数字电子技术课后习题及答案 申忠如.doc
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1、第二章 2.2 证明下列异或运算公式(1)证明:左侧 得证(2) 证明:左侧 得证 (3) 证明:左侧 得证 (4)证明:左侧 得证(5)证明:右侧 得证 (6) 证明: 等式右侧 (将看成一个整体,用M来表示 再替换M,则) 得证2.3 用逻辑代数法将下列逻辑函数式化简为最简与或表达式(1)L=AB(BC+A)解:L=AB(BC+A)=ABC+AB=AB(C+1)=AB(2) L=解:L=+ A=A+B (3) 解: (4) 解:(5) 解: (6) 解: 2.4 已知函数。(1) 化简逻辑函数为最简与或表达式解: (2) 画出函数L的逻辑电路图 (3) 试用与非门画出函数L的电路图解:由(
2、1)知道,利用摩根定理,得:(4)试用或非门画出函数L的电路图解:由(1)知道,利用摩根定理,得:2.5 证明下列恒等式 (1)证明:等式左侧 得证。 (2)证明:等式左侧 得证。 (3)证明:等是左侧 得证。 (4)证明:等式右侧等式左侧比较左右两侧,得证。(5)证明:等式右侧得证。 (6)证明:等式左侧得证。2.6 根据对偶规则,求出下列函数的对偶。 (1)解: (2)解: (3)解: (4)解:2.7 根据反演规则,求出下列函数的反函数 (1)解: (2) 解:(3)解:(4)解:另解:(1)(2)(3)(4)2.8 将下列函数变换为最小项之和的表达式 (1)解: (2)解: (3) (
3、4)解:2.9 用卡诺图化简下列逻辑函数为最简与或表达式(1) 解:直接在卡诺图上填写对应的各项。如图2.9-1所示。图2.9-1 (2) 解:直接在卡诺图上填写对应的各项。如图2.9-2所示。图2.9-2化简结果:(3) 解:直接在卡诺图上填写对应的各项。如图2.9-3所示。图2.9-3化简结果:(4) 解:直接在卡诺图上填写对应的各项。如图2.9-4所示。图2.9-4化简结果:利用代数法化简:(5) 解:本题函数不是“与或”表达式,因此不能直接用卡诺图进行化简。令M=,则有 图2.9-5 M=得到: 于是有: (6) 解:首先将逻辑函数做适当的变化 即:注意到要求出L的非,所以,在卡诺图中
4、对“0”画包围圈。图2.9-6得到: (7) 解:令M=图2.9-7-1 M= 于是有: (由此处可以继续用代数法化简: 代数法化简结束)再用卡诺图对L进行化简:图2.9-7-2最终结果:(8) 解:(代数法继续: 代数法结束)最终结果:2.10 用卡诺图化简下列逻辑函数为最简与或表达式(1) 解:画出卡诺图图2.10-1化简结果:(2) 解:画出卡诺图图2.20-2(就图2.20-2来讲,两个蓝色包围全和粉色包围圈,可有不同的组合,因此可以有多个例如 )(3) 解:画出卡诺图图2.10-3化简结果:(4) 解:画出卡诺图图2.10-4 2.11 将下列具有约束条件的函数化简为最简与或表达式(
5、1) 解:画出卡诺图图2.11-(1)化简结果:(2) 解:画出卡诺图图2.11-(2) 化简结果:(3) 解:画出卡诺图图2.11-(3)化简结果:(4) 解:画出卡诺图图2.11-(4)化简结果:第三章3.1 电路如图3-36所示,试找出电路中的错误,并说明原因。(a),对于或门来讲,只要有一个输入为“1”,则不管别的输入为何,其输出一定为“1”。因此对于或门来讲,不用的输入端,不能固定连接逻辑“1”。(b)任何逻辑变量和逻辑“0”相与,其结果一定为“0”,所以与其余的两个变量就无关了。所以对于与非门来讲,不使用输入端,只能连接逻辑“1”。(c)只有集电极开路输出的逻辑门才可以线与,但图中
6、所使用的不是集电极开路门,所以不能将输出直接相连接。(d)由于图中使用的集电极开路门,所以可以直接连接构成线与逻辑,但是必须上拉电阻。而图中未接上拉电阻。3.2 试写出下面各电路所实现的逻辑功能表达式(a)(b)(当=0)(当=1)3.3 试写出下面各电路所实现的逻辑功能表达式(a) 解:可以看出,变量A和B通过或非后,经由传输门到达L1,所以(b) 解:可以看出,变量A和B分别经由三态反相门后到达L2,所以3.4 使用TTL门电路设计一个发光二极管(LED)驱动电路,设LED的UF=2.2V,ID=10mA,若VCC=5V,当发光时,电路输出低电平。解:由本书的表3-9可知,TTL门输出低电
7、平电压为0.4V,输出电流16mA,所以满足要求。本题值得注意的是,UF=2.2V,电路工作时必须保证此条件,所以必须串接一个电阻,当经由电源来的10mA电流。在其电阻上的压降为2.4V,这样就有5V2.2V2.4V0.4V=0,满足基尔霍夫电压定律。如图3.4所示。题3.4解图 TTL门电路驱动发光二极管3.5 画出用两只OC门实现的电路图。解:此题的关键点是要使用开路门,并注意必须将两个输出端相连接后经过一个外接电阻连接到电源上去。电阻值根据实际情况决定(参考表3-6)。例如对于TTL门电路,输出高电平大于2.4V,低电平小于等于0.4V,而输出高电平电流大小于0.4mA,低电平输出电流大
8、小于等于16mA。3.6 某一74系列与非门输出低电平时,最大允许的灌电流,输出为高电平时的最大允许输出电流IOHmax=0.4mA,测得其输入低电平电流IIL=0.8mA,输入高电平电流IIH=1.5A,如不考虑裕量,此门的实际扇出系数为多少?解:根据扇出系数的定义,分别计算高电平和低电平两种情况,取其小的一个作为扇出系数。N高=N低=显然应该是N=20。3.7 试画出图3-39所示电路输出端L1,L2的波形。解:首先必须明确,图中的三态反相器的输出情况,在E=1时,三态输出反相器有确定的输出,即为,;当E=0时,为高阻状态,可将对应链接的门电路输入脚理解为悬空,即逻辑“1”,从而有,。波形
9、图如图3-39所示。图3-393.8 在TTL74系列电路中,试确定图3-40中各个门电路的输出是什么状态(本题中设VIH=“1”、VIL=“0”)?(a) 解:在TTL74系列电路中,悬空的输入端子可视为高电平(测量值一般是1.4V),即逻辑“1”,而所使用的电源电压连接到输入端,当然是逻辑“1”,所以L1=0(b) 解:图中的输入端所连接的电阻,大于开门阻值(Ron2kW),所以可视为逻辑“1”,因此其与任何变量相或都为逻辑“1”,所以L2=0(c) 解:连接与非门的一个端子的电阻小于关门电阻(Roff0.8kW),所以可视为逻辑“0”,所以L3=1(d) 解:与(b)情况相仿,所以L4=
10、0(e) 解:图中的三态控制端EN不使能,所以L5=Z(即高阻状态)(f) 解:图中的三态控制端EN使能,51kW大于开门电阻,所以对应的输入为逻辑“1”,故或非的结果是:L6=0 (g) 解:图中是同或运算,其中一个输入端恒接逻辑“1”。=0 (h) 解:本题图是与或非运算3.9 试说明图3-41所示各个CMOS门电路输出端的逻辑状态,写出相应的逻辑表达式。 (a)解:图中是CMOS集成门,MOS器件栅极电流近似等于零,所以100 kW电阻不起作用,相当于该端子接地,即逻辑0,所以有:(b)解:对于输入电压3.5V可以看作是逻辑1,所以有:(c) 解:图中是CMOS集成门,MOS器件栅极电流
11、近似等于零,所以100W电阻没有作用,相当于该端子接地,即逻辑0,所以有:(d) 解:0.8V可以看作是逻辑0,故有:(e) 解:图中是CMOS集成门,MOS器件栅极电流近似等于零,所以100 kW电阻没有作用,相当于该端子接地,即逻辑0,所以有:(f) 解:对于输入电压3.5V可以看作是逻辑1,所以有:(g) 解:图中是CMOS集成门,MOS器件栅极电流近似等于零,所以100W电阻没有作用,相当于该端子接地,即逻辑0,所以有:(h) 解:0.8V可以看作是逻辑0,故有:(i) 解:图中是CMOS集成门,MOS器件栅极电流近似等于零,所以100 kW电阻没有作用,相当于该端子接地,即逻辑0,所
12、以有: (j) 解:对于输入电压3.5V可以看作是逻辑1,所以有:(k) 解:图中是CMOS集成门,MOS器件栅极电流近似等于零,所以100W电阻没有作用,相当于该端子接地,即逻辑0,所以有:(h) 解:0.8V可以看作是逻辑0,故有:4组合逻辑电路的分析与设计4.1 组合逻辑电路如题4.1所示,要求:(1) 写出F的逻辑表达式并化简为与或式;(2) 列出F的真值表;(3) 试说明该电路的逻辑功能。图题4.1解:(1)写出F的逻辑表达式并简化为与或式。(2)列出F的真值表ABCF00010010010001101000101011001111(3)该电路可判别A、B、C三变量状态是否相同;相同
13、时F=1,否则F=04.2 分析下图所示电路的逻辑功能。图题4.2解:由图可以写出S表达式 4.3 分析图题4.3示电路的逻辑功能。图题4.3解:该电路实现同或逻辑功能。4.4 有一组合逻辑电路如图题4.4(a)所示,其输入信号A、B的波形如图题4.4(b)所示。要求:(1)写出逻辑表达式并化简(2)列出真值表(3)画出输出波形 (4)描述该电路的逻辑功能。解:(1)列出真值表ABL000011101111(2)画出输出波形(4) 描述该电路的功能:该电路实现A、B的或功能。4.5 输入波形如图题4.5所示,试画出下列各表达式对应的输出波形。(1) (2)4.6 根据下列各逻辑表达式画出相应的
14、逻辑图。(1) Y1=AB+AC (2) Y2= (1)Y1=AB+AC(2)4.7 试设计一个一位二进制全减器电路。解:设A为被减数,B为减数,Ci为向借位,低位有借位,D为差。Ci-1 A BDCi0000000111010100110010011101011100011111此题的Ci,还可以有另外的形式:+4.8 试用与非门实现将余3 BCD码转换为8421 BCD码的逻辑电路。解:根据余3 BCD码与8421 BCD码的关系有:余3 BCD码=8421BCD码+3,那么,8421BCD码=余3BCD码 -3。再根据二进制运算规则,减去一个数,就等于加上这个数的补码,于是我们可以使用加
15、法器来实现本题的要求。最终设计结果如题图4.8(c)所示。下面详细讨论:(1)由全加器的逻辑关系,可以知道: 这里,首先设计一个由与非门构成的异或门,如题图4.8(a)所示。题图4.8(a)(2)利用上述的异或门,构成一位全加器,如题图4.8(b)所示。题图4.8(b)(3)将上述一位全加器级联,构成四位全加器,制作成一个符号;并根据8421BCD码=余3BCD码 -3的原理,就可设计逻辑电路,如题图4.8(c)所示。图中A1A2A3A4端子输入余3BCD码,B1B2B3B4端子输入-3的补码,S1S2S3S4端子是8421BCD码。这里,-3的补码是DH=(1101)2。题图4.8(c)4.
16、9 试用2输入与非门和反相器设计一个3输入(I0、I1、I2)、3输出(L0、L1、L2)的信号排队电路。它的功能是:当输入I0为1时,无论I1和I2为1还是0,输出L0为1,L1和L2为0;当I0为0且I1为1,无论I2为1还是0,输出L1为1,其余两个输出为0;当I2为1且I0和I1均为0时,输出L2为1,其余两个输出为0。如I0、I1、I2均为0,则L0、L1、L2也均为0。解:根据题意,列出如下真值表I2I1I0L2L1L0000000XX1001X10010100100由上表可以写出如下函数表达式:题图4.94.10 某个车间有红、黄两个故障指示灯,用来表示3台设备的工作情况。如一台
17、设备出现故障,则黄灯亮;如两台设备出现故障,则红灯亮;如三台设备同时出现故障,则红灯和黄灯都亮。试用与非门和异或门设计一个能实现此要求的逻辑电路。解:根据题意,设三台设备分别为A、B、C,为0时无故障,为1时表示有故障;黄灯用LY,红灯用LR表示,LY、LR为1表示灯亮,0表示灯灭。列出如下真值表ABCLRLY0000000101010010111010001101101101011111题图4.104.11 设计一个楼上、楼下开关的控制逻辑电路来控制楼梯上的灯,使之在上楼前,用楼下开关打开电灯,上楼后,用楼上开关关灭电灯;或者在下楼前,用楼上开关打开电灯,下楼后,用楼下开关关灭电灯。解:1)
18、设楼上、楼下开关分别是A、B,L是楼道的灯,如题图4.11所示。2)设开关A、B向上拨为1,向下拨为0;灯亮为1,灯灭为0。根据题意,列出真值表如下:ABL001010100111对应的逻辑表达式:题图4.114.12 设计一个用来判别一位10进制数的8421BCD码是否大于5的电路。如果输入值大于或等于5时,电路输出为1;当输入小于5时,电路输出为0。解:根据题意,列出真值表(注意到是8421BCD码,所以可利用为无关项。)DCBAL00000000100010000110010000101101101011111000110011题图4.124.13 输入A、B、C、D是一个10进制数X的
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