第4章-習(xí)題與參考答案20-35

第4章習(xí)題與參考答案【題4-1】寫出圖題4-1的輸出邏輯函數(shù)式。圖題4-1解：（1）（2）【題4-2】使用與門、或門實(shí)現(xiàn)如下的邏輯函數(shù)式。（1） （2） （3）解：【題4-3】（1） （2） （3）【題4-4】試寫出圖題4-4所示電路的邏輯函數(shù)式，列出真值表，并分析該電路的邏輯功能。圖題4-4解：ABCY100000010010001111000101111011111此電路是三人表決電路，只要有兩個(gè)人輸入1，輸出就是1。ABCDY200000000100010000110010000101001100011111000010010101001011111000110111110111110該電路在4個(gè)輸入中有3個(gè)為1時(shí)，輸出Y2為1?！绢}4-5】邏輯電路與其輸入端的波形如圖題4-5所示，試畫出邏輯電路輸出端Y的波形。圖題4-5解：【題4-6】圖題4-6所示的邏輯電路中，與非門為74LS00，或非門是74LS02，非門是74LS04。試分析該電路的最大傳輸延遲時(shí)間。圖題4-6解：74LS00、74LS02和74LS04的最大tPHL和tPLH都是15ns，因?yàn)锳信號經(jīng)過4級門達(dá)到輸出端X，因此最大傳輸延遲時(shí)間為4×15ns=60ns?！绢}4-7】圖題4-7所示的是家用報(bào)警器裝置，該裝置具有6個(gè)開關(guān)，各開關(guān)動作如下：圖題4-7人工報(bào)警開關(guān)M，該開關(guān)閉合時(shí)，報(bào)警信號ALARM=1，開始報(bào)警。報(bào)警使能開關(guān)EN，該開關(guān)閉合時(shí)，窗戶、門和車庫信號才能使ALARM=1。復(fù)位開關(guān)RST，該開關(guān)斷開時(shí)，取消報(bào)警。窗戶開關(guān)W，該開關(guān)平常處于閉合狀態(tài)，一旦斷開，使ALARM=1，開始報(bào)警。門開關(guān)D，該開關(guān)平常處于閉合狀態(tài)，一旦斷開，使ALARM=1，開始報(bào)警。車庫開關(guān)G，該開關(guān)平常處于閉合狀態(tài)，一旦斷開，使ALARM=1，開始報(bào)警。（1）試寫出圖示電路的邏輯函數(shù)式。（2）（3）（4）試計(jì)算該電路的最大靜態(tài)功耗，若用5V電壓、800mA·h的電池供電，可以工作多長時(shí)間。各芯片靜態(tài)電源電流如下：六非門74HC04的電源電流ICC=2A；四2輸入與門74LS08的電源電流ICCH=，ICCL=。解：（1）圖示電路的邏輯函數(shù)式為：（2）三種邏輯電路之間的噪聲容限74HC04驅(qū)動74LS08，高電平噪聲容限為－2V=；低電平噪聲容限－=。74HCT的輸入信號兼容TTL，因此LS08電路可以驅(qū)動HCT32電路，因此噪聲容限計(jì)算如下：高電平噪聲容限==；低電平噪聲容限為。（3）輸入開關(guān)與邏輯電路之間、邏輯電路與9013晶體管之間是否正常動作輸入開關(guān)信號RST、D、G、W的與74HC04連接，由于HC系列電路的輸入電阻很大，只需要1μA電流，因此開關(guān)信號的高電平近似為5V，低電平近似為0，因此高電平噪聲容限為，低電平噪聲容限為；輸入開關(guān)信號EN與74LS08連接，74LS08低電平輸入電流為，因下拉電阻為1kΩ，因此輸入低電平VIL為，因此低電平噪聲容限為－=，高電平噪聲容限為5V-2V=3V。輸入開關(guān)信號M與74HCT32連接，由于74HCT32的輸入電流為1μA，因此開關(guān)輸入信號的高電平接近于5V，低電平接近于0V，因此高電平噪聲容限為5V－2V=3V，低電平噪聲容限為－1=；HCT32的高電平驅(qū)動能力在4mA時(shí)，可保證輸出高電平為4V，因此有9013三極管的基極電流為IB=（VOHmax-VBE）/R6=（）/Ω=。若9013的電流放大倍數(shù)為180倍，因此有臨界飽和集電極電流IC=×180=270mA，也就是IC小于270mA時(shí)，9013處于飽和區(qū)，大于270mA時(shí)9013處于放大區(qū)。若蜂鳴器SPK的工作電流為20mA，因此9013可以可靠飽和導(dǎo)通。（4）試計(jì)算該電路的最大靜態(tài)功耗，若用5V電壓、800mA·h的電池供電，可以工作多長時(shí)間。各芯片靜態(tài)電源電流如下：74HC04的靜態(tài)電流為2A。若是4個(gè)門都輸出高電平，每個(gè)驅(qū)動74LS08的高電平輸入電流為20A，共80A。ICC04=2A+4×20A=82A。74HCT32的靜態(tài)電流為20A；每個(gè)引腳附加電源電流，則附加電源電流6×=；報(bào)警時(shí)，74HCT32在輸出高電平時(shí)，驅(qū)動三極管的基極電流為。不報(bào)警時(shí)的電流：ICC32=20A+6×=報(bào)警時(shí)的電流：ICC32=20A+6×+=74LS08的平均靜態(tài)電流ICC08=（ICCH+ICCL）/2=（+）/2=。報(bào)警動作時(shí)流過上下拉電阻的最大電流IR=6×（5V/1kΩ）=6mA。不報(bào)警動作時(shí)，3個(gè)上下拉電阻的電流IR=3×（5V/1kΩ）=3mA。報(bào)警動作時(shí)的蜂鳴器工作電流ISPK=20mA。蜂鳴器不報(bào)警動作時(shí)的電源電流ICC為：ICC=ICC04+ICC32+ICC08+IR=+++3mA≈mA若是采用若用5V電壓、800mA·h的電池供電，可以工作時(shí)間t=800/≈。蜂鳴器動作時(shí)的電源電流ICC為：ICC=ICC04+ICC32+ICC08+IR+ISPK=+++6mA+20mA≈mA若是蜂鳴器一直報(bào)警，5V電壓、800mA·h的電池只能工作約800/≈20h。若要增加運(yùn)行時(shí)間，需要全部使用HC系列芯片，同時(shí)將上下拉電阻阻值增加到400kΩ，則蜂鳴器不動作時(shí)的電源電流為：ICC=ICC04+ICC32+ICC08+IR=6A+8A+14A+A×3=這里所用的HC電路的靜態(tài)電流都是2A，每用一個(gè)引腳增加1A。3個(gè)上下拉電阻的電流為A×3=A。因此800mA·h的電池供電，可以工作時(shí)間t=800/≈12121h，約為505天?！绢}4-8】試用74LS147、74LS04和74LS21組成一個(gè)0～9按鍵編碼器，要求輸出任一按鍵按下信號EN，并輸出高電平有效的編碼A3～A0。解：【題4-9】試用門電路設(shè)計(jì)4線-2線優(yōu)先編碼器，輸入、輸出信號都是高電平有效，要求任一按鍵按下時(shí)，GS為1，否則GS=0；還要求沒有按鍵按下時(shí)，EO信號為1，否則為0。解：DCBAA1A0GSEO0000000100010010001X011001XX10101XXX1110得到：邏輯電路如下圖所示?！绢}4-10】用3線-8線譯碼器74LS138和與非門實(shí)現(xiàn)如下多輸出函數(shù)。解：==【題4-11】試用3線-8線譯碼器74LS138和門電路實(shí)現(xiàn)一位二進(jìn)制全減器（輸入為被減數(shù)、減數(shù)與來自低位的借位；輸出為差和向高位的借位）。要求用按鍵輸入減數(shù)、被減數(shù)和借位，發(fā)光二極管顯示減法結(jié)果。解：被減數(shù)減數(shù)借位差借位MNBSUBC0000000111010110110110010101001100011111【題4-12】試用74LS147、74LS46、74LS04與共陽數(shù)碼管等元件設(shè)計(jì)一個(gè)0～9按鍵輸入，數(shù)碼管顯示按鍵數(shù)字值的電路。解：【題4-13】試用門電路設(shè)計(jì)一個(gè)2選1數(shù)據(jù)選擇器。解：若是輸入信號為A、B，選擇信號為S，輸出信號為Y，則有：用門電路實(shí)現(xiàn)如下：【題4-14】試用8選1數(shù)據(jù)選擇器74LS151實(shí)現(xiàn)如下函數(shù)。解：8選1數(shù)據(jù)選擇器=【題4-15】試用8選1數(shù)據(jù)選擇器74LS151實(shí)現(xiàn)一個(gè)代碼轉(zhuǎn)換電路，輸入為3位二進(jìn)制代碼，輸出為3位格雷碼。解：ABCXYZ000000001001010011011010100110101111110101111100【題4-16】試用8選1數(shù)據(jù)選擇器74LS151實(shí)現(xiàn)4個(gè)開關(guān)控制一個(gè)燈的邏輯電路，要求改變?nèi)魏我粋€(gè)開關(guān)的狀態(tài)都能控制燈的狀態(tài)（由滅到亮，或反之）。解：設(shè)D、C、B、A為四個(gè)開關(guān)，開關(guān)斷開輸出1，閉合輸出0；Y表示燈，1表示亮。DCBAY00000000110010100110010010101001100011111000110010101001011111000110111110111110【題4-17】試分析圖題4-17所示電路在S1、S0信號控制下，其輸入A、B與輸出Y之間的關(guān)系。圖題4-17解：由圖得到：S1S0Y00AB01A+B1011【題4-18】試采用門電路設(shè)計(jì)一個(gè)6線-1線數(shù)據(jù)選擇器。要求電路最簡單。解：根據(jù)題意，有如下函數(shù)式：就是用3-6譯碼器、與門和或門組成6-1選擇器，由于為不完全譯碼器，任意項(xiàng)m6和m7不出現(xiàn)，因此可以化簡譯碼器邏輯函數(shù)。因此有下圖：【題4-19】試寫出圖題4-19所示加法器的輸出。圖題4-19解：COS2S1S0=1100【題4-20】對于圖題4-20所示波形作為輸入的74LS85電路，試畫出其輸出端的波形。圖題4-20解：【題4-21】對于圖題4-21所示波形作為輸入的電路，試畫出其輸出端的波形。解：圖題4-21【題4-22】試設(shè)計(jì)一個(gè)BCD代碼轉(zhuǎn)換成格雷碼的代碼轉(zhuǎn)換器。解：根據(jù)題意做真值表如下：DCBAWXYZ00000000000100010010001100110010010001100101011101100101011101001000110010011101用卡諾圖化簡：D+C因此有如下電路：【4-23】試設(shè)計(jì)一個(gè)檢測電路，當(dāng)4位二進(jìn)制數(shù)為0、2、4、6、8、10、12、14時(shí)，檢測電路輸出為1。解：DCBAY00001000100010100110010010101001101011101000110010101011011011001110101110111110得到：因此有電路如下：【4-24】某公司3條裝配線各需要100kW電力，采用兩臺發(fā)電動機(jī)供電，一臺100kW，另外一臺是200kW，3條裝配線不同時(shí)開工，試設(shè)計(jì)一個(gè)發(fā)電動機(jī)控制器，可以按照需求啟動發(fā)電動機(jī)以達(dá)到節(jié)電的目的。解：設(shè)C、B、A代表三條裝配線，G100代表100kW發(fā)電機(jī)，G200代表200kW發(fā)電機(jī)。CBAG100G20000000001100101001101100101010111001111xx有邏輯圖如下：【題4-25】某單片機(jī)控制外部設(shè)備的電路如圖題4-25所示，圖中S1、S2是受控外部設(shè)備，單片機(jī)輸出地址為A7～A0，試求出設(shè)備S1與S2的地址碼。圖題4-25解：S1地址為：A7A6A1000X001100X0001S2地址為：A7A6A1000X100100X0100【題4-26】試用4線-16線譯碼器74154、16選1數(shù)據(jù)選擇器74150以及非門7404設(shè)計(jì)一個(gè)用6根線傳輸16線信號的電路（需要查閱74154和74150數(shù)據(jù)手冊，了解這兩個(gè)芯片的功能）。解：直接設(shè)計(jì)如下：【題4-27】試設(shè)計(jì)一個(gè)BCD輸入的4位數(shù)碼管掃描顯示電路，輸入信號為4位BCD碼與4位低電平有效的掃描信號（使用共陽數(shù)碼管、BCD-7段譯碼器74LS247、雙4選1數(shù)據(jù)選擇器74LS153與三極管）?！绢}4-28】