【VIP专享】电子技术习题解答.第6章.数字电路基础知识习题解答

第六章可编程逻辑器件PLD可编程逻辑器件PLD是由用户借助计算机和编程设备对集成电路进行编程，使之具有预定的逻辑功能，成为用户设计的ASIC芯片。

近年来，可编程逻辑器件从芯片密度上、速度上发展相当迅速，已成为集成电路的一个重要分支。

本章要求读者了解PLD器件的工作原理，掌握用可编程逻辑器件设计数字电路的方法。

为掌握使用电子设计自动化和可编程逻辑器件设计电路系统的后续课程打下良好的基础。

第一节基本知识、重点与难点一、基本知识（一）可编程逻辑器件PLD基本结构可编程逻辑器件PLD包括只读存储器ROM、可编程只读存储器PROM、可编程逻辑阵列PLA、可编程阵列逻辑PAL、通用阵列逻辑GAL和可擦写编程逻辑器件EPLD等。

它们的组成和工作原理基本相似，其基本结构由与阵列和或阵列构成。

与阵列用来产生有关与项，或阵列把所有与项构成“与或”形式的逻辑函数。

在数字电路中，任何组合逻辑函数均可表示为与或表达式，因而用“与门－或门”两级电路可实现任何组合电路，又因为任何时序电路是由组合电路加上存储元件（触发器）构成的，因而PLD的“与或”结构对实现数字电路具有普遍意义。

（二）可编程逻辑器件分类1.按编程部位分类PLD有着大致相同的基本结构，根据与阵列和或阵列是否可编程，分为三种基本类型：（1）与阵列固定，或阵列可编程；（2）与或阵列均可编程；（3）与阵列可编程，或阵列固定。

2.按编程方式分类（1）掩膜编程；（2）熔丝与反熔丝编程；（3）紫外线擦除、电可编程；（4）电擦除、电可编程；（5）在系统编程（Isp）。

（三）高密度可编程逻辑器件HDPLD单片高密度可编程逻辑器件HDPLD（High Density Programmable Logic Device）芯片内，可以集成成千上万个等效逻辑门，因此在单片高密度可编程逻辑器件内集成数字电路系统成为可能。

HDPLD器件在结构上仍延续GAL的结构原理，因而还是电擦写、电编程的EPLD 器件。

数字电子技术基础课后答案第一篇：数字电子技术基础1. 什么是布尔代数？布尔代数是一种数学运算，用于解释数字电子技术中的逻辑运算。

它由乔治·布尔发明，以处理逻辑思维，并用于数字电路的设计和分析。

2. 什么是逻辑门？举例说明。

逻辑门是一种数字电路，执行布尔逻辑运算操作。

在逻辑门中，输入和输出都是数字信号。

常见的逻辑门有与门（AND）、或门（OR）和非门（NOT）等。

例如，一个与门的输出只有在所有输入都是 1 的时候才为 1。

3. 什么是触发器？举例说明。

触发器是一种数字电路，用于存储二进制位。

它可以在两个状态之间切换，称为 set（1）和 reset（0）。

触发器通常用于存储数据或构建计数器和时序器。

例如，D 触发器可以用于存储单个比特数据。

4. 什么是计数器？举例说明。

计数器是一种数字电路，用于计数。

它可以用预设值计数或者递增计数。

计数器在时序电路和数字信号处理中应用广泛。

例如，一个简单的四位二进制计数器可能从 0000 开始，递增到 1111。

5. 什么是编码器？举例说明。

编码器是一种数字电路，用于将一个符号编码转换为另一个符号编码。

编码器通常用于数字信号压缩和传输中，并且可以用于键盘编码，控制器设计和其他数字信号处理应用。

例如，使用二进制输入，BCD 编码器可以将四个输入位转换为十进制数字。

6. 什么是译码器？举例说明。

译码器是一种数字电路，用于将一种编码转换为另一种编码。

它可以将数字信号从一种格式（如二进制）转换为另一种格式（如 BCD）。

译码器也可以用于输出数字信号的选择性控制，如一个多路选择器或一个Demux。

例如， 4-16 译码器将 4 个输入线路变为 16 个输出线路。

7. 什么是多路复用器？举例说明。

多路复用器（MUX）是一种数字电路，将多个输入值选择性地转移到一个单独的输出通道。

它通常用于数字信号处理和通信应用中，例如在多路转接和数字电视中。

例如，一个 4 通道 MUX 可以选择 4 个输入通道中的一个在其单个输出通道上输出。

第6章习题解答1. 电路如图6-1所示，试分析其功能。

（1）写出驱动方程、次态方程和输出方程；（2）列出状态表，并画出状态图和时序波形。

图6-1 题1图z解 （1）根据图6-1写出驱动方程'1'21Q Q D =， 12Q D =将其代入D 触发器的特性方程，得每一触发器的状态方程'1'21*1Q Q D Q ==12*2Q D Q ==输出方程为 CP Q z ⋅=2（2）由状态方程可列出状态表如表6-1所示。

按表00，可作出时序波形图如图6-2（b ）所示。

图6-2 题1状态图和波形图CP Q 2Q 1z(a )(b )2. 时序电路如图6-3所示。

（1）写出该电路的状态方程、输出方程；（2）列出状态表，画出状态图。

图6-3 题2图解 （1）驱动方程 x K J ==11 122xQ K J ==将其代入JK 触发器的特性方程，的状态方程21'21*21'1*1)'('Q xQ Q xQ Q Q x xQ Q +=+=输出方程 21Q xQ z =（2）假定一个现态，代入状态方程，得出对应的次态和输出状态，列表表示即得状态表，如表6-2所示。

由此算出状态图，如图6-4所示。

表6-2 题2状态表图6-4 题2的状态图3. 某计数器的输出波形如图6-5所示，试确定该计数器是模几计数器，并画出状态图。

图6-5 题3图CP Q A Q B QC解 由波形图画出状态图，Q C 为高位，Q A 为最低位。

010000001100011101Q C Q B Q A故该波形显示的计数器的计数模为六。

4. 分析如图6-6所示的同步时序电路。

图6-6 题4图解 （1）有题图得到各级触发器的驱动方程为⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧====34231242'3'11)'(Q D Q D Q D Q Q Q Q D（2）列出状态方程为⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧========34*423*312*242'3'11*1)'(Q D Q Q D Q Q D Q Q Q Q Q D Q由驱动方程和状态方程可以确定，该电路是移位寄存器型时序电路，其电路的状态转移决定于第一级的驱动信号。

习题册参考答案第一章半导体二极管§1-1 半导体的基本知识一、填空题1. 导体绝缘体半导体2. 半导体3. 硅锗4. 热敏光敏掺杂5. 正负负正6. 单向导电导通截止7. 高二、判断题1.×2.×3.√三、选择题1.C2.A3.C4.A§1-2 半导体二极管一、填空题1. 阳正阴负2.硅二极管锗二极管普通整流稳压开关光敏发光变容3.正极负极4.0.7 0.35.单向导电性导通小大截止大小6.大小7.0.5 0.28.最大整流电流最高反向工作电压9.烧毁击穿10.硅稳压锗普通硅整流锗开关11.击穿开路12.小好13.电光光电发光二极管二、判断题1.×2.×3.×4.√5.×6.×7.×8.×9.× 10.√ 11.× 12.× 13.× 14.× 15.× 16.√三、选择题1.C2.C 3．B 4.B 5.B 6.D 7.B 8.C 9.A 10.A11.C 12.C 13.B 14.D 15.A 16.A 17.A 18.A四、综合题1. 答：硅管死区电压为0.5V左右而锗管为0.2V左右；硅管的正向管压降为0.7V左右而锗管为0.3V左右；硅管的反向饱和电流较小而锗管较大。

2. 答：图b）中的灯不亮。

3. 答：a）图中，二极管导通，U AO=-6V；b）图，二极管截止，U AO=-12V；c）图V1导通，V2截止，U AO=0V。

4. 答：5.答：6.答：2CZ83： N 型硅材料整流二极管序号为83 2CW55： N 型硅材料稳压二极管序号为55 2DK14： P 型硅材料开关二极管序号为14 7.答：序号 型号 所用材料F I （mA ）RM U (V)R I (μA)1 2AP9 锗 5 202 1N4148 硅 100 75 5 32CZ56A硅3000258.答：图a ）中，在表头处串联一个二极管，若直流电源极性接错，二极管V1反向截止，使表头指针不发生反偏，起保护表头的目的。

第1章检测题（共100分，120分钟）一、填空题：（每空0.5分，共25分）1、N型半导体是在本征半导体中掺入极微量的五价元素组成的。

这种半导体内的多数载流子为自由电子，少数载流子为空穴，不能移动的杂质离子带正电。

P型半导体是在本征半导体中掺入极微量的三价元素组成的。

这种半导体内的多数载流子为空穴，少数载流子为自由电子，不能移动的杂质离子带负电。

2、三极管的内部结构是由发射区、基区、集电区区及发射结和集电结组成的。

三极管对外引出的电极分别是发射极、基极和集电极。

3、PN结正向偏置时，外电场的方向与内电场的方向相反，有利于多数载流子的扩散运动而不利于少数载流子的漂移；PN结反向偏置时，外电场的方向与内电场的方向一致，有利于少子的漂移运动而不利于多子的扩散，这种情况下的电流称为反向饱和电流。

4、PN结形成的过程中，P型半导体中的多数载流子由P向N区进行扩散，N型半导体中的多数载流子由N向P区进行扩散。

扩散的结果使它们的交界处建立起一个空间电荷区，其方向由N区指向P区。

空间电荷区的建立，对多数载流子的扩散起削弱作用，对少子的漂移起增强作用，当这两种运动达到动态平衡时，PN 结形成。

5、检测二极管极性时，需用万用表欧姆挡的R×1K档位，当检测时表针偏转度较大时，与红表棒相接触的电极是二极管的阴极；与黑表棒相接触的电极是二极管的阳极。

检测二极管好坏时，两表棒位置调换前后万用表指针偏转都很大时，说明二极管已经被击穿；两表棒位置调换前后万用表指针偏转都很小时，说明该二极管已经绝缘老化。

6、单极型晶体管又称为场效应（MOS）管。

其导电沟道分有N沟道和P沟道。

7、稳压管是一种特殊物质制造的面接触型硅晶体二极管，正常工作应在特性曲线的反向击穿区。

8、MOS管在不使用时应避免栅极悬空，务必将各电极短接。

二、判断正误：（每小题1分，共10分）1、P型半导体中不能移动的杂质离子带负电，说明P型半导体呈负电性。

（错）2、自由电子载流子填补空穴的“复合”运动产生空穴载流子。

6章习题题解6.1 集成施密特触发器及输入波形如图题6.1所示，试画出输出u O的波形图。

施密特触发器的阈值电平U T+和U T-如下图。

图题6.1 [解]集成施密特触发器输出u O的波形如图解所示。

图解6.1图题所示为数字系统中常用的上电复位电路。

试说明其工作原理，并定性画出u I与u O 波形图。

假设系统为高电平复位，如何改接电路？图题图解[解] 工作原理分析如下(1) 当V CC刚加上时，由于电容C上的电压不能突变，u I为低电平，输出u O为低电平；随着电容充电，u I按指数规律上升，当u I≥U T时，输出u O变为高电平，完成了低电平复位功能。

波形如图解所示。

(2) 假设系统为高电平复位，仅将图中R，C互换位置即可。

图题是用TTL与非门、反相器和RC积分电路组成的积分型单稳态触发器。

该电路用图题所示正脉冲触发，R R off。

试分析电路工作原理，画出u O1、u I2和u O的波形图。

[解]工作原理分析如下9899触发信号未到来时，u I 为低电平，输出u O 为高电平；正触发脉冲到来时，u O1翻为低电平，此时由于u I2仍为高电平，输出u O 为高电平不变，电容通过R 放电，当u I2下降到U T 时〔u I 仍为高电平〕，输出u O 翻为高电平，暂稳态过程结束。

u O1、u I2和u O 的波形见图解。

6.4 集成单稳态触发器74121组成的延时电路如图题6.4所示，要求 (1)计算输出脉宽的调节范围； (2)电位器旁所串电阻有何作用？[解] (1) 输出脉宽：W ext ext W 0.70.7()t R C R R ==+,分别代入R W =0和22k Ω计算，可得t W的调节范围为：W 3.6mS 19mS t ≤≤。

(2) 电阻R 起保护作用。

假设无R ，当电位器调到零时，假设输出由低变高，那么电容C 瞬间相当于短路，V CC 将直接加于内部门电路输出而导致电路损坏。

6.5 集成单稳态触发器74121组成电路如图题6.5所示，要求(1)计算u O1、u O2的输出脉冲宽度；(2)假设u I 如图中所示，试画出输出u O1、u O2的波形图。

第六章可编程逻辑器件PLD可编程逻辑器件PLD是由用户借助计算机和编程设备对集成电路进行编程，使之具有预定的逻辑功能，成为用户设计的ASIC芯片。

近年来，可编程逻辑器件从芯片密度上、速度上发展相当迅速，已成为集成电路的一个重要分支。

本章要求读者了解PLD器件的工作原理，掌握用可编程逻辑器件设计数字电路的方法。

为掌握使用电子设计自动化和可编程逻辑器件设计电路系统的后续课程打下良好的基础。

第一节基本知识、重点与难点一、基本知识（一）可编程逻辑器件PLD基本结构可编程逻辑器件PLD包括只读存储器ROM、可编程只读存储器PROM、可编程逻辑阵列PLA、可编程阵列逻辑PAL、通用阵列逻辑GAL和可擦写编程逻辑器件EPLD等。

它们的组成和工作原理基本相似，其基本结构由与阵列和或阵列构成。

与阵列用来产生有关与项，或阵列把所有与项构成“与或”形式的逻辑函数。

在数字电路中，任何组合逻辑函数均可表示为与或表达式，因而用“与门－或门”两级电路可实现任何组合电路，又因为任何时序电路是由组合电路加上存储元件（触发器）构成的，因而PLD的“与或”结构对实现数字电路具有普遍意义。

（二）可编程逻辑器件分类1.按编程部位分类PLD有着大致相同的基本结构，根据与阵列和或阵列是否可编程，分为三种基本类型：（1）与阵列固定，或阵列可编程；（2）与或阵列均可编程；（3）与阵列可编程，或阵列固定。

2.按编程方式分类（1）掩膜编程；（2）熔丝与反熔丝编程；（3）紫外线擦除、电可编程；（4）电擦除、电可编程；（5）在系统编程（Isp）。

（三）高密度可编程逻辑器件HDPLD单片高密度可编程逻辑器件HDPLD（High Density Programmable Logic Device）芯片内，可以集成成千上万个等效逻辑门，因此在单片高密度可编程逻辑器件内集成数字电路系统成为可能。

HDPLD器件在结构上仍延续GAL的结构原理，因而还是电擦写、电编程的EPLD 器件。

第六章时序逻辑电路（选择、判断共30题）一、选择题1．同步计数器和异步计数器比较，同步计数器的显著优点是。

A.工作速度高B.触发器利用率高C.电路简单D.不受时钟C P控制。

2．把一个五进制计数器与一个四进制计数器串联可得到进制计数器。

A.4B.5C.9D.203．下列逻辑电路中为时序逻辑电路的是。

A.变量译码器B.加法器C.数码寄存器D.数据选择器4.N个触发器可以构成最大计数长度（进制数）为的计数器。

A.NB.2NC.N2D.2N5.N个触发器可以构成能寄存位二进制数码的寄存器。

A.N-1B.NC.N+1D.2N6．五个D触发器构成环形计数器，其计数长度为。

A.5B.10C.25D.327．同步时序电路和异步时序电路比较，其差异在于后者。

A.没有触发器B.没有统一的时钟脉冲控制C.没有稳定状态D.输出只与内部状态有关8．一位8421B C D码计数器至少需要个触发器。

A.3B.4C.5D.109.欲设计0，1，2，3，4，5，6，7这几个数的计数器，如果设计合理，采用同步二进制计数器，最少应使用级触发器。

A.2B.3C.4D.810．8位移位寄存器，串行输入时经个脉冲后，8位数码全部移入寄存器中。

A.1B.2C.4D.811．用二进制异步计数器从0做加法，计到十进制数178，则最少需要个触发器。

A.2B.6C.7D.8E.1012．某电视机水平-垂直扫描发生器需要一个分频器将31500H Z的脉冲转换为60H Z的脉冲，欲构成此分频器至少需要个触发器。

A.10B.60C.525D.3150013．某移位寄存器的时钟脉冲频率为100K H Z ，欲将存放在该寄存器中的数左移8位，完成该操作需要时间。

A.10μSB.80μSC.100μSD.800m s 14.若用J K 触发器来实现特性方程为，则J K 端的方程为 。

AB Q A Q n 1n +=+A.J =A B ，K = B.J =A B ，K = C.J =，K =A B D.J =，K =A B B A +B A B A +B A 15．要产生10个顺序脉冲，若用四位双向移位寄存器CT74LS194来实现，需要 片。

习题六6-1 (1) A; (2) C; (3) B; (4) C; (5) A6-2，黑表笔插入COM，红表笔插入V/Ω（红笔的极性为“+”），将表笔连接在二极管，其读数为二极管正向压降的近似值。

用模拟万用表测量二极管时，万用表内的电池正极与黑色表笔相连；负极与红表笔相连。

测试二极管时，将万用表拨至R×1k档，将两表笔连接在二极管两端，然后再调换方向，若一个是高阻，一个是低阻，则证明二极管是好的。

当确定了二极管是好的以后就非常容易确定极性，在低阻时，与黑表笔连接的就是二极管正极。

6-3 什么是PN结的击穿现象，击穿有哪两种。

击穿是否意味着PN结坏了？为什么？答：当PN结加反向电压（P极接电源负极，N极接电源正极）超过一定的时候，反向电流突然急剧增加，这种现象叫做PN结的反向击穿。

击穿分为齐纳击穿和雪崩击穿两种，齐纳击穿是由于PN结中的掺杂浓度过高引起的，而雪崩击穿则是由于强电场引起的。

PN 结的击穿并不意味着PN结坏了，只要能够控制流过PN结的电流在PN结的允许范围内，不会使PN结过热而烧坏，则PN结的性能是可以恢复正常的，稳压二极管正式利用了二极管的反向特性，才能保证输出电压的稳定。

对于图(a)假定D1、D2、D3截止，输出端的电位为-18V，而D1、D2、D3的阳极电位分别是-6V、0V、-6V，因此，理论上D1、D2、D3都能导通，假定D1导通，则输出点的电位为-6V，由于该点电位也是D2的阴极电位，因此D2会导通，一旦D2导通，u O点的电位就为0V，因此，D1、D3的阴极电位为0V，而阳极端为-6V，这样D1、D3必定截止，所以输出电压u o=0V（这就是脉冲数字电路中的或门，0V为高电平，-6V为低电平，只要输入端有一个高电平，输出就为高电平）。

对于图(b)依同样的道理可知：D1、D2、D3的阳极电位都低于+18V，所以三个二极管均截止，流过R的电流为0，故输出电位u o=18V试分析图(b)中的三个二极管极性都反过来，输出电压u o=？6-5 现有两只稳压二极管，它们的稳定电压分别为5V和9V，正向导通电压为0.7V。