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《數字系統設計》2023-2024學年第二學期期末試卷題號一二三四總分得分一、單選題（本大題共15個小題，每小題2分，共30分．在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的．）1、在數字邏輯中，若要將一個格雷碼轉換為二進制碼，以下哪種方法是正確的？（）A.直接轉換B.通過中間編碼轉換C.無法直接轉換D.以上都不對2、譯碼器是編碼器的逆過程，它將輸入的編碼轉換為對應的輸出信號。以下關于譯碼器的說法，不正確的是（）A.譯碼器可以將二進制編碼轉換為多個輸出信號，每個輸出信號對應一個編碼值B.二進制譯碼器的輸入編碼位數和輸出信號數量之間存在固定的關系C.譯碼器在數字電路中常用于地址譯碼和數據選擇D.譯碼器的輸出信號總是相互獨立，不會存在相互影響的情況3、已知一個計數器的計數時鐘頻率為20MHz，要計滿1000個數，大約需要多長時間？（）A.50μsB.50msC.500μsD.500ms4、假設要設計一個數字電路來實現一個計數器，能夠從0計數到15并循環。以下哪種計數器類型可能是最合適的？（）A.異步計數器，結構簡單但速度較慢，可能存在計數誤差B.同步計數器，速度快，計數準確，但電路復雜C.可逆計數器，能夠實現正反向計數，但控制邏輯復雜D.以上計數器類型都可以，效果相同5、在數字電路中，鎖存器和觸發器都可以存儲數據。假設我們正在比較鎖存器和觸發器。以下關于鎖存器和觸發器的描述，哪一項是不準確的？（）A.鎖存器是電平敏感的存儲器件，觸發器是邊沿敏感的存儲器件B.鎖存器在輸入信號有效期間，輸出會隨著輸入的變化而變化；觸發器在時鐘邊沿時才會改變狀態C.鎖存器和觸發器的電路結構相似，只是觸發方式不同D.鎖存器比觸發器的抗干擾能力強，更適合在噪聲環境中使用6、在數字電路中，競爭冒險現象可能會導致輸出出現錯誤。假設我們正在分析一個存在競爭冒險的電路。以下關于競爭冒險的描述，哪一項是不正確的？（）A.競爭冒險產生的原因是由于信號在邏輯門電路中的傳輸延遲不同B.可以通過增加冗余項、接入濾波電容等方法消除競爭冒險C.競爭冒險只會在組合邏輯電路中出現，時序邏輯電路中不會出現D.只要邏輯電路的設計合理，就一定不會出現競爭冒險現象7、在數字系統中，需要將并行數據轉換為串行數據進行傳輸。以下哪種電路可以實現這個功能？（）A.并行-串行轉換器，逐位輸出數據B.串行-并行轉換器，與需求相反C.計數器，通過計數控制數據輸出D.編碼器，對輸入進行編碼8、對于一個同步時序電路，如果時鐘脈沖的占空比發生變化，對電路的工作會產生什么影響？（）A.可能導致誤動作B.不會有任何影響C.影響輸出的穩定性D.以上都不對9、在數字電路中，若一個編碼器有8個輸入信號，需要用幾位二進制代碼進行編碼輸出？（）A.2位B.3位C.4位D.8位10、對于一個12位的逐次逼近型A/D轉換器，完成一次轉換所需的時鐘脈沖個數大約為：（）A.12個B.24個C.48個D.不確定11、在數字系統中，時鐘信號的質量對系統的性能至關重要。以下關于時鐘信號的描述，不正確的是（）A.時鐘信號的頻率決定了系統的工作速度B.時鐘信號的占空比會影響數字電路的功耗和性能C.時鐘信號的抖動和偏移會導致數字電路的誤操作D.時鐘信號可以由任何一個邏輯門的輸出提供，不需要專門的時鐘源12、假設正在研究數字電路中的信號完整性問題，即信號在傳輸過程中可能出現的失真、延遲和噪聲等。以下哪種措施可以有效地改善信號完整性？（）A.優化布線，減少信號反射B.增加信號驅動能力C.使用屏蔽線減少干擾D.以上措施都可以改善信號完整性13、在數字電路中，能夠將輸入的高、低電平編碼為二進制代碼的電路是？（）A.優先編碼器B.普通編碼器C.七段顯示譯碼器D.以上都不是14、對于一個由多個D觸發器組成的移位寄存器，若要實現循環左移功能，需要如何修改電路？（）A.改變時鐘信號B.改變輸入信號C.增加反饋回路D.以上都不對15、在數字邏輯中，三態門常用于總線結構中。如果要實現多個設備共享一條總線，并且避免總線沖突，以下哪種方式是正確的使用三態門的方法？（）A.只有一個設備的三態門處于使能狀態，其他設備的三態門關閉B.所有設備的三態門同時處于使能狀態C.隨機控制設備的三態門使能，不考慮沖突D.以上方法都無法避免總線沖突二、簡答題（本大題共3個小題，共15分)1、（本題5分）詳細闡述如何用Verilog或VHDL語言描述一個狀態機的狀態編碼方式。2、（本題5分）解釋在數字系統中什么是數字信號的碼間干擾，以及如何減少碼間干擾。3、（本題5分）說明在數字系統中如何進行數據的并串轉換和串并轉換，以及其應用場景。三、分析題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）設計一個數字邏輯電路，實現一個4位的減法器，能夠將一個4位二進制數減去一個2位二進制數。詳細描述減法運算的步驟和邏輯實現，通過示例計算進行驗證，并畫出邏輯電路圖。思考該減法器在數字計算和控制系統中的應用和改進。2、（本題5分）用數字邏輯實現一個簡單的數字信號加密和解密電路，基于混沌理論。深入分析混沌加密的原理和算法，解釋如何通過數字邏輯實現混沌映射和密鑰生成，研究加密強度和安全性評估。3、（本題5分）給定一個由多個編碼器、譯碼器和寄存器組成的數字通信協議轉換系統，分析系統的協議轉換過程和數據格式變換，評估系統的兼容性和效率。討論在不同通信協議之間轉換時的關鍵問題和解決方案。4、（本題5分）有一個使用JK觸發器和邏輯門構建的時序邏輯電路，分析電路的狀態轉換和輸出特性，給出狀態方程和輸出方程。通過具體的輸入序列，畫出狀態轉換圖和時序圖進行解釋。5、（本題5分）設計一個數字電路，能夠檢測輸入的二進制數是否為素數。分析素數檢測的算法和邏輯實現，考慮效率和準確性，并討論如何處理較大的輸入數值。四、設計題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）設計一個能將5421BCD碼轉換為余3