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《數字電路與系統》2023-2024學年第一學期期末試卷院(系)_______班級_______學號_______姓名_______題號一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共15個小題，每小題1分，共15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、在數字電路中，信號的傳輸可能會受到延遲的影響。假設一個邏輯電路中，信號經過多個邏輯門的傳輸延遲不同，這可能會導致以下哪種問題？（）A.競爭冒險B.時序錯誤C.功耗增加D.輸出信號失真2、在數字邏輯電路的設計中，使用硬件描述語言（HDL）可以提高設計效率和可維護性。以下關于硬件描述語言的描述，錯誤的是（）A.VHDL和Verilog是兩種常見的硬件描述語言，它們具有相似的語法和功能B.硬件描述語言可以用于描述數字電路的邏輯功能、結構和時序等方面C.使用硬件描述語言編寫的代碼可以直接在數字電路中實現，不需要進行任何轉換D.硬件描述語言的學習難度較大，需要具備一定的數字邏輯基礎3、在數字邏輯中，奇偶校驗碼常用于檢測數據傳輸中的錯誤。以下關于奇偶校驗碼的描述中，錯誤的是（）A.奇偶校驗碼可以檢測出奇數位錯誤B.奇校驗碼中1的個數為奇數，偶校驗碼中1的個數為偶數C.奇偶校驗碼不能糾正錯誤，只能檢測錯誤D.奇偶校驗碼增加的校驗位越多，檢測錯誤的能力越強4、在數字系統中，需要將十進制數轉換為二進制數進行處理。如果要將十進制數25轉換為二進制，以下哪種方法是正確的？（）A.11001B.10100C.11010D.100115、在數字邏輯電路的可測試性設計中，假設一個復雜的集成電路需要進行生產測試和故障診斷。為了提高測試效率和覆蓋率，需要在設計階段考慮可測試性結構的插入。以下哪種可測試性結構對于大規模集成電路的測試最為有效？（）A.掃描鏈B.邊界掃描C.內置自測試（BIST）D.以上都是6、已知一個JK觸發器的J=0，K=1，在時鐘脈沖的下降沿到來時，觸發器的輸出狀態會如何變化？（）A.置1B.置0C.保持不變D.翻轉7、在數字邏輯電路中，若要將一個正弦波信號轉換為方波信號，可以使用：（）A.計數器B.編碼器C.施密特觸發器D.數據選擇器8、對于一個5位的格雷碼計數器，從00000開始計數，經過10個時鐘脈沖后，計數器的狀態為：（）A.10101B.11001C.10110D.110109、在數字邏輯中，已知一個邏輯函數F=A+BC，若A=1，B=0，C=1，那么函數F的值是多少？（）A.0B.1C.無法確定D.以上都不對10、在數字邏輯中，競爭冒險現象是需要關注的問題。以下關于競爭冒險的產生原因，描述不正確的是（）A.由于信號傳輸延遲導致輸入信號到達邏輯門的時間不同B.邏輯門的傳輸延遲是競爭冒險產生的主要原因C.當多個輸入信號同時變化時容易產生競爭冒險D.只要邏輯電路設計合理，就一定不會出現競爭冒險現象11、考慮到一個大規模集成電路的布局布線，假設芯片上集成了數十億個晶體管，需要合理安排它們的位置和連接以減少延遲和功耗。這是一個極其復雜的問題，通常需要借助專業的工具和算法來解決。以下哪個因素在布局布線過程中對性能的影響最大？（）A.晶體管的密度B.布線的長度C.電源和地線的分布D.時鐘樹的設計12、若一個ROM有10根地址線，8根數據線，則其存儲容量為：（）A.10×8位B.2^10×8位C.10×2^8位D.2^10×2^8位13、計數器是一種常見的時序邏輯電路，用于對脈沖進行計數。以下關于計數器的敘述中，錯誤的是（）A.同步計數器的所有觸發器同時翻轉，速度較快B.異步計數器的觸發器翻轉不同步，可能存在延遲C.可以通過級聯多個計數器來增加計數范圍D.計數器的計數容量只取決于觸發器的數量14、在數字邏輯中，復雜可編程邏輯器件（CPLD）和現場可編程門陣列（FPGA）是兩種常見的可編程器件。以下關于CPLD和FPGA區別的描述中，不正確的是（）A.CPLD基于乘積項結構，FPGA基于查找表結構B.FPGA的邏輯資源比CPLD豐富C.CPLD的編程速度比FPGA快D.CPLD適合實現復雜的組合邏輯，FPGA適合實現時序邏輯15、考慮一個數字電路中的乘法器，需要實現兩個4位二進制數的乘法運算。以下哪種乘法器的實現方式在速度和面積上可能取得較好的平衡？（）A.基于加法器和移位操作的乘法器B.陣列乘法器，通過硬件陣列實現C.利用軟件算法在數字電路中實現乘法D.以上方式在速度和面積上無法平衡二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）詳細闡述如何用邏輯門實現一個加法器的進位鏈，提高加法運算的速度。2、（本題5分）詳細說明在多路選擇器的信號切換時間優化中，采取的技術和效果。3、（本題5分）詳細闡述如何對一個復雜的數字邏輯電路進行功能驗證，包括測試向量的生成和結果的分析。4、（本題5分）詳細闡述在同步時序電路中，時鐘信號的作用是什么，以及如何確保電路在時鐘控制下正確地工作。三、分析題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）給定一個復雜的數字邏輯電路，其中包含多個子電路和反饋回路。分析電路的功能和行為，使用邏輯仿真工具驗證電路的正確性，查找可能存在的競爭冒險和時序問題，并提出解決方案。2、（本題5分）用數字邏輯實現一個簡單的數字信號去噪電路，例如基于小波變換的去噪。深入分析去噪算法的邏輯實現和效果，解釋如何選擇合適的小波基和閾值，研究在不同信號類型中的應用。3、（本題5分）設計一個數字邏輯電路，用于實現對以太網幀的解析和處理。仔細分析以太網幀的格式和協議要求，解釋電路中各個模塊的功能和處理流程，研究如何提高幀處理的效率和準確性。4、（本題5分）使用乘法器和移位寄存器構建一個數字電路，能夠實現對二進制數的快速冪運算。分析冪運算的算法和電路實現，考慮指數的表示和移位操作的控制邏輯，以及如何優化運算速度和資源消耗。5、（本題5分）構建一個數字邏輯電路，用于實現對磁盤數據的編碼和解碼。全面分析磁盤存儲的格式和編碼方式，討論如何通過數字邏輯提高數據存儲的密度和可靠性。四、設計題（本大題共4個小題，共40分)1、（本題10分）設計一個能將余3碼轉換為8421BCD碼的轉換電路，畫出邏輯圖和轉換步驟。2、（本題10分）用中