数电第5章习题解答张克农版

5章课后习题解答

5.1 一同步时序电路如图题5.1所示,设各触发器的起始状态均为0态。 (1) 作出电路的状态转换表; (2) 画出电路的状态图;

(3) 画出CP 作用下各Q 的波形图; (4) 说明电路的逻辑功能。

图题

5.1

[解] (1) 状态转换表见表解 5.1。 (2) 状态转换图如图解5.1(1)。 (3) 波形图见图解5.1(2)。

(4) 由状态转换图可看出该电路为同步8进制加法计数器。

CP Q 0Q 1Q 2

(1) (2)

图解 5.1

5.2 由JK FF 构成的电路如图题5.2所示。

(1) 若Q 2Q 1Q 0作为码组输出,该电路实现何种功能? (2) 若仅由Q 2输出,它又为何种功能?

图题

5.2

[解] (1) 由图可见,电路由三个主从JK 触发器构成。各触发器的J ,K 均固定接1,且为异步连接,故均实现T '触发器功能,即二进制计数,故三个触发器一起构成8进制计数。当Q 2Q 1Q 0作为码组输出时,该电路实现异步8进制计数功能。

(2) 若仅由Q 2端输出,则它实现8分频功能。

5.3 试分析图题5.3所示电路的逻辑功能。

图题5.3

[解] (1) 驱动程式和时钟方程

J 0=Q 2n ,K 0=1;CP 0=CP

0 J 1=K 1=1;CP 1=Q

n

,K 2=1;CP 2=CP J 2=Q 1n Q 0

(2) 将驱动方程代入特性方程得状态方程 Q n +1=J 0Q 0n +K 0Q 0n =Q 2n Q 0n (CP )

Q 1n +1=Q 1n (CP 1)

n +1n n n

Q 2=Q 2Q 1Q 0 (CP )

(3) 根据状态方程列出状态转换真值表

图解5.3

(4) 作状态转换图

(5) 逻辑功能:由状态转换图可见该电路为异步5进制计数器。

5.4试求图题5.4所示时序电路的状态转换真值表和状态转换图,并分别说明X = 0及X = 1时电路的逻辑功能。

图题5.4

[解] (1) 写驱动方程和输出方程 J 0=X , K 0=X Q 1n J 1=XQ 0n , K 1=Q 0n Y =Q 1n (2) 求状态方程

n n

Q 0n +1=J 0Q n 0+K 0Q X Q 0=0+

n Q X n Q 10

n n

Q 1 Q 0

n n n n

Q 1n +1=J 1Q X Q +1+K 1Q 1=1Q 0

(3) 画次态卡诺图求状态转换真值表

图解 5.4(1)

(4) 作状态转换图如图解5.4(2)所示。

(5) 功能:当X =0时,实现返回初态;当X =1时,实现三进制计数功能。

5.5 试分析图题5.5所示的异步时序电路。要求: (1) 画出M = 1,N = 0时的状态图; (2) 画出M = 0,N = 1时的状态图; (3) 说明该电路的逻辑功能。

N 1 CP M

图题5.5

Q 1

Q 2

[解] (1) 见图解5.5(1)。

图解5.5(1) 图解5.5(2)

(2) 见图解5.5(2)。

(3)电路的逻辑功能:可逆的八进制计数器,M 、N 分别为加、减法运算控制端。 5.6. 已知图题5.6是一个串行奇校验器。开始时,首先由R D 信号使触发器置“0”。此后,由X 串行地输入要校验的n 位二进制数。当输入完毕后,便可根据触发器的状态确定该n 位二进制数中“1”的个数是否为奇数。试举例说明其工作原理,并画出波形图。

图题5.6

[解] 写出电路的状态方程为,Q

n +1

=X ⊕Q n 。由于电路的初始状态为0,由状态方程

可知,当输入X 中有奇数个“1”时,输出Q 为1。波形图略。

5.7 已知图题5.7是一个二进制序列检测器,它能根据输出Z 的值判别输入X 是否为所需的二进制序列。该二进制序列在CP 脉冲同步下输入触发器D 1 D 2 D 3 D 4的。设其初态为1001,并假定Z =0为识别标志,试确定该检测器所能检测的二进制序列。

图题5.7

5.8用JK 触发器设计一串行序列检测器,当检测到110序列时,电路输出为1。 [解] (1) 画原始状态转换图 ① 确定原始状态数及其意义

输入序列X :0 1 1 0 0 输出相应Y :0 0 0 1 0 状 态:S 0 S 1 S 2 S 3 S 0 ② 画原始状态图如图解5.8(1)所示。

(2) 状态化简,简化状态图如图解5.8(2)所示。 (3) 状态编码,选择FF

取S 0=00,S 1=01,S 2=11(按相邻原则选择码组);选JKFF ,n =2。

(4) 列出状态转换表如表解5.8所示。 (5) 求状态方程和输出方程 作次态卡诺图如图解5.8(3)。

图解 5.8(3)

由次态卡诺图求得

n

Q 1n +1=X Q 1n Q 0+

XQ 1n

n +1n n

Q 0=X Q 0+XQ 0

Z =XQ 1n

(6) 求驱动方程

对比状态方程与特性方程可得 J 1=XQ 0n ,K 1=X J 0=X ,K 0=X (7) 画逻辑图

图解5.8(4)

5.9分析图题5.9所示电路,说明当开关A 、B 、C 均断开时,电路的逻辑功能;当A 、B 、C 分别闭合时,电路为何种功能?

图题

5.9

[解] (1) 当开关A 、B 、C 均断开时,由于非门输入端对地所接电阻R

(2) 当A 闭合时,由于R D =Q 3,因而当Q 3 =1,即计数器状态为1000时,复位到0,重新开始计数。故执行8进制加法计数器功能;同理,B ,C 分别闭合时电路为4进制和2进制加法计数器。

5.10 用JK 触发器设计图题5.10所示功能的逻辑电路。

图题

5.10

[解] (1) 由图可知电路可按五状态时序电路设计。设状态分别为: S 0 = 000,S 1 = 001,S 2 = 010,S 3= 011,S 4 = 100。

(2) 根据状态分配的结果可以列出状态转换真值表如表解5.10。

(3) 画次态卡诺图求状态方程和输出方程

(4) 求驱动方程

将状态方程与JK 触发器的特性方程比较得

n

J 2=Q 1n Q 0,K 2=1

Z

图解 5.10

n +1n n n n n n +1n n n

+Q 1n Q 0=Q 2Q 0 Q 2,Q 0,Z =Q 2 =Q 2Q 1Q 0,Q 1n +1=Q 1n Q 0

n n

J 1=Q 0,K 1=Q 0

J 0=Q 2n ,K 0=1 (5) 检查电路的自启动能力

由次态卡诺图可见,当电路进入无效状态时,其相应的状态转移为:101→ 010,110→ 010,111→ 000,因此,该电路能够自启动。

(6) 画电路图

根据驱动方程和输出方程画逻辑电路图如图解 5.10所示。 5.11 用JK 触发器设计图题5.11所示两相脉冲发生电路。

图题5.11

[解] 由图可见,电路的循环状态为00→ 10→ 11→ 01→ 00,因此可按同步计数器设计,用两个JK FF 实现。

(1) 作次态卡诺图求状态方程和输出方程 Q 1n +1=Q 1n Q 0n +Q 1n Q 0n ,Q 0n +1=Q 1n Q 0n +Q 1n Q 0n

n Z 2=Q 1n ,Z 1=Q 0

图解 5.11(1)

(2) 求驱动方程

将状态方程与JK 触发器的特性方程对比,

1

图解

5.11(2)

可得

n

,K 1=Q 0n J 1=Q 0

J 0=Q 1n ,K 0=Q 1n

(3) 画逻辑电路图

5.12一个同步时序电路如图题5.12所示。设触发器的初态Q 1 = Q0 = 0。 (1) 画出Q 0 、Q 1和F 相对于CP 的波形; (2) 从F 与CP 的关系看,该电路实现何种功能?

[解] (1) 1)写方程式

n

① 驱动方程:D 0=Q 1n D 1=Q 0

图题

5.12

② 复位方程:R D1=Q 0

n ③ 输出方程:F =CP +Q 0

2)求状态方程

n +1n

Q 0=D 0=Q 1n Q 1n +1=Q 0 (R D1=Q 0)

3)求状态转换表,如表5.12所示。

4)画Q 0、Q 1和F 相对于CP 的波形,如图解5.12所示。

从F 与CP 的关系可以看出该电路实现三分频功能。

5. 13 用双向移位寄存器74194构成6位扭环计数器。

[解] 要构成6位扭环计数器,需两块74194级联,如图解5.13所示。

CP Q 0Q 1F

图解5.12

图解 5.13

5.14 利用移位寄存器74194及必要的电路设计产生表题5.14所示脉冲序列的电路。

[解] (1) 作次态译码真值表

即按表题5.14给出的态序表,决定前一状态变化到后一状态时,移入的数据是0还是1以及是左移还是右移,按此设置D SR 及D SL 的状态和功能控制信号M 1、M 0 的状态。如表解5.14所示。

(2) 化简D SR 、D SL 、M 1、M 0

n D S R =Q n 1Q n 3=Q n 1+Q ;3D SL =1

M 1=Q Q +Q Q =Q Q Q M 0=M 1 (3) 画逻辑电路图

n 0n 3n 2n 3n 0n 3n 2

M

Q Q

n

n

Q n Q n

001

10×0××

01111

11×0

00

01××1110

11

图解5.14(1)

图解 5.14(2)

5.15 用74LS293及其它必要的电路组成六十进制计数器,画出电路连接图。

[解] 74LS293为异步2-8-16进制集成计数器,需要两片级联实现60进制计数器。 方法一:全局反馈清零

(1) N = 60,S n = [60]D =[00111100]B (2) F =R 01R 02=∏Q 1=Q 5Q 4Q 3Q 2 (3) 画电路连接图

01234567

图解 5.15(1)

方法二:局部反馈清零 (1) N =60=6⨯10=N 2⨯N 1 S n 2=0110,S n1=1010 (2) F 2=R 01R 02=∏Q 1=Q 2Q 1

1

F 1=R 01R 0= Q 12∏Q =Q 3

(3) 画电路连接图

5.16 图题5.16为由74LS290构成的计数电路,分析它们各为几进制计数器。

0123

图解 5.15(2)

4567

图题5.16

[解] (1) CP → CP 1,仅Q 3Q 2Q 1作输出,反馈连线S n = 011,故为3进制计数器。 (2) CP → CP 1,S n = 100,故为4进制计数器。

(3) CP → CP 0,Q 0 → CP 1,Q 3Q 2Q 1Q 0输出均有效,S n = 1001,故为9进制计数器。 (4) CP → CP 0,Q 0 → CP 1,S n = 1000,故为8进制计数器。

5.16A (1) 试用计数器74LS161及必要的门电路实现13进制及100进制计数器; (2) 试用计数器74LS160实现(1)中的计数器。 [解] (1) ①用反馈清零法实现13进制计数器

N =13 S n =1101

F =CR =∏Q 1=

Q 3Q 2Q 0

1图解 5.16A(1)

逻辑图见图解5.16A (1)。

②用全局反馈清零法实现100进制计数器

N =100

S n =[N ]B =01100100

F =CR =∏Q =Q 6Q 5Q 2

1

1

逻辑图见图解5.16A (2)。 (2) ①13进制计数器

N =13 S n =00010011

01234567

图解 5.16A(2)

F =CR =∏Q 1=Q 4Q 1Q 0 逻辑图见图解5.16A (3)。

②100进制计数器

解 5.16A(4)。

1

01234567

图解5.16A(3)

7.13(g)

因为74160是10进制计数器,所以无需反馈而自然实现100进制计数器。逻辑图见图

图解 5.16A(4)

5.17 用计数器74193构成8分频电路,在连线图中标出输出端。

[解] 74193为同步可逆16进制集成计数器。要得到8分频,只需从 Q 2输出即可。

图解 5.17

1CP

5.18 计数器74LS293构成电路如图题5.18所示,试分析其逻辑功能。

图题

5.18

[解] 电路为全局反馈,且复位信号为异步操作。故可直接读反馈连线的反馈态:

S n =Q 7Q 6Q 5Q 4Q 3Q 2Q 1Q 0=10001000。所以,电路为136进制计数器。

5.19 计数器74LS290构成电路如图题5.19所示,试分析该电路的逻辑功能。

图题

5.19

[解] 由图可知,电路为全局反馈,根据反馈连接可得反馈态 S n =Q 6Q 5 Q Q 4Q 3Q 2Q 1=10000100

由于74290为十进制计数器,S n 应按8421 BCD码考虑。所以,该电路为异步42进制BCD 码加法计数器。

5.20 计数器74161构成电路如图题5.20所示,试说明其逻辑功能。

图题

5.20

[解] 由图可知,74161(1) 的CO 输出控制着74161(2) 的CT P 和CT T ,而74161(2) 的输出CO 又作为反馈控制预置信号,又CO = Q 3Q 2Q 1Q 0CT T ,因此,两片计数器的满状态和预置状态即为计数器的结束和初始状态。故

N =(S 1) -1n -1+1) -S 0=(111111B 1+所以,该电路为同步196进制计数器。

5.21 试分析图题5.21所示用计数器74163构成电路的逻辑功能。

图题5.21

00) (00111B 1=

196

[解] 74163为同步式16进制集成加法计数器。电路为同步级联,通过CR 执行全局反馈清零,因74163的CR 为同步操作方式,直接读连线可得电路的S n-1状态,故:

N =S n -1+1=[010010+0=] 173B 0

所以,该电路为同步73进制加法计数器。

5.22 计数器74193构成电路如图题5.22所示,试分析该电路的逻辑功能。

图题5.22

[解] 74193为异步可逆16进制计数器。图中CP 送入CP D ,CP U = 1配合,又LD =BO ,S O =D 3D 2D 1D 0=1000,可知电路在CP 脉冲作用下执行减法计数。经过8次脉冲将计数器中的预置数1000减到0000,BO 输出低电平,使LD =0,又立即置入1000态。因此,8个CP 脉冲一个计数循环。该电路为同步8进制减法计数器。

5.23指出图题5.23电路中W 、X 、Y 和Z 点的频率。

图题

5.23

[解] (1) 10位环形计数器为10分频,所以f W =16KHz ; (2) 4位二进制计数器为为16分频,所以f X =1KHz ; (3) 模25行波计数器为25分频,所以f Y =40Hz ; (4) 4位扭环计数器为8分频,所以f Z =5Hz 。

5.24 设图5.5.4中各寄存器起始数据为[I]=1011,[II]=1000,[III]=0111,将图题5.24中的信号加在寄存器I 、II 、III 的使能输入端。试决定在t 1、t 2、t 3和t 4时刻,各寄存器的内容。

图题

5.24

[解] t 1时刻,寄存器II 的数据1000送到总线,寄存器III 接收,[I]=1011,[II]=1000,[III]=1000;t 2时刻,寄存器III 的数据1000送到总线,无数据接收,各寄存器数据不变;t 3时刻,无数据传送,各寄存器数据不变;t 4时刻,寄存器I 的数据1011送到总线,寄存器II 、III 接收,[I]=1011,[II]= [III]=1011。

5.25时序电路如图题5.25所示,其中R A 、R B 和R S 均为8

位移位寄存器,其余电路分

别为全加器和D 触发器,要求:

(1) 说明电路的逻辑功能;

(2) 若电路工作前先清零,且两组数码A =10001000,B =00001110,8个CP 脉冲后,R A 、R B 和R S 中的内容为何?

(3) 再来8个CP 脉冲,R S 中的内容如何?

图题5.25

[解] (1) ① 可将电路划分为三个功能块

Ⅰ、Ⅲ中都是8位移位寄存器;Ⅱ中全加器和D 触发器。 ② 分析各功能块电路的逻辑功能

功能块Ⅰ:在移位脉冲CP 作用下逐位将A 、B 两组数据分别移入R A 、R B ,8个CP 脉冲过后,可将A 、B 两组8位二进制数据存入移位寄存器。

功能块Ⅱ:由移位寄存器R A 和R B 提供的加数和被加数的最低位先输入全加器的A i 和B i ,经过全加器相加后产生和输出S 0和进位输出C 0。来一个CP 脉冲后,一方面将R A 和R B 中的次低位数送入A i 和B i 输入,并将最低位相加之和移入R S 中,另一方面又将最低位相加产生的进位通过D FF 输入全加器的CI 端,和次低位加数被加数一起决定相加之和及进位输出,再来CP 时又重复前述过程。这样,经过8个CP 后,A 、B 两组数通过移位寄存器R A 、R B 逐位送入全加器相加。全加器和D 触发器实现两数串行加法运算。

功能块Ⅲ:移位寄存器R S 保存8位全加和。 ③ 分析总体逻辑功能

电路总体实现两组8位二进制数串行加法功能。

(2) 8个CP 脉冲过后,[RA ]=A =10001000,[RB ]=B =00001110,[RS ]=00000000。 (3) [RS]=A +B =10010110

5.26 图题5.26中,74154是4-16线译码器。试画出CP 及S 0、S 1、S 2、S 3、S 4、S 5、S 6和S 7各输出端的波形图。

图题5.26

[解] 由图可见,74194构成扭环形计数器,CP 到来前先清零。因此,74194从0000开始,在M 1M 0=01方式控制信号及CP 脉冲作用下,执行右移操作,由于D SR =Q 3,可得计数态序表如表解5.26所示;74194输出作为4/16线译码器的输出,译码器输出低有效,经非门后S 0~ S7高有效,波形图见图解5.26所示。

1CP S 0S 1S 2S 3S 4

S 5S 6S 7

2345678910

图解5.26

5.27 试用计数器74290设计一个5421编码的六进制计数器。

[解] 当74290的CP 1接CP 脉冲,而将CP 0接Q 2时,电路执行5421 BCD码。5421编码如表解7.23所示。

具体设计如下 (1)N =6,S n =1001 (2)F =R 01R 02=Q 3Q 0

(3) 画逻辑图如图解5.27所示。

图解 5.27

5.28电路如图题5.28所示 (1)画出电路的状态图; (2)说明电路的逻辑功能。

[解] (1) 由图可见,当计数器状态为0101时,

R 01R 02=Q 2Q 0=1,复位条件满足,计数器复位到

0000,完成一次计数循环。状态转换图见图解5.28。

(2) 由状态图可见,该电路为异步五进制加法计数器。

图题

5.28

图解5.28

5.29 电路如图题5.29所示,要求

(1) 列出电路的状态迁移关系(设初始状态为0110) ; (2) 写出F 的输出序列。

图题5.29

[解] (1) 电路由移位寄存器74194和多选一MUX 构成。由于74194中右移数据输入

D SR =Q 3,且工作方式控制信号M 1M 0=01,构成了环形计数器;而8选1MUX 的地址输

入A 2A 1A 0=Q 2Q 1Q 0,D 7=D 5=D 2=1,D 4=D 3=D 0=0,D 6=D 1=Q 3,因此,根据74194的输出态序和MUX 的选择功能就能得出F 的输出序列。电路的状态迁移关系见表解5.29所示。

(2) 由表可见,F 的输出序列为0010。

5.30 图题5.30所示为某非接触式转速表的逻辑框图,其由A~H八部分构成。转动体每转动一周,传感器发出一信号如图题5.30中所示。

(1) 根据输入输出波形图,说明B 框中应为何种电路? (2) 试用集成定时器(可附加JKFF) 设计C 框中电路;

(3) 若已知测速范围为0~9999,E 、G 框中各需集成器件若干?

(4) E框中的计数器应为何种进制的计数器? 试设计之?

(5) 若G 框中采用74LS47,H 框中应为共阴还是共阳显示器? 当译码器输入代码为0110和1001时,显示的字形为何?

图题5.30

[解] (1) 图中输入为缓变信号,输出为矩形波,所以,B 框中应为施密特触发器。 (2) 略

(3) E,G 框中各需集成器件4块;

(4) 因后续电路H 中的显示部分为人们能直接读取的十进制0~9,译码部分必为BCD 七段显示译码器,要求E 框中的计数器应为10进制计数器。

具体设计可采用任一种集成计数器,直接选用10进制集成计数器实现时,电路最简单。此处采用74160实现。逻辑图如图解 5.30所示。

(5) 因7447为输出低有效的译码器,所以,H 框中应为共阳显示器,当译码器输入代码为0110和1001时,显示字形分别为6和9。

图解5.30

5章课后习题解答

5.1 一同步时序电路如图题5.1所示,设各触发器的起始状态均为0态。 (1) 作出电路的状态转换表; (2) 画出电路的状态图;

(3) 画出CP 作用下各Q 的波形图; (4) 说明电路的逻辑功能。

图题

5.1

[解] (1) 状态转换表见表解 5.1。 (2) 状态转换图如图解5.1(1)。 (3) 波形图见图解5.1(2)。

(4) 由状态转换图可看出该电路为同步8进制加法计数器。

CP Q 0Q 1Q 2

(1) (2)

图解 5.1

5.2 由JK FF 构成的电路如图题5.2所示。

(1) 若Q 2Q 1Q 0作为码组输出,该电路实现何种功能? (2) 若仅由Q 2输出,它又为何种功能?

图题

5.2

[解] (1) 由图可见,电路由三个主从JK 触发器构成。各触发器的J ,K 均固定接1,且为异步连接,故均实现T '触发器功能,即二进制计数,故三个触发器一起构成8进制计数。当Q 2Q 1Q 0作为码组输出时,该电路实现异步8进制计数功能。

(2) 若仅由Q 2端输出,则它实现8分频功能。

5.3 试分析图题5.3所示电路的逻辑功能。

图题5.3

[解] (1) 驱动程式和时钟方程

J 0=Q 2n ,K 0=1;CP 0=CP

0 J 1=K 1=1;CP 1=Q

n

,K 2=1;CP 2=CP J 2=Q 1n Q 0

(2) 将驱动方程代入特性方程得状态方程 Q n +1=J 0Q 0n +K 0Q 0n =Q 2n Q 0n (CP )

Q 1n +1=Q 1n (CP 1)

n +1n n n

Q 2=Q 2Q 1Q 0 (CP )

(3) 根据状态方程列出状态转换真值表

图解5.3

(4) 作状态转换图

(5) 逻辑功能:由状态转换图可见该电路为异步5进制计数器。

5.4试求图题5.4所示时序电路的状态转换真值表和状态转换图,并分别说明X = 0及X = 1时电路的逻辑功能。

图题5.4

[解] (1) 写驱动方程和输出方程 J 0=X , K 0=X Q 1n J 1=XQ 0n , K 1=Q 0n Y =Q 1n (2) 求状态方程

n n

Q 0n +1=J 0Q n 0+K 0Q X Q 0=0+

n Q X n Q 10

n n

Q 1 Q 0

n n n n

Q 1n +1=J 1Q X Q +1+K 1Q 1=1Q 0

(3) 画次态卡诺图求状态转换真值表

图解 5.4(1)

(4) 作状态转换图如图解5.4(2)所示。

(5) 功能:当X =0时,实现返回初态;当X =1时,实现三进制计数功能。

5.5 试分析图题5.5所示的异步时序电路。要求: (1) 画出M = 1,N = 0时的状态图; (2) 画出M = 0,N = 1时的状态图; (3) 说明该电路的逻辑功能。

N 1 CP M

图题5.5

Q 1

Q 2

[解] (1) 见图解5.5(1)。

图解5.5(1) 图解5.5(2)

(2) 见图解5.5(2)。

(3)电路的逻辑功能:可逆的八进制计数器,M 、N 分别为加、减法运算控制端。 5.6. 已知图题5.6是一个串行奇校验器。开始时,首先由R D 信号使触发器置“0”。此后,由X 串行地输入要校验的n 位二进制数。当输入完毕后,便可根据触发器的状态确定该n 位二进制数中“1”的个数是否为奇数。试举例说明其工作原理,并画出波形图。

图题5.6

[解] 写出电路的状态方程为,Q

n +1

=X ⊕Q n 。由于电路的初始状态为0,由状态方程

可知,当输入X 中有奇数个“1”时,输出Q 为1。波形图略。

5.7 已知图题5.7是一个二进制序列检测器,它能根据输出Z 的值判别输入X 是否为所需的二进制序列。该二进制序列在CP 脉冲同步下输入触发器D 1 D 2 D 3 D 4的。设其初态为1001,并假定Z =0为识别标志,试确定该检测器所能检测的二进制序列。

图题5.7

5.8用JK 触发器设计一串行序列检测器,当检测到110序列时,电路输出为1。 [解] (1) 画原始状态转换图 ① 确定原始状态数及其意义

输入序列X :0 1 1 0 0 输出相应Y :0 0 0 1 0 状 态:S 0 S 1 S 2 S 3 S 0 ② 画原始状态图如图解5.8(1)所示。

(2) 状态化简,简化状态图如图解5.8(2)所示。 (3) 状态编码,选择FF

取S 0=00,S 1=01,S 2=11(按相邻原则选择码组);选JKFF ,n =2。

(4) 列出状态转换表如表解5.8所示。 (5) 求状态方程和输出方程 作次态卡诺图如图解5.8(3)。

图解 5.8(3)

由次态卡诺图求得

n

Q 1n +1=X Q 1n Q 0+

XQ 1n

n +1n n

Q 0=X Q 0+XQ 0

Z =XQ 1n

(6) 求驱动方程

对比状态方程与特性方程可得 J 1=XQ 0n ,K 1=X J 0=X ,K 0=X (7) 画逻辑图

图解5.8(4)

5.9分析图题5.9所示电路,说明当开关A 、B 、C 均断开时,电路的逻辑功能;当A 、B 、C 分别闭合时,电路为何种功能?

图题

5.9

[解] (1) 当开关A 、B 、C 均断开时,由于非门输入端对地所接电阻R

(2) 当A 闭合时,由于R D =Q 3,因而当Q 3 =1,即计数器状态为1000时,复位到0,重新开始计数。故执行8进制加法计数器功能;同理,B ,C 分别闭合时电路为4进制和2进制加法计数器。

5.10 用JK 触发器设计图题5.10所示功能的逻辑电路。

图题

5.10

[解] (1) 由图可知电路可按五状态时序电路设计。设状态分别为: S 0 = 000,S 1 = 001,S 2 = 010,S 3= 011,S 4 = 100。

(2) 根据状态分配的结果可以列出状态转换真值表如表解5.10。

(3) 画次态卡诺图求状态方程和输出方程

(4) 求驱动方程

将状态方程与JK 触发器的特性方程比较得

n

J 2=Q 1n Q 0,K 2=1

Z

图解 5.10

n +1n n n n n n +1n n n

+Q 1n Q 0=Q 2Q 0 Q 2,Q 0,Z =Q 2 =Q 2Q 1Q 0,Q 1n +1=Q 1n Q 0

n n

J 1=Q 0,K 1=Q 0

J 0=Q 2n ,K 0=1 (5) 检查电路的自启动能力

由次态卡诺图可见,当电路进入无效状态时,其相应的状态转移为:101→ 010,110→ 010,111→ 000,因此,该电路能够自启动。

(6) 画电路图

根据驱动方程和输出方程画逻辑电路图如图解 5.10所示。 5.11 用JK 触发器设计图题5.11所示两相脉冲发生电路。

图题5.11

[解] 由图可见,电路的循环状态为00→ 10→ 11→ 01→ 00,因此可按同步计数器设计,用两个JK FF 实现。

(1) 作次态卡诺图求状态方程和输出方程 Q 1n +1=Q 1n Q 0n +Q 1n Q 0n ,Q 0n +1=Q 1n Q 0n +Q 1n Q 0n

n Z 2=Q 1n ,Z 1=Q 0

图解 5.11(1)

(2) 求驱动方程

将状态方程与JK 触发器的特性方程对比,

1

图解

5.11(2)

可得

n

,K 1=Q 0n J 1=Q 0

J 0=Q 1n ,K 0=Q 1n

(3) 画逻辑电路图

5.12一个同步时序电路如图题5.12所示。设触发器的初态Q 1 = Q0 = 0。 (1) 画出Q 0 、Q 1和F 相对于CP 的波形; (2) 从F 与CP 的关系看,该电路实现何种功能?

[解] (1) 1)写方程式

n

① 驱动方程:D 0=Q 1n D 1=Q 0

图题

5.12

② 复位方程:R D1=Q 0

n ③ 输出方程:F =CP +Q 0

2)求状态方程

n +1n

Q 0=D 0=Q 1n Q 1n +1=Q 0 (R D1=Q 0)

3)求状态转换表,如表5.12所示。

4)画Q 0、Q 1和F 相对于CP 的波形,如图解5.12所示。

从F 与CP 的关系可以看出该电路实现三分频功能。

5. 13 用双向移位寄存器74194构成6位扭环计数器。

[解] 要构成6位扭环计数器,需两块74194级联,如图解5.13所示。

CP Q 0Q 1F

图解5.12

图解 5.13

5.14 利用移位寄存器74194及必要的电路设计产生表题5.14所示脉冲序列的电路。

[解] (1) 作次态译码真值表

即按表题5.14给出的态序表,决定前一状态变化到后一状态时,移入的数据是0还是1以及是左移还是右移,按此设置D SR 及D SL 的状态和功能控制信号M 1、M 0 的状态。如表解5.14所示。

(2) 化简D SR 、D SL 、M 1、M 0

n D S R =Q n 1Q n 3=Q n 1+Q ;3D SL =1

M 1=Q Q +Q Q =Q Q Q M 0=M 1 (3) 画逻辑电路图

n 0n 3n 2n 3n 0n 3n 2

M

Q Q

n

n

Q n Q n

001

10×0××

01111

11×0

00

01××1110

11

图解5.14(1)

图解 5.14(2)

5.15 用74LS293及其它必要的电路组成六十进制计数器,画出电路连接图。

[解] 74LS293为异步2-8-16进制集成计数器,需要两片级联实现60进制计数器。 方法一:全局反馈清零

(1) N = 60,S n = [60]D =[00111100]B (2) F =R 01R 02=∏Q 1=Q 5Q 4Q 3Q 2 (3) 画电路连接图

01234567

图解 5.15(1)

方法二:局部反馈清零 (1) N =60=6⨯10=N 2⨯N 1 S n 2=0110,S n1=1010 (2) F 2=R 01R 02=∏Q 1=Q 2Q 1

1

F 1=R 01R 0= Q 12∏Q =Q 3

(3) 画电路连接图

5.16 图题5.16为由74LS290构成的计数电路,分析它们各为几进制计数器。

0123

图解 5.15(2)

4567

图题5.16

[解] (1) CP → CP 1,仅Q 3Q 2Q 1作输出,反馈连线S n = 011,故为3进制计数器。 (2) CP → CP 1,S n = 100,故为4进制计数器。

(3) CP → CP 0,Q 0 → CP 1,Q 3Q 2Q 1Q 0输出均有效,S n = 1001,故为9进制计数器。 (4) CP → CP 0,Q 0 → CP 1,S n = 1000,故为8进制计数器。

5.16A (1) 试用计数器74LS161及必要的门电路实现13进制及100进制计数器; (2) 试用计数器74LS160实现(1)中的计数器。 [解] (1) ①用反馈清零法实现13进制计数器

N =13 S n =1101

F =CR =∏Q 1=

Q 3Q 2Q 0

1图解 5.16A(1)

逻辑图见图解5.16A (1)。

②用全局反馈清零法实现100进制计数器

N =100

S n =[N ]B =01100100

F =CR =∏Q =Q 6Q 5Q 2

1

1

逻辑图见图解5.16A (2)。 (2) ①13进制计数器

N =13 S n =00010011

01234567

图解 5.16A(2)

F =CR =∏Q 1=Q 4Q 1Q 0 逻辑图见图解5.16A (3)。

②100进制计数器

解 5.16A(4)。

1

01234567

图解5.16A(3)

7.13(g)

因为74160是10进制计数器,所以无需反馈而自然实现100进制计数器。逻辑图见图

图解 5.16A(4)

5.17 用计数器74193构成8分频电路,在连线图中标出输出端。

[解] 74193为同步可逆16进制集成计数器。要得到8分频,只需从 Q 2输出即可。

图解 5.17

1CP

5.18 计数器74LS293构成电路如图题5.18所示,试分析其逻辑功能。

图题

5.18

[解] 电路为全局反馈,且复位信号为异步操作。故可直接读反馈连线的反馈态:

S n =Q 7Q 6Q 5Q 4Q 3Q 2Q 1Q 0=10001000。所以,电路为136进制计数器。

5.19 计数器74LS290构成电路如图题5.19所示,试分析该电路的逻辑功能。

图题

5.19

[解] 由图可知,电路为全局反馈,根据反馈连接可得反馈态 S n =Q 6Q 5 Q Q 4Q 3Q 2Q 1=10000100

由于74290为十进制计数器,S n 应按8421 BCD码考虑。所以,该电路为异步42进制BCD 码加法计数器。

5.20 计数器74161构成电路如图题5.20所示,试说明其逻辑功能。

图题

5.20

[解] 由图可知,74161(1) 的CO 输出控制着74161(2) 的CT P 和CT T ,而74161(2) 的输出CO 又作为反馈控制预置信号,又CO = Q 3Q 2Q 1Q 0CT T ,因此,两片计数器的满状态和预置状态即为计数器的结束和初始状态。故

N =(S 1) -1n -1+1) -S 0=(111111B 1+所以,该电路为同步196进制计数器。

5.21 试分析图题5.21所示用计数器74163构成电路的逻辑功能。

图题5.21

00) (00111B 1=

196

[解] 74163为同步式16进制集成加法计数器。电路为同步级联,通过CR 执行全局反馈清零,因74163的CR 为同步操作方式,直接读连线可得电路的S n-1状态,故:

N =S n -1+1=[010010+0=] 173B 0

所以,该电路为同步73进制加法计数器。

5.22 计数器74193构成电路如图题5.22所示,试分析该电路的逻辑功能。

图题5.22

[解] 74193为异步可逆16进制计数器。图中CP 送入CP D ,CP U = 1配合,又LD =BO ,S O =D 3D 2D 1D 0=1000,可知电路在CP 脉冲作用下执行减法计数。经过8次脉冲将计数器中的预置数1000减到0000,BO 输出低电平,使LD =0,又立即置入1000态。因此,8个CP 脉冲一个计数循环。该电路为同步8进制减法计数器。

5.23指出图题5.23电路中W 、X 、Y 和Z 点的频率。

图题

5.23

[解] (1) 10位环形计数器为10分频,所以f W =16KHz ; (2) 4位二进制计数器为为16分频,所以f X =1KHz ; (3) 模25行波计数器为25分频,所以f Y =40Hz ; (4) 4位扭环计数器为8分频,所以f Z =5Hz 。

5.24 设图5.5.4中各寄存器起始数据为[I]=1011,[II]=1000,[III]=0111,将图题5.24中的信号加在寄存器I 、II 、III 的使能输入端。试决定在t 1、t 2、t 3和t 4时刻,各寄存器的内容。

图题

5.24

[解] t 1时刻,寄存器II 的数据1000送到总线,寄存器III 接收,[I]=1011,[II]=1000,[III]=1000;t 2时刻,寄存器III 的数据1000送到总线,无数据接收,各寄存器数据不变;t 3时刻,无数据传送,各寄存器数据不变;t 4时刻,寄存器I 的数据1011送到总线,寄存器II 、III 接收,[I]=1011,[II]= [III]=1011。

5.25时序电路如图题5.25所示,其中R A 、R B 和R S 均为8

位移位寄存器,其余电路分

别为全加器和D 触发器,要求:

(1) 说明电路的逻辑功能;

(2) 若电路工作前先清零,且两组数码A =10001000,B =00001110,8个CP 脉冲后,R A 、R B 和R S 中的内容为何?

(3) 再来8个CP 脉冲,R S 中的内容如何?

图题5.25

[解] (1) ① 可将电路划分为三个功能块

Ⅰ、Ⅲ中都是8位移位寄存器;Ⅱ中全加器和D 触发器。 ② 分析各功能块电路的逻辑功能

功能块Ⅰ:在移位脉冲CP 作用下逐位将A 、B 两组数据分别移入R A 、R B ,8个CP 脉冲过后,可将A 、B 两组8位二进制数据存入移位寄存器。

功能块Ⅱ:由移位寄存器R A 和R B 提供的加数和被加数的最低位先输入全加器的A i 和B i ,经过全加器相加后产生和输出S 0和进位输出C 0。来一个CP 脉冲后,一方面将R A 和R B 中的次低位数送入A i 和B i 输入,并将最低位相加之和移入R S 中,另一方面又将最低位相加产生的进位通过D FF 输入全加器的CI 端,和次低位加数被加数一起决定相加之和及进位输出,再来CP 时又重复前述过程。这样,经过8个CP 后,A 、B 两组数通过移位寄存器R A 、R B 逐位送入全加器相加。全加器和D 触发器实现两数串行加法运算。

功能块Ⅲ:移位寄存器R S 保存8位全加和。 ③ 分析总体逻辑功能

电路总体实现两组8位二进制数串行加法功能。

(2) 8个CP 脉冲过后,[RA ]=A =10001000,[RB ]=B =00001110,[RS ]=00000000。 (3) [RS]=A +B =10010110

5.26 图题5.26中,74154是4-16线译码器。试画出CP 及S 0、S 1、S 2、S 3、S 4、S 5、S 6和S 7各输出端的波形图。

图题5.26

[解] 由图可见,74194构成扭环形计数器,CP 到来前先清零。因此,74194从0000开始,在M 1M 0=01方式控制信号及CP 脉冲作用下,执行右移操作,由于D SR =Q 3,可得计数态序表如表解5.26所示;74194输出作为4/16线译码器的输出,译码器输出低有效,经非门后S 0~ S7高有效,波形图见图解5.26所示。

1CP S 0S 1S 2S 3S 4

S 5S 6S 7

2345678910

图解5.26

5.27 试用计数器74290设计一个5421编码的六进制计数器。

[解] 当74290的CP 1接CP 脉冲,而将CP 0接Q 2时,电路执行5421 BCD码。5421编码如表解7.23所示。

具体设计如下 (1)N =6,S n =1001 (2)F =R 01R 02=Q 3Q 0

(3) 画逻辑图如图解5.27所示。

图解 5.27

5.28电路如图题5.28所示 (1)画出电路的状态图; (2)说明电路的逻辑功能。

[解] (1) 由图可见,当计数器状态为0101时,

R 01R 02=Q 2Q 0=1,复位条件满足,计数器复位到

0000,完成一次计数循环。状态转换图见图解5.28。

(2) 由状态图可见,该电路为异步五进制加法计数器。

图题

5.28

图解5.28

5.29 电路如图题5.29所示,要求

(1) 列出电路的状态迁移关系(设初始状态为0110) ; (2) 写出F 的输出序列。

图题5.29

[解] (1) 电路由移位寄存器74194和多选一MUX 构成。由于74194中右移数据输入

D SR =Q 3,且工作方式控制信号M 1M 0=01,构成了环形计数器;而8选1MUX 的地址输

入A 2A 1A 0=Q 2Q 1Q 0,D 7=D 5=D 2=1,D 4=D 3=D 0=0,D 6=D 1=Q 3,因此,根据74194的输出态序和MUX 的选择功能就能得出F 的输出序列。电路的状态迁移关系见表解5.29所示。

(2) 由表可见,F 的输出序列为0010。

5.30 图题5.30所示为某非接触式转速表的逻辑框图,其由A~H八部分构成。转动体每转动一周,传感器发出一信号如图题5.30中所示。

(1) 根据输入输出波形图,说明B 框中应为何种电路? (2) 试用集成定时器(可附加JKFF) 设计C 框中电路;

(3) 若已知测速范围为0~9999,E 、G 框中各需集成器件若干?

(4) E框中的计数器应为何种进制的计数器? 试设计之?

(5) 若G 框中采用74LS47,H 框中应为共阴还是共阳显示器? 当译码器输入代码为0110和1001时,显示的字形为何?

图题5.30

[解] (1) 图中输入为缓变信号,输出为矩形波,所以,B 框中应为施密特触发器。 (2) 略

(3) E,G 框中各需集成器件4块;

(4) 因后续电路H 中的显示部分为人们能直接读取的十进制0~9,译码部分必为BCD 七段显示译码器,要求E 框中的计数器应为10进制计数器。

具体设计可采用任一种集成计数器,直接选用10进制集成计数器实现时,电路最简单。此处采用74160实现。逻辑图如图解 5.30所示。

(5) 因7447为输出低有效的译码器,所以,H 框中应为共阳显示器,当译码器输入代码为0110和1001时,显示字形分别为6和9。

图解5.30


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