数字电路-第六章习题答案

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（选择、判断、填空共19题）一、选择题1．脉冲整形电路有。

A.多谐振荡器B.单稳态触发器C.施密特触发器D.555定时器2．多谐振荡器可产生。

A.正弦波B.矩形脉冲C.三角波D.锯齿波3．石英晶体多谐振荡器的突出优点是。

A.速度高B.电路简单C.振荡频率稳定D.输出波形边沿陡峭4．T T L单定时器型号的最后几位数字为。

A.555B.556C.7555D.75565．555定时器可以组成。

A.多谐振荡器B.单稳态触发器C.施密特触发器D.J K触发器6．用555定时器组成施密特触发器，当输入控制端C O外接10V电压时，回差电压为。

A.3.33VB.5VC.6.66VD.10V7．以下各电路中，可以产生脉冲定时。

A.多谐振荡器B.单稳态触发器C.施密特触发器D.石英晶体多谐振荡器二、判断题（正确打√，错误的打×）１．施密特触发器可用于将三角波变换成正弦波。

（）２．施密特触发器有两个稳态。

（）３．多谐振荡器的输出信号的周期与阻容元件的参数成正比。

（）４．石英晶体多谐振荡器的振荡频率与电路中的R、C成正比。

（）５．单稳态触发器的暂稳态时间与输入触发脉冲宽度成正比。

（）６．单稳态触发器的暂稳态维持时间用t W表示，与电路中R C成正比。

（）７．采用不可重触发单稳态触发器时，若在触发器进入暂稳态期间再次受到触发，输出脉宽可在此前暂稳态时间的基础上再展宽t W。

（）８．施密特触发器的正向阈值电压一定大于负向阈值电压。

（）三、填空题1．555定时器的最后数码为555的是产品，为7555的是产品。

2．施密特触发器具有现象，又称特性；单稳触发器最重要的参数为。

3．常见的脉冲产生电路有，常见的脉冲整形电路有、。

4．为了实现高的频率稳定度，常采用振荡器；单稳态触发器受到外触发时进入态。

答案一、选择题1．BC2．B3．C4．A5．ABC6．B7．B二、判断题1．×2.√ 3.√ 4.×5.×6.√7.×8.√三、填空题1．TTL CMOS2．回差电压滞后脉宽3．多谐振荡器单稳态触发器施密特触发器4．石英晶体暂稳态。

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。

第六章部分习题参考答案 P240 2题解 ： （1） 驱动方程：112111223331;n n nnnJ K J K Q Q J Q Q K Q ======（2） 状态转移方程：121212121113313313n n n n n n n n nn n n n n nQ Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q +++==⋅+⋅=+（3）（4）（5） 功能说明：经分析可知，该电路为六进制计数器，每六个CP 脉冲循环一次。

两个偏离状态在CP 脉冲的作用下可以自动进入有效循环序列，故该电路具有自启动功能。

5题解：（1）驱动方程和输出方程：11212121211221;nnnnnnnnnJ K J K Q A F AQ Q AQ Q AQ Q AQ Q ====⊕=⋅=+⋅（2）状态转移方程： 121212111()n nn n n n n Q Q Q Q A Q Q A Q ++==⊕+⊕⋅（3）状态转移表：(4) 状态转移图：（5）功能说明：<1> A=0 时，该电路是二进制加法计数器；A=1 时，该电路是二进制减法计数器。

<2> 由状态转移表可以看出，AQ 2Q 1全为0或全为1时，电路输出为1，其余情况输出全为0。

所以，可以由A 及输出F 的状态判断 触发器的状态是否均为1或均为0。

P245 28题解： 第一个计数器的计数状态是从1001到1111，共7个状态；第二个计数器的计数状态是从0111到1111，共9个状态。

而第二个计数器是当第一个计数器有进位输出时才获得一次计数机会，所以该计数器的总计数值为7*9 = 63，即计数器的分频比为1/63，即计数模值为63 。

31题解：S 0 = 0011； S M-1=1001；产生置位信号的状态是1001。

则该计数器的计数循环状态是从0011到1001，共计7个状态，所以是7进制计数器。

32．解：当M=1时，计数循环状态是从0100到1001，共6个状态，并由1001产生置位信号，所以M=1时为6进制计数器。

数字电子技术基础第四版课后答案6第六章脉冲波形的产生和整形[题6.1]用施密特触发器能否寄存1位二值数据，说明理由。

[解]不能，因为施密特触发器不具备记忆功能。

[题6.2]在图P6.2（a）所示的施密特触发器电路中，已知R110k，R230kG1和G2为CMOS反相器，VDD=15Ｖ。

（1）试计算电路的正向阈值电压ＶＴ＋、负向阈值电压ＶＴ－和回差电压△VT。

（2）若将图P6.2（b）给出的电压信号加到P6.2（a）电路的输入端，试画出输出电压的波形。

［解］R11015VT1VRTH1302V10V2(1)R11015VT1VRTH1302V5V2VTVTVT5V(2)见图A6.2。

［题6.3］图P6.3是用ＣMOS反相器接成的压控施密特触发器电路，试分析它的转换电平ＶT+、VT-以及回差电压△ＶT与控制电压ＶCO的关系。

,则根据叠加定理得到[解]设反相器G1输入端电压为IR2//R3R1//R3R1//R2VCO0R1R2//R3R3R1//R2R2R1//R3VTH时，IVT，因而得到（1）在I升高过程中00。

当升至IIIVTHVTR2//R3R1//R2VCOR1R2//R3R3R1//R2R1R1R1R1//R2R1R2//R3VTVTHVCOVTH1RVCORRRR//RR//R32331223 VTH时，IVT，于是可得（2）在I降低过程中0VDD。

当降至I VTHVTR2//R3R1//R3R1//R2VCOVDDR1R2//R3R3R1//R2R2R1//R3 R1//R3R1R2//R3R1//R2VVVCODDTHR3R1//R2R2R1//R3R2//R3VTR1R1R1VTH1RRRVCO323RRVTVTVT21VTH1VDDR2R2（3）（与VCO无关）根据以上分析可知，当Vco变小时，VT+和VT-均增大，但回差电压△VT不变。

[题6.4]在图P6.4施密特触发器电路中，若G1和G2为74LS系列与非门和反相器它们的阈值电压VTH=1.1V，R1=1KΩ，二极管的导通压降VD=0.7V，试计算电路的正向阈值电压VT+、负向阈值电压VT-和回差电压△VT。

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。

A T V，、-、、/: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。

P6.1library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity chp6_1 isport(clk:in std_logic;d_out:out std_logic_vector(5 downto 0)); end;architecture bhv of chp6_1 issignal count: std_logic_vector(5 downto 0); signal temp: std_logic_vector(5 downto 0); beginprocess(clk)beginif clk'event and clk='1' thencount<= count+1;if count="100000" then count<="000000";end if;end if;end process;process(clk)beginif clk'event and clk='0' thentemp<=temp+1;if temp="0111111" then temp<="000000"; end if;end if;end process;d_out<=count+temp;end;P6.3solution1library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity chp6_3 isport(x:in std_Logic_vector(7 downto 1);y:out std_logic_vector(2 downto 0)); end;architecture bhv of chp6_3 isbeginprocess(x)beginif x(7)='1' then y<="111";elsif x(6)='1' then y<="110";elsif x(5)='1' then y<="101";elsif x(4)='1' then y<="100";elsif x(3)='1' then y<="011";elsif x(2)='1' then y<="010";elsif x(1)='1' then y<="001";else y<="000";end if;end process;end;solution2library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity chp6_3_2 isgeneric(n:integer:=3);port(x:in std_logic_vector(2**n-1 downto 0);y:out integer range 0 to 2**n-1); end;architecture bhv of chp6_3_2 isbeginprocess(x)variable temp:integer range 0 to 2**n-1; beginfor i in x'range loopif x(i)='1' thentemp:=i;exit;end if;end loop;y<=temp;end process;end;P6.4library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity chp6_4 isgeneric (n:integer:=8);port(clk:in std_logic;clk_out:out std_logic);end;architecture bhv of chp6_4 issignal rst:std_logic;signal temp:std_logic_vector(2 downto 0); beginprocess(clk,rst)beginif rst='1' thentemp<="000";elsif clk'event and clk='1' thentemp<=temp+1;end if;end process;rst<='1' when temp="111" else'0';clk_out<=temp(2);end;P6.5library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity chp6_5 isgeneric (n:integer:=7);port(clk:in std_logic;clk_out:out std_logic);end;architecture bhv of chp6_5 issignal temp:std_logic_vector(2 downto 0); signal cout:std_logic;beginprocess(clk)beginif clk'event and clk='1' thentemp<=temp+1;if temp="110" then temp<="000";end if;end if;end process;cout<='1' when temp="110" else'0';clk_out<=cout;end;P6.6library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity chp6_6 isport(clk,start,stop,reset:in std_logic;dig1,dig2,dig3:out std_logic_vector(3 downto 0)); end;architecture bhv of chp6_6 issignal sec1:integer range 0 to 10;signal sec2:integer range 0 to 6;signal min:integer range 0 to 10;beginprocess(clk,start, stop,reset)variable count1:integer range 0 to 10;variable count2:integer range 0 to 6;variable count3:integer range 0 to 10;beginif reset='1' thencount1:=0;count2:=0;count3:=0;elsif clk'event and clk='1' thenif start='1' and stop='0' thencount1:=count1+1;if count1=10 thencount1:=0;count2:=count2+1;if count2=6 thencount2:=0;count3:=count3+1;if count3=10 thencount3:=0;end if;end if;end if;end if;end if;sec1<=count1;sec2<=count2;min<=count3;end process;dig1<=conv_std_logic_vector(sec1,4);dig2<=conv_std_logic_vector(sec2,4);dig3<=conv_std_logic_vector(min,4);end;P6.8use ieee.std_logic_1164.all;entity chp6_8 isgeneric(n:integer:=8);port(input:in std_logic_vector(n-1 downto 0);output:out std_logic);end;architecture bhv of chp6_8 isbeginprocess(input)variable temp:std_logic_vector(n-1 downto 0); begintemp(0):=input(0);for i in 1 to n-1 looptemp(i):=input(i) xor temp(i-1);end loop;output<=temp(n-1);end process;end;P6.9library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity chp6_9 isgeneric(n:integer:=4);port(input:std_logic_vector(n-1 downto 0);output:out integer range 0 to n);end;architecture bhv of chp6_9 isbeginprocess(input)variable temp:integer range 0 to n;begintemp:=0;for i in 0 to n-1 loopif input(i)='1' thentemp:=temp+1;end if;end loop;output<=temp;end process;end;P6.10use ieee.std_logic_1164.all;entity chp6_10 isgeneric(n:integer :=8);port(din:in integer range 0 to n-1;dout:out std_logic_vector(n-1 downto 0));end;architecture bhv of chp6_10 isbeginprocess(din)beginfor i in 0 to n-1 loopif din=i then dout<=(i=>'1', others=>'0');end if;end loop;end process;end;P6.16library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity chp6_16 isgeneric (n:integer:=8);port(a,b:in std_logic_vector(n-1 downto 0);cin:in std_logic;s:out std_logic_vector(n-1 downto 0);cout:out std_logic);end;architecture bhv of chp6_16 issignal carry:std_logic_vector(n downto 0);beginprocess(a,b,cin,carry)begincarry(0)<=cin;for i in 0 to n-1 loops(i)<=a(i) xor b(i) xor carry(i);carry(i+1)<=(a(i) and b(i)) or (a(i) and carry(i)) or (b(i) and carry(i));end loop;cout<=carry(n);end process;end;说明：本次答案均为课上讨论过的，P6.11-P6.15均可参考第五章答案，可以利用对应语句将其放入进程中。

思考题与习题6-1已知图T6-1所示为施密特触发器输入信号u I 的波形，请对应画输出信号u O 的波形。

图T6-16-2 在如图6-14所示的单稳态触发器电路中，已知R=10k Ω、C=0.1μF ，G 1的输出 电阻可忽略不计，试估算输出波形u O 的脉冲宽度。

代入得，脉宽t w=0.7ms6-3图T6-3所示电路是用两个集成单稳态触发器74121构成的脉冲波形变换电路，试计算u O1和u O2输出脉冲的宽度，并画出对应于u I 的u O1和u O2波形。

图T6-3RCt w 7.06-4图T6-4所示电路为可控多谐振荡器，已知tW等于振荡器输出脉冲周期的5倍，请对应u k画u O1和u O2的波形。

图T6-46-5试构成一个如图6-23所示的RC环形振荡器电路，要求振荡器输出信号的频率为1kHZ ，请估算R和C的数值。

若要求振荡频率为1HZ，则R和C又该为多少？解：T≈2.2RC，f=1KHZ，则T=1ms，因此，当f=1KHZ时，RC=0.45ms；当f=1HZ 时，RC=0.45s。

6-6试用555定时器构成一个单稳态电路，要求输出脉冲幅度≥10V，输出脉冲宽度在1-10秒范围内连续可调。

解：根据题意，用555定时器设计得单稳态触发器取R1=22K,R2=18K，分压后输入端电压为6.75V(电源电压为15V），一般的，555定时器得输出高电平不低于其电源电压得90%，因此选15v.则UO输出脉宽t W=1.1RC设C=1000μF,则1≤1.1R×1000×10-6≤ 10 909≤R ≤9K6-7图T6-7是用两个555定时器接成的延迟报警器。

当开关S 断开后，经过一定的延 迟时间后扬声器开始发出声音。

如果在延迟时间内S 重新闭合，扬声器不会发出 声音。

在图中给定的参数下，试求延迟时间的具体数值和扬声器发出声音的频率。

图中的G 1是CMOS 反相器，电源电压为12V 。