的輸入。假設(shè)我們正在設(shè)計(jì)一個(gè)組合邏輯電路。以下關(guān)于組合邏輯電路的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.加法器、編碼器、譯碼器等都是常見(jiàn)的組合邏輯電路B.組合邏輯電路可能會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象，導(dǎo)致輸出出現(xiàn)短暫的錯(cuò)誤脈沖C.可以使用卡諾圖來(lái)化簡(jiǎn)組合邏輯電路的邏輯表達(dá)式，以減少門(mén)電路的數(shù)量D.組合邏輯電路中不存在反饋回路，其輸出不會(huì)影響輸入18、在一個(gè)數(shù)字電路中，出現(xiàn)了競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象，導(dǎo)致輸出出現(xiàn)了不應(yīng)有的尖峰脈沖。以下哪種方法可能是最有效地消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)？（）A.增加冗余項(xiàng)，修改邏輯表達(dá)式B.接入濾波電容，消除尖峰脈沖C.選擇速度更快的邏輯門(mén)D.以上方法結(jié)合使用19、假設(shè)正在研究數(shù)字電路中的時(shí)序問(wèn)題，即輸入信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)之間的時(shí)間關(guān)系對(duì)電路輸出的影響。以下哪種情況可能導(dǎo)致時(shí)序違規(guī)？（）A.輸入信號(hào)在時(shí)鐘上升沿附近變化B.時(shí)鐘信號(hào)的占空比不穩(wěn)定C.建立時(shí)間和保持時(shí)間不滿足要求D.以上情況都可能導(dǎo)致時(shí)序違規(guī)20、在一個(gè)由多個(gè)邏輯門(mén)組成的數(shù)字電路中，已知每個(gè)邏輯門(mén)的延遲時(shí)間相同，若整個(gè)電路的總延遲時(shí)間為20ns，其中包含5個(gè)邏輯門(mén)，那么每個(gè)邏輯門(mén)的延遲時(shí)間大約是多少？（）A.2nsB.4nsC.5nsD.10ns21、數(shù)字邏輯中，組合邏輯電路的輸出僅取決于當(dāng)前的輸入，那么在一個(gè)由多個(gè)邏輯門(mén)組成的組合邏輯電路中，如何判斷其功能是否正確？（）A.通過(guò)輸入不同的組合，觀察輸出是否符合預(yù)期B.檢查邏輯門(mén)的類(lèi)型是否正確C.不確定D.根據(jù)電路的復(fù)雜程度判斷22、在數(shù)字邏輯電路的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象中，假設(shè)一個(gè)電路在輸入信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，由于不同路徑的延遲差異，可能會(huì)導(dǎo)致輸出出現(xiàn)短暫的錯(cuò)誤脈沖。這種現(xiàn)象可能會(huì)影響電路的穩(wěn)定性和可靠性。為了避免或減少競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的影響，以下哪種措施是最為有效的？（）A.增加冗余項(xiàng)B.引入同步時(shí)鐘C.優(yōu)化電路布局D.降低電源電壓23、當(dāng)研究數(shù)字邏輯中的鎖存器時(shí)，假設(shè)一個(gè)鎖存器在輸入信號(hào)消失后仍然保持其輸出狀態(tài)。以下關(guān)于鎖存器的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景，哪個(gè)說(shuō)法是正確的（）A.常用于臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)B.不能用于數(shù)據(jù)的同步C.輸出狀態(tài)只能由時(shí)鐘信號(hào)改變D.以上說(shuō)法都不正確24、假設(shè)在一個(gè)數(shù)字控制系統(tǒng)中，需要根據(jù)輸入的數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的控制脈沖。脈沖的寬度和周期需要精確控制以滿足系統(tǒng)要求。為了實(shí)現(xiàn)這種精確的脈沖生成，以下哪種數(shù)字邏輯器件是最合適的？（）A.計(jì)數(shù)器B.定時(shí)器C.移位寄存器D.譯碼器25、在數(shù)字電路中，若要存儲(chǔ)8位的數(shù)據(jù)，以下哪種存儲(chǔ)器件是合適的選擇？（）A.SRAMB.DRAMC.ROMD.以上都是26、對(duì)于一個(gè)異步時(shí)序邏輯電路，與同步時(shí)序邏輯電路相比，其主要特點(diǎn)是？（）A.狀態(tài)轉(zhuǎn)換與時(shí)鐘脈沖同步B.狀態(tài)轉(zhuǎn)換不受時(shí)鐘脈沖控制C.電路結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單D.以上都不是27、在數(shù)字電路的測(cè)試和驗(yàn)證中，常用的方法有功能測(cè)試、時(shí)序測(cè)試等。以下關(guān)于數(shù)字電路測(cè)試的描述，不正確的是（）A.功能測(cè)試主要檢查電路在各種輸入組合下的輸出是否符合預(yù)期B.時(shí)序測(cè)試用于驗(yàn)證電路的時(shí)序特性，如建立時(shí)間和保持時(shí)間是否滿足要求C.測(cè)試向量是一組用于測(cè)試電路的輸入值，其生成是一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程D.數(shù)字電路的測(cè)試可以完全保證電路在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性和穩(wěn)定性28、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(jì)提供了很大的靈活性。CPLD采用的是基于乘積項(xiàng)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29、在數(shù)字邏輯的計(jì)數(shù)器應(yīng)用中，假設(shè)一個(gè)計(jì)數(shù)器被用于產(chǎn)生定時(shí)信號(hào)。以下哪種計(jì)數(shù)器的工作方式最適合實(shí)現(xiàn)精確的定時(shí)功能？（）A.自由運(yùn)行計(jì)數(shù)器B.可預(yù)置計(jì)數(shù)器C.可逆計(jì)數(shù)器D.環(huán)形計(jì)數(shù)器30、考慮一個(gè)同步時(shí)序邏輯電路，其時(shí)鐘頻率為100MHz，若要實(shí)現(xiàn)一個(gè)周期為10μs的信號(hào)，需要多少個(gè)時(shí)鐘周期？（）A.1000B.100C.10D.1二、分析題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）使用加法器和邏輯門(mén)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電路，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)二進(jìn)制補(bǔ)碼的加減運(yùn)算。分析補(bǔ)碼運(yùn)算的規(guī)則和電路實(shí)現(xiàn)，考慮符號(hào)位的處理和溢出判斷，以及如何優(yōu)化補(bǔ)碼運(yùn)算的速度和準(zhǔn)確性。2、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電路，能夠?qū)蓚€(gè)8位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行乘法運(yùn)算，并輸出結(jié)果。分析乘法運(yùn)算的邏輯步驟，如移位、加法等操作的實(shí)現(xiàn)方式，以及如何處理進(jìn)位和存儲(chǔ)中間結(jié)果，同時(shí)探討該電路在硬件實(shí)現(xiàn)上的復(fù)雜度和資源消耗。3、（本題5分）使用計(jì)數(shù)器和譯碼器設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電路，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸入脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，并以不同的輸出表示不同的數(shù)量范圍。分析分類(lèi)統(tǒng)計(jì)的邏輯和電路實(shí)現(xiàn)，以及如何根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整統(tǒng)計(jì)范圍和精度。4、（本題5分）有一個(gè)數(shù)字控制系統(tǒng)中的模糊控制器模塊，用于處理模糊的輸入信息和產(chǎn)生模糊的控制輸出。分析模糊控制的原理和推理方法，設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)模糊控制功能。探討如何定義模糊集合和模糊規(guī)則以適應(yīng)不同的控制對(duì)象。5、（本題5分）給定一個(gè)數(shù)字圖像處理系統(tǒng)中的圖像縮放模塊，需要對(duì)輸入的圖像進(jìn)行放大或縮小處理。分析圖像縮放的算法和原理，如雙線性插值、最近鄰插值等。設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)圖像縮放功能，探討如何提高縮放后的圖像質(zhì)量。三、簡(jiǎn)答題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）深入解釋在數(shù)字電路的靜電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)中，常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)和要求以及如何滿足。2、（本題5分）解釋在數(shù)字系統(tǒng)中什么是數(shù)字信號(hào)的眼圖，以及如何通過(guò)眼圖評(píng)估