第2章 逻辑门电路-习题答案
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第一章 数字逻辑基础 思考题与习题题1-1将下列二进制数转换为等值的十六进制数和等值的十进制数。
⑴(10010111)2 ⑵(1101101)2⑶(0.01011111)2⑷(11.001)2题1-2将下列十六进制数转换为等值的二进制数和等值的十进制数。
⑴(8C )16 ⑵(3D.BE )16⑶(8F.FF )16⑷(10.00)16题1-3将下列十进制数转换为等值的二进制数和等值的十六进制数。
要求二进制数保留小数点以后4位有效数字。
⑴(17)10⑵(127)10⑶(0.39)10 ⑷(25.7)10题1-4将十进制数3692转换成二进制数码及8421BCD 码。
题1-5利用真值表证明下列等式。
⑴))((B A B A B A B A ++=+ ⑵AC AB C AB C B A ABC +=++⑶A C C B B A A C C B B A ++=++ ⑷E CD A E D C CD A C B A A ++=++++)( 题1-6列出下列逻辑函数式的真值表。
⑴ C B A C B A C B A Y ++=⑵Q MNP Q P MN Q P MN PQ N M Q NP M PQ N M Y +++++=题1-7在下列各个逻辑函数表达式中,变量A 、B 、C 为哪几种取值时,函数值为1?⑴AC BC AB Y ++= ⑵C A C B B A Y ++=⑶))((C B A C B A Y ++++= ⑷C B A BC A C B A ABC Y +++=题1-8用逻辑代数的基本公式和常用公式将下列逻辑函数化为最简与或形式。
⑴ B A B B A Y ++=⑵C B A C B A Y +++=⑶B A BC A Y += ⑷D C A ABD CD B A Y ++= ⑸))((B A BC AD CD A B A Y +++= ⑹)()(CE AD B BC B A D C AC Y ++++= ⑺CD D AC ABC C A Y +++=⑻))()((C B A C B A C B A Y ++++++= 题1-9画出下列各函数的逻辑图。
第1章习题及解答1.1 将下列二进制数转换为等值的十进制数。
(1)(11011)2 (2)(10010111)2(3)(1101101)2 (4)(11111111)2(5)(0.1001)2(6)(0.0111)2(7)(11.001)2(8)(101011.11001)2题1.1 解:(1)(11011)2 =(27)10 (2)(10010111)2 =(151)10(3)(1101101)2 =(109)10 (4)(11111111)2 =(255)10(5)(0.1001)2 =(0.5625)10(6)(0.0111)2 =(0.4375)10(7)(11.001)2=(3.125)10(8)(101011.11001)2 =(43.78125)10 1.3 将下列二进制数转换为等值的十六进制数和八进制数。
(1)(1010111)2 (2)(110111011)2(3)(10110.011010)2 (4)(101100.110011)2题1.3 解:(1)(1010111)2 =(57)16 =(127)8(2)(110011010)2 =(19A)16 =(632)8(3)(10110.111010)2 =(16.E8)16 =(26.72)8(4)(101100.01100001)2 =(2C.61)16 =(54.302)81.5 将下列十进制数表示为8421BCD码。
(1)(43)10 (2)(95.12)10(3)(67.58)10 (4)(932.1)10题1.5 解:(1)(43)10 =(01000011)8421BCD(2)(95.12)10 =(10010101.00010010)8421BCD(3)(67.58)10 =(01100111.01011000)8421BCD(4)(932.1)10 =(100100110010.0001)8421BCD1.7 将下列有符号的十进制数表示成补码形式的有符号二进制数。
思考题:题2.1.1 答:肖特基二极管(SBD)、分流。
题2.1.2 答:基区、滞后。
题2.1.3 答:(A)、(B) 。
题2.1.4 答:对。
题2.2.1 答:A、B。
题2.2.2 答:C、D。
题2.2.3 答:4ns。
题2.2.4 答:(A)、(C)、。
题2.2.5 答:降低、降低。
题2.2.6 答:0、1和三态题2.2.7 答:若一个输出高电平,另一个输出低电平时,会在T4和T5间产生一个大电流,烧毁管子。
OC门“线与”在输出接一电阻和一5-30V电源电压。
题2.2.8 答:能、分时。
题2.2.9 答:1. 为了缩短传输延迟时间,电路中使用肖特基管和有源泄放电路,另外,还将输入级的多发射极管改用SBD代替,由于SBD没有电荷存储效应,因此有利于提高电路的工作速度。
电路中还接入了D3和D4两个SBD,当电路的输出端由高电平变为低电平时,D4经T2的集电极和T5的基极提供了一条通路,一是为了加快负载电容的放电速度,二是为了加速T5的导通过程。
另外,D3经T2的集电极为T4的基极提供了一条放电通路,加快了T4的截止过程。
2. 为降低功耗,提高了电路中各电阻的阻值,将电阻R5原来接地的一端改接到输出端,以减小T3导通时电阻R5上的功耗。
题2.3.1 答:A。
题2.3.2 答:A。
题2.3.3 答:A。
题2.3.4 答:导通。
题2.3.5 答:B、C。
思考题:题2.4.1 答:(A)分流。
题2.4.2 答:(B) 内部电阻和容性负载。
题2.4.3 答:(B) 3.3V;(C)5V;(D) 30V。
题2.4.4 答:CMOS反相器和CMOS传输门。
题2.4.5 答:加入缓冲器保证输出电压不抬高或者降低,正逻辑变负逻辑或者相反,与非变成或非,或者或非变为与非。
题2.4.6 答:(C)低、高。
题2.4.7答:(A) OD门;(B) OC门;(C)三态门。
16题2.4.8 答:(A)驱动大负载;(B)电平移位。
课题一组合逻辑电路任务 1 逻辑门电路的识别和应用一、填空题1.与逻辑; Y=A ·B2.或逻辑; Y=A+B3.非逻辑; Y=4.与运算;或运算;非运算5.低电平6.输入电压 Vi ;输出电压 Vo7. 3.6V;0.3V8.输出端并;外接电阻 R;线与;线与;电平9.高电平;低电平;高阻态10.CMOS11.非门;非门二、选择题1. A2. C3. C4. D5. C6. A7. B8. B9. B10.A11.B12.B13.A三、简答题1. Y1:Y2:2.真值表逻辑函数式Y=ABC 3.真值表逻辑表达式Y1=ABY2=Y3= A+B逻辑符号4.5.任务 2 组合逻辑电路的分析和设计一、填空题1.高电平;低电平2.输入逻辑变量的各种可能取值;相应的函数值排列在一起3.逻辑变量;与;或;非4.两输入信号;异或门电路5.代数;卡诺图6.A+B+C ;A;A7.( 1) n; n;(2)原变量;反变量;一;一8.与或式; 1; 09.组合逻辑电路;组合电路;时序逻辑电路;时序电路10.该时刻的输入信号;先前的状态二、选择题1. D2. C3. C4. A5. A三、判断题1.×2.√3.√4.√5.×6.√7.×四、简答题1.略2.( 1) Y=A+ B(2)Y=AB + A B(3)Y=ABC+A + B +C+D=A + B +C+D3. (1)Y=A B C+ABC+ABC+ABC= A C+AC(2) Y= A CD+A B D + D+ACDAB(3)Y=C+ AB+AB4.状态表逻辑功能:相同出1,不同出 0逻辑图5.( a)逻辑函数式Y=AB+ A B真值表逻辑功能:相同出1,不同出 0(b)逻辑函数式 Y=AB+BC+AC真值表逻辑功能:少数服从多数电路,即三人表决器。
6.Y=A ABC +B ABC +C ABC判不一致电路,输入不同,输出为1,;输入相同,输出为0。
第2章逻辑门内容提要:本章系统地介绍数字电路的基本逻辑单元—门电路,及其对应的逻辑运算与图形描述符号,并针对实际应用介绍了三态逻辑门和集电极开路输出门,最后简要介绍TTL集成门和CMOS集成门的逻辑功能、外特性和性能参数。
2.1 基本逻辑门导读:在这一节中,你将学习:⏹与、或、非三种基本逻辑运算⏹与、或、非三种基本逻辑门的逻辑功能⏹逻辑门真值表的列法⏹画各种逻辑门电路的输出波形在逻辑代数中,最基本的逻辑运算有与、或、非三种。
每种逻辑运算代表一种函数关系,这种函数关系可用逻辑符号写成逻辑表达式来描述,也可用文字来描述,还可用表格或图形的方式来描述。
最基本的逻辑关系有三种:与逻辑关系、或逻辑关系、非逻辑关系。
实现基本逻辑运算和常用复合逻辑运算的单元电路称为逻辑门电路。
例如:实现“与”运算的电路称为与逻辑门,简称与门;实现“与非”运算的电路称为与非门。
逻辑门电路是设计数字系统的最小单元。
2.1.1 与门“与”运算是一种二元运算,它定义了两个变量A和B的一种函数关系。
用语句来描述它,这就是:当且仅当变量A和B都为1时,函数F为1;或者可用另一种方式来描述数字电子技术2它,这就是:只要变量A 或B 中有一个为0,则函数F 为0。
“与”运算又称为逻辑乘运算,也叫逻辑积运算。
“与”运算的逻辑表达式为: F A B =⋅ 式中,乘号“.”表示与运算,在不至于引起混淆的前提下,乘号“.”经常被省略。
该式可读作:F 等于A 乘B ,也可读作:F 等于A 与B 。
逻辑与运算可用开关电路中两个开关相串联的例子来说明,如图2-1所示。
开关A 、B 所有可能的动作方式如表2-1a 所示,此表称为功能表。
如果用1表示开关闭合,0表示开关断开,灯亮时F =1,灯灭时F =0。
则上述功能表可表示为表2-1b 。
这种表格叫做真值表。
它将输入变量所有可能的取值组合与其对应的输出变量的值逐个列举出来。
它是描述逻辑功能的一种重要方法。
表2-1a 功能表由“与”运算关系的真值表可知“与”逻辑的运算规律为:00001100111⋅=⋅=⋅=⋅= 表2-1b “与”运算真值表图2-1 与运算电路第二章 逻辑门 3简单地记为:有0出0,全1出1。
第2章 逻辑门电路2.1解题指导【例2-1】 试用74LS 系列逻辑门,驱动一只V D =1.5V ,I D =6mA 的发光二极管。
解:74LS 系列与之对应的是T4000系列。
与非门74LS00的I OL 为4mA ,不能驱动I D =6mA 的发光二极管。
集电极开路与非门74LS01的I OL 为6mA ,故可选用74LS01来驱动发光二极管,其电路如图所示。
限流电阻R 为Ω=--=--=k V V V R OL D CC 5.065.05.156【例2-2】 试分析图2-2所示电路的逻辑功能。
解:由模拟开关的功能知:当A =1时,开关接通。
传输门导通时,其导通电阻小于1k Ω,1k Ω与200k Ω电阻分压,输出电平近似为0V 。
而A =0时,开关断开,呈高阻态。
109Ω以上的电阻与200k Ω电阻分压,输出电平近似为V DD 。
故电路实现了非逻辑功能。
【例2-3】 试写出由TTL 门构成的逻辑图如图2-3所示的输出F 。
&≥1F≥1A B图2-3 例2-3门电路解:由TTL 门输入端悬空逻辑上认为是1可写出【例2-4】 试分别写出由TTL 门和CMOS 门构成的如图2-4所示逻辑图的表达式或逻辑值。
B F图2-4 例2-4门电路解:由TTL 门组成上面逻辑门由于10k Ω大于开门电阻R ON ,所以,无论 A 、B 为何值 。
由CMOS 门组成上面逻辑门由于CMOS 无开门电阻和关门电阻之说,所以, 。
2.2 例题补充2-1 一个电路如图2-5所示,其三极管为硅管,β=20,试求:ν1小于何值时,三极管T 截止,ν1大于何值时,三极管T 饱和。
解:设v BE =0V 时,三极管T 截止。
T 截止时,I B =0。
此时10)10(020I --=-v v I =2VT 临界饱和时,v CE =0.7V 。
此时V CC v Iv O+10V VV V 020011DD F ≈+=DDDD 44DD 599F 210101021010V V V V ≈+≈⨯+=A B A F =++⋅=110≡F AB F =mAI 0465.010207.010BS =⨯-=mAv I I 0465.010)10(7.027.0I BS B =----== v I =4.2V上述计算说明v I <2V 时,T 截止;v I >4.2V 时,T 饱和。
习 题2-1.试分别画出实现下列逻辑功能的CMOS 电路图。
⑴ ;C B A F ++= ⑵ ;C B A F ⋅⋅= ⑶ ;BC A F +=⑷ ⎩⎨⎧=:高阻F AB F 1==EN O EN 2-2.试画出图题2-2中门电路F1、F2、F3的输出波形,输入A 、B 的波形如图中所示。
(a) 逻辑图 (b) 波形图图 题2-2答案:2-3.门电路符号和A 、B 、C 输入波形如图2-3所示,根据给定的输入波形画出输出F 的波形。
AB C F图 题2-3A B C(a)逻辑图(b)波形图2答案:2-4.指出图题2-4中各TTL 门电路的输出状态(高电、低电平或高阻态)。
图 题2-4答案:(a )低电平 (b )低电平 (c )高电平 (d )高电平 (e )高阻态 (f )高阻态 (g )高电平 (h )低电平2-5. 在图题2-5各电路中,每个输入端应怎样连接,才能得到所示的输出逻辑表达式。
2V ILVV V IL VVV IL VV V V IL (g)(h)3图 题2-5答案 (a )输入端为A 非,B 非,高电平。
(b )输入端为A 非,B 非,低电平。
(c )输入端为A ,B 。
或者A 非,B 非。
(e )输入端为A,B. C,D.低电平,低电平。
(f )2-6.试写出图题2-6中各NMOS 门电路的输出逻辑表达式。
图 题2-6 电路图2-7.请简要回答下列问题(1)三态门的典型应用是什么?(2)集电极开路(OC )门典型应用是什么?它和三态门有何异同点? (3)或非门无用输入端应如何处理? 答案:(1)三态门的典型应用于数据的双向传输。
V DD(a)(b)4(2)OC门的典型应用是作为驱动器,三态门在使用过程中不需要加上拉电阻,更经济,更高速。
(3)接低电平(接地)2-8.求图题2-8所示的电路的输出逻辑表达式。
答案:__Y=AB+BC+D+E2-9.某CMOS器件的电路如图题2-9,试写出其逻辑表达式,说明该逻辑电路的功能。
基本逻辑门电路及其应用典型练习题2注意事项:1.答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息2.请将答案正确填写在答题卡上1.联合国安理会每个常任理事国都拥有否决权,假设设计一个表决器,常任理事国投反对票时输入“0”,投赞成或弃权时输入“1”,提案通过为“1”通不过为“0”,联合国规定,只要常任理事国有一个反对,提案就不能通过,这个表决器应具有哪种逻辑关系()A.“或”门B.“与”门C.“非”门D.“或非”门【答案】B【详解】只要其中一个常任理事国投反对票,提案就不能通过.即只要一个输入为“0”,输出就为“0”,则该事件是“与”逻辑关系.故B正确,ACD错误。
故选B。
2.如图是一个火警报警器的逻辑电路图,R t是热敏电阻低温时电阻很大,高温时电阻很小,R是分压电阻。
要做到低温时电铃不响,火警时温度升高,电铃响起,图中虚线圆框内应接入()A.与门B.非门C.或门D.与非门【答案】B【详解】当温度升高时,R t阻值变小,门电路输入端为低电势,门电路输出端为高电势,电铃响起,当温度很低时,R t阻值很大,门电路输入端为高电势,门电路输出端为高电势,电铃不响,所以应接入非门。
故选B。
3.如图为一门电路的两个输入端A、B与输出端Z的电压信号图,由此可推断该门电路是()A.“与”门B.“或”门C.“非”门D.“与非”门【答案】B【详解】A.该门电路是与门,输入都为“1”,输出才为“1”,验证发现A错误;B.该门电路为或门,输入只要有“1”,输出就为“1”,验证发现B正确;C.该门电路为或非门,输入只要有“1”,输出就为“0”,验证发现C错误;D.该门电路为与非门,输入只要有“0”输出就为“1”,验证发现D错误。
故选B。
4.一个逻辑门的输入端A、B和输出端Z的电信号如图所示,则该逻辑门是()A.与门B.或门C.非门D.与非门【答案】B【详解】由信号图可知,输入端只要有一个1,输出即为1,只有全部输入端是0,输出是0,可知此为或门电路。
1
第2章 逻辑门电路
2.1 题图2.1(a)画出了几种两输入端的门电路,试对应题图2.1(b)中的A、B波形画出各门的输出F1~
F6的波形。
题图2.1
解:
2.2 求题图2.2所示电路的输出逻辑函数F1、F2。
题图2.2
解:
2
2.3 题图2.3中的电路均为TTL门电路,试写出各电路输出Y1~Y8状态。
题图2.3
解: Y1=0, Y2=0, Y3=Hi-Z, Y4=0, Y5=0, Y6=0, Y7=0, Y8=0.
2.4 题图2.4中各门电路为CMOS电路,试求各电路输出端Y1 、Y2和Y的值。
题图2.4
解: Y1=1, Y2=0, Y3=0.
2.5 6个门电路及A、B波形如题图2.5所示,试写出F1~F6的逻辑函数,并对应A、B波形画出
F1~F6的波形。
3
题图2.5
解:
2.6 电路及输入波形分别如题图2.6(a)和2.6(b)所示,试对应A、B、C、x1、x2、x3 波形画出F端波
形。
题图2.6
解:
4
2.7 TTL与非门的扇出系数N是多少?它由拉电流负载个数决定还是由灌电流负载决定?
解: N≤8 N由灌电流负载个数决定.
2.8 题图2.8表示三态门用于总线传输的示意图,图中三个三态门的输出接到数据传输总线,D1D2、
D3D4、…、DmDn为三态门的输入端,EN1、EN2、ENn分别为各三态门的片选输入端。试问:EN信
号应如何控制,以便输入数据D1D2、D3D4、…、DmDn顺序地通过数据总线传输(画出EN1~EN
n
的对应波形)。
题图2.8
解:用下表表示数据传输情况
2.9 某工厂生产的双互补对称反相器(4007)引出端如题图2.9所示,试分别连接成:(1)反相器;
(2)三输入与非门;(3)三输入或非门。
5
题图2.9
解: (1) 反向器
(2)与非门 (3)或非门
2.10 按下列函数画出NMOS电路图。
1
2
3
()()()FABCDEHGFABCDABCDFAB
解:(1)
6
(2) (3)
2.11 将两个OC门如题图2.11连接,试写出各种组合下的输出电压uo及逻辑表达式。
题图2.11
解:
7
2.12 写出题图2.12的电路表达式,并对表达式进行简化。
题图2.12
解: CABCABCABY
2.13 按下列函数画出CMOS电路图。
CDABF
1
BAF
2
解:(1)CDABCDABF1
8
(2) BABABAABABBAF2
2.14 TTL与非门输入端悬空相当于什么电平?输入端阈值电压VT等于多少?输出端F = 0时,能带
动几个同类型TTL与非门?负载个数超出扇出系数越多,输出F变得越高还是越低?
解:TTL与非门输入端悬空相当于高电平;
输入端阈值电压VT=1.4V;
输出端F = 0时,能带动8个同类型TTL与非门;
负载个数超出扇出系数越多,输出F变得越高。
2.15 题图2.15中,G1为TTL三态门,G2为TTL非门,K为开关,电压表内阻为200 k。求下列
情况下,电压表读数F1和G2输出电压F2分别为多少?
(1)A = 0.3 V,B = 0.3 V,C = 0.3 V,K接通。
(2)A = 0.3 V,B = 3.6 V,C = 0.3 V,K断开。
(3)A = 3.6 V,B = 0.3 V,C = 3.6 V,K接通。
(4)A = B = 0 V,C = 3.6 V,K断开。
(5)A = B = 3.63 V,C = 0.3 V,K接通。
题图2.15
解: (1) F1=3.6V, F2=0V
(2) F1=3.6V, F2=0V
(3) F1=3.6V, F2=0V
(4) F1无读数, F2=0V
(5) F1=0V, F2=3.6V
9
2.16 电路如题图2.16(a)所示,试对应2.16(b)的输入波形画出F1、F2的对应波形。
题图2.16
解: EN=0时,F1=BA,F2=BABA
EN=1时,F1=1,F2=A 据此刻在图2.16(b)上画出F1.F2波形如下:
2.17 写出题图2.17中NMOS 电路的逻辑表达式。
题图2.17
解: (a)ABCCBAY1
(b)BABAY2
(c)BABAY3
2.18 写出题图2.18(a)~(c)中各TTL电路的输出逻辑表达式F1、F2和F3,并对应题图2.18(d)所示的
输入A、B、C波形画出F1、F2、、F3波形。
10
题图2.18
解: (a)CACCAFFCCACAFCC111101,1,0,0,1
(b) CBACACBACACABFAFCCABFCC)(,1,0,0,1222
(c) 11,1,01,0,1333CCFFCCFCC
2.19 题图2.19中,G1、G2 为“线与”的两个TTL OC门,G3、G4、G5为三个TTL与非门,若G1、
G2皆输出低电平时,允许灌入的电流IOL为15 mA;G1、G2门皆输出高电平时允许的IOH小于
200 A。G3、G4和G5它们的低电平输入电流为IIL=1.1 mA,高电平输入电流IIH=5 A。Ec(VCC)
= 5 V,要求OC门输出的高电平VOH≥3.2V, 低电平VOL≤0.4V,求负载电阻RL应选多大。
11
题图2.19
解:
maxmin3/5.03.23.27 k(20.230.05)10LCCOHOHIH
RVVnImI
minmax3/5.00.40.39 k(1531.1)10LCCOLOLIL
RVVImI
所以,选定的RL值应在3.27 k与0.39 k之间,可以取RL = 1~2 k。
2.20 写出题图2.20(a)~(c)各TTL门电路的输出逻辑表达式F1、F2和F3。
题图2.20
解: (a) '1AAF
(b) '3'2'13211AAAAAAF
12
(c) BABABABABABAABF3
2.21 写出题图2.21中CMOS电路的输出逻辑表达式F1和F2。
题图2.21
解:
2.22 画出实现下列逻辑函数的CMOS电路。
F1(A、B、C) = AB + C
F2(A、B、C) = AB + CD
解: 1.
2.
13
2.23 简述CMOS电路驱动TTL电路和TTL电路驱动CMOS电路的技术要求。
解: 1.通过第2章中表2-17可以看出,CMOSCC4000系列电路可以直接驱动TTLCT4000系列电路,
这是因为CMOS VOH=4.95V,大于CT4000VIH(2V),VOL=0.05V小于VIL(0.8V);CMOS
IOH=0.5mA大于IIH(20uA),符合匹配原则,故可以直接驱动。
因为IOL
CMOS-TTL电平变换电路有CC4049,CC4050等。
2.TTL电路驱动CMOS电路
因为TTL电路的VOH小于CMOS电路的VIH,所以TTL电路不能直接驱动CMOS电路,可采
用加上接电阻RUF的办法提高TTL电路的输出高电平,如图所示,RUF的电阻值对于CT1000
系列可在209~4.7K之间选择,如果CMOS电路的ED>5V,则须加电平变换电路
2.24 把题图2.24所示的或非门电路变成与或门电路。
题图2.24
解: 与或门电路如右图。
2.25 把题图2.25所示的门电路变换成与非门电路。
14
题图2.25
解: 与非门电路如右图。