大工-数字电路与系统(王洪玉)-习题答案- 第8章.pdf

《大工-数字电路与系统(王洪玉)-习题答案- 第8章.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大工-数字电路与系统(王洪玉)-习题答案- 第8章.pdf（9页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第 8 章 数字系统设计基础 8.1 数字系统在逻辑上可以划分成哪两个部分？其中哪一部分是数字系统的核心？解：数字系统在逻辑上可以划分成控制器和数据处理器两部分，控制器是数字系统的核心。8.2 什么是数字系统的ASM 图？它与一般的算法流程图有什么不同？ASM 块的时序意义是什么？解：算法状态机（ASM）是数字系统控制过程的算法流程图。它与一般的算法流程图的区别为 ASM图表可表示事件的精确时间间隔序列，而一般的算法流程图只表示事件发生的先后序列，没有时间概念。ASM 块的时序意义是一个 ASM 块内的操作是在一个 CLK 脉冲作用下完成的。8.3 某数字系统，在T0状态下，下一个CLK到，完

2、成无条件操作：寄存器R1010，状态由T0T1。在T1状态下，下一个CLK到，完成无条件操作：R左移，若外输入X=0，则完成条件操作：计数器AA+1，状态由T1T2；若X=1，状态由T1T3。画出该系统的ASM图。解：ASM 图表如图所示 8.4 一个数字系统在T1状态下，若启动信号C=0，则保持T1状态不变；若C=1，则完成条件操作：AN1，BN2，状态由T1T2。在T2状态下，下一个CLK到，完成无条件操作BB 1，若M=0，则完成条件操作：P右移，状态由T2T3；若M=1，状态由T2T4T1。画出该数字系统的ASM图。解：ASM 图表如图 1 8.5 控制器状态图如题图8.5所示，画出其

3、等效的 ASM 图。题图 8.5 解：ASM 图 8.6 设计一个数字系统，它有三个4位的寄存器 X、Y、Z，并实现下列操作：启动信号S出现，传送两个 4 位二进制数N1、N2分别给寄存器X、Y；如果 XY，左移 X 的内容，并把结果传送给 Z；如果 XY，右移 Y 的内容，并把结果传送给 Z；如果X=Y，把X或Y传送给Z。画出满足以上要求的 ASM 图。解：ASM 图如下图 2 8.7 某数字系统的 ASM 图如题图 8.7 所示，试完成下列要求：（1）画出其等效的状态图；（2）用每态一个触发器的方法设计控制器。题图 8.7 解：(1)状态图 （2）电路图略 38.8 某数字系统的 ASM

4、图如题图 8.8 所示，试根据此 ASM 图用 MUX、D-FF、译码器方法设计控制器。题图 8.8 解：状态转换真值表 状态 Q1n Q0nS X Y Z Q1n+1 Q0n+1T0 T1 T2 T3 T0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 T1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 T2 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0

5、 0 0 1 0 T3 1 1 0 0 0 0 0 1 卡诺图 电路图 48.9 某公园有一处 4 种颜色的彩色艺术图案灯，它的艺术图案由 4 种颜色顺序完成，绿色亮 16 s，红色亮 10 s，蓝色亮 8 s，黄色亮 5 s，周而复始地循环，试设计这种灯的控制系统。解：（1）ASM 图 （2）控制器设计 根据ASM图，有四个状态T0，T1，T2，T3，可画出控制器的状态转换表 用 MUX,D-FF，译码器组成的控制器如解题图 8.9 中虚线左部分所示。解题图 8.9 5(3)处理器设计 根据 ASM 图，可得 t=1 的条件方程为 t=T016s+Tl10s+T28s+T35s t=1 时计

6、时计数器应清 0，表示以上计时结束，准备计下一个定时时间，故t应接加法计数器的LD端，加法计数器选用 74161，其CLK周期 TCLK=1s。定时信号t=1 的电路和计时电路 74161 构成的数据处理器如解题图 8.9 虚线右部分所示。解题图 8.9 为四色灯控制系统的整体电路。8.10 设计十字路口交通灯控制系统：东西方向道路和南北方向道路各行车 1 分钟，两方向红绿灯交换时，须亮黄灯 5 s。东西方向绿、黄、红灯亮分别用 EG、EY、ER 表示，南北方向绿、黄、红灯亮分别用 SG、SY、SR 表示。试按上述要求设计交通灯控制系统。解：1）ASM 图表 设 E=1 分钟(红绿灯亮时间),

7、F=5 秒(黄灯亮时间)。时间到 S=1,计数器清零。2）控制器设计 控制器的状态转换表 状态 Q2n Q1nE FQ2n+1 Q1n+1 输出 T0 T1 T2 T3T0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 T1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 T2 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 T3 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 卡诺图 6控制器电路 3）数据处理器设计 定时电路方程及电路：S=(T0+T2)E+(T1+T3)F 产生 E=1 分钟

8、和 F=5 秒的电路由两级 160 实现。整体电路如图：8.11 设计 8 种花型彩灯控制系统：由 8 个发光二极管组成的彩灯，一字排开，彩灯的图案循环变换步骤如下：彩灯由左至右逐个亮至最后全亮；彩灯由右至左逐个灭至最后全灭；彩灯由右至左逐个亮至最后全亮；彩灯由左至右逐个灭至最后全灭；7 8 个彩灯全亮；8 个彩灯全灭；8 个彩灯全亮；8 个彩灯全灭。按以上要求设计彩灯控制系统。解：设八个彩灯由左至右排列：A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1ASM 图 2控制器设计 控制器实现T0T7八个状态。用 74161(高)的Q2Q1Q0组成模 8 计数器，实现T0T7八个状态的转换。状态

9、T0T3四个状态中有 8 个灯的移动。用另一 74161(低)的Q2Q1Q0组成模八计数器实现移位控制。再由 74191 控制移位寄存器实现左、右移和并入,而 74191 的左、右移及并入由M1M0控制。根据 ASM 图表得下列对应关系:控制器和数据处理器关系表 74161(低)Q2 Q1 Q0 74161(高)Q2 Q1 Q0 状态 Ti 74194 移入数据 74191 控制 M1=F1,M0=F0000111 000 T0SR1A7=1=0Q(左移)0 1 000111 001 T1 SL2A0=0=0Q(左移)1 0 000111 010 T2SL2A0=1=0Q(左移)1 0 000

10、111 011 T3SR1A7=0=0Q(右移)0 1 100 T4 D7D0=11111111=0Q 1 1 101 T5D7D0=00000000=0Q 1 1 110 T6D7D0=11111111=0Q 1 1 111 T7D7D0=00000000=0Q 1 1 SR1=SL2=D7=D6=D5=D4=D3=D2=D1=D0=0Q 两个 8 选 1 的MUX74151(高)和 74151(低)的地址端A2A1A0=Q2Q1Q0 874151(高)的 07 输入=M1=01101111 74151(低)的 07 输入=M0=10011111 74194(1)和 74194(2)级连实现 8 个灯A7A0的移动变换,故:Q4=DSR2,Q3=DSL1,74161(高)在 000111 状态时,是被模 8 计数器 74161(低)控制的加法计数器.74161(低)在 100111 状态时,实现加法计数。根据以上分析,得彩灯控制电路如下图所示:9