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数字电子技术期末复习重点例题与习题详解 ​

本篇文档收录了教学大纲及复习提纲中指定的重点例题与课后习题,并给出了标准、详尽的步骤解析。


第三章 门电路 ​

【题 3.7】 ​

题目:试分析图 P3.7 中各 CMOS 电路的逻辑功能,写出输出的逻辑函数式。

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解答:

  • 电路 (a):

    • 结构分析:由两级构成。第一级中,上方的 PMOS 管并联,下方的 NMOS 管串联,输入端均为 A,B,CA, B, C,构成标准的 CMOS 与非门;第二级为一个 CMOS 反相器。
    • 函数式:第一级输出为 Y1=ABC‾Y_1 = \overline{ABC},经反相器后,输出为:

      Y=Y1‾=ABCY = \overline{Y_1} = ABC

    • 功能:三输入与门。
  • 电路 (b):

    • 结构分析:第一级中,上方的 PMOS 管串联,下方的 NMOS 管并联,输入端为 A,B,CA, B, C,构成标准的 CMOS 或非门;第二级为一个 CMOS 反相器。
    • 函数式:第一级输出为 Y1=A+B+C‾Y_1 = \overline{A + B + C},经反相器后,输出为:

      Y=Y1‾=A+B+CY = \overline{Y_1} = A + B + C

    • 功能:三输入或门。
  • 电路 (c):

    • 结构分析:输入端 INHINH 控制使能。当 INH=1INH = 1 时,PMOS 截止,NMOS 导通将第一级拉低。
    • 函数式:

      Y=INH‾⋅(AB+CD)Y = \overline{INH} \cdot (AB + CD)

    • 功能:带禁止端的与或非门。
  • 电路 (d):

    • 结构分析:由两个 CMOS 反相器和两个传输门(TG)组成。
      • 当 B=0B = 0 时,传输门 TG1\text{TG}_1 导通,TG2\text{TG}_2 截止,输出 YY 连接到 AA 端的信号。
      • 当 B=1B = 1 时,传输门 TG2\text{TG}_2 导通,TG1\text{TG}_1 截止,输出 YY 连接到 AA 的反相信号 Aˉ\bar{A}。
    • 函数式:

      Y=ABˉ+AˉB=A⊕BY = A\bar{B} + \bar{A}B = A \oplus B

    • 功能:异或门。

【题 3.13】 ​

题目:试说明在下列情况下,用万用表测量图 P3.13 中(74 系列 TTL 与非门) vI2v_{I2} 端得到的电压各为多少(已知万用表内阻为 100 kΩ100\text{ k}\Omega):

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  1. vI1v_{I1} 悬空;
  2. vI1v_{I1} 接低电平 (0.2 V0.2\text{ V});
  3. vI1v_{I1} 接高电平 (3.2 V3.2\text{ V});
  4. vI1v_{I1} 经 51 Ω51\ \Omega 电阻接地;
  5. vI1v_{I1} 经 10 kΩ10\text{ k}\Omega 电阻接地。

解答: 对于 74 系列 TTL 门电路,输入端相当于多发射极三极管的发射极。万用表等效为 RV=100 kΩR_V = 100\text{ k}\Omega 的接地电阻。

  1. vI1v_{I1} 悬空:此时 vI1v_{I1} 相当于高电平。由于 RV=100 kΩR_V = 100\text{ k}\Omega 远大于 TTL 关门电阻 RoffR_{off}(约 1 kΩ∼2 kΩ1\text{ k}\Omega \sim 2\text{ k}\Omega),vI2v_{I2} 处相当于接大电阻到地,呈现高电平,电压被前级基极-发射极结压降锚定:

    vI2≈1.4 Vv_{I2} \approx 1.4\text{ V}

  2. vI1v_{I1} 接低电平 (0.2 V0.2\text{ V}):前级三极管发射结导通,基极电压被钳位在 0.2 V+0.7 V=0.9 V0.2\text{ V} + 0.7\text{ V} = 0.9\text{ V}。vI2v_{I2} 端通过 RVR_V 接地,该发射结同样导通并分流:

    vI2≈vI1≈0.2 Vv_{I2} \approx v_{I1} \approx 0.2\text{ V}

  3. vI1v_{I1} 接高电平 (3.2 V3.2\text{ V}):发射结截止。倒置放大状态下,基极电压为 2.1 V2.1\text{ V}:

    vI2≈1.4 Vv_{I2} \approx 1.4\text{ V}

  4. vI1v_{I1} 经 51 Ω51\ \Omega 电阻接地:因为 51 Ω<Roff51\ \Omega < R_{off},相当于输入低电平:

    vI2≈0 Vv_{I2} \approx 0\text{ V}

  5. vI1v_{I1} 经 10 kΩ10\text{ k}\Omega 电阻接地:因为 10 kΩ>Ron10\text{ k}\Omega > R_{on},相当于输入高电平:

    vI2≈1.4 Vv_{I2} \approx 1.4\text{ V}


【题 3.14】 ​

题目:若将上题(【题 3.13】)中的与非门改为 74 系列 TTL 或非门,试问在上述五种情况下测得的 vI2v_{I2} 电压各为多少?

解答:

  • 原理分析:TTL 或非门的各个输入端在内部是由独立的输入三极管分别实现的,多路输入之间在物理上是隔离的。
  • 结论:无论 vI1v_{I1} 接何种电平或何种电阻,它都不会影响 vI2v_{I2} 的输入级通路。因此,vI2v_{I2} 端测得的电压仅取决于该端外接的万用表内阻 RV=100 kΩR_V = 100\text{ k}\Omega。由于 100 kΩ≫Roff100\text{ k}\Omega \gg R_{off},该端始终等效为高电平: 在所有 5 种情况下,测得电压均为:

    vI2≈1.4 Vv_{I2} \approx 1.4\text{ V}


【题 3.15】 ​

题目:若将图 P3.13 中的门电路改为 CMOS 与非门,试说明在【题 3.13】给出的五种状态下,vI2v_{I2} 各等于多少?

解答:

  • 原理分析:CMOS 门电路的输入端为绝缘栅结构,输入阻抗极高(>109 Ω> 10^9\ \Omega),几乎没有输入偏置电流流出。
  • 当 vI2v_{I2} 接万用表(RV=100 kΩR_V = 100\text{ k}\Omega 到地)时,由于没有电流流过 RVR_V,万用表两端压降接近于 0。
  • 结论:在所有 5 种情况下,测得电压均为:

    vI2≈0 Vv_{I2} \approx 0\text{ V}

  • image.png

第四章 组合逻辑电路 ​

【题 4.9】 ​

题目

image.png:image.png


【题 4.12】 ​

题目:试画出用 3 线-8 线译码器 74HC138 和门电路产生如下多输出逻辑函数的逻辑图:

{Y1=ACY2=A′B′C+AB′C′+BCY3=B′C′+ABC′\begin{cases} Y_1 = AC \\ Y_2 = A'B'C + AB'C' + BC \\ Y_3 = B'C' + ABC' \end{cases}

解答:

image.png
  1. 将各输出函数展开为最小项之和(设输入变量 A、B、C 分别接译码器的地址选择端 A2,A1,A0A_2, A_1, A_0):

    Y1=AC(B+B′)=ABC+AB′C=m5+m7Y2=A′B′C+AB′C′+BC(A+A′)=A′B′C+AB′C′+ABC+A′BC=m1+m4+m7+m3=∑m(1,3,4,7)Y3=B′C′(A+A′)+ABC′=AB′C′+A′B′C′+ABC′=m4+m0+m6=∑m(0,4,6)\begin{aligned} Y_1 &= AC(B + B') = ABC + AB'C = m_5 + m_7 \\ Y_2 &= A'B'C + AB'C' + BC(A + A') = A'B'C + AB'C' + ABC + A'BC \\ &= m_1 + m_4 + m_7 + m_3 = \sum m(1, 3, 4, 7) \\ Y_3 &= B'C'(A + A') + ABC' = AB'C' + A'B'C' + ABC' \\ &= m_4 + m_0 + m_6 = \sum m(0, 4, 6) \end{aligned}

  2. 转换成与非-与非形式(利用 74HC138 输出低电平有效,即 Yi′=mi‾Y_i' = \overline{m_i}):

    Y1=m5+m7‾‾=m5‾⋅m7‾‾=Y5′⋅Y7′‾Y2=m1+m3+m4+m7‾‾=Y1′⋅Y3′⋅Y4′⋅Y7′‾Y3=m0+m4+m6‾‾=Y0′⋅Y4′⋅Y6′‾\begin{aligned} Y_1 &= \overline{\overline{m_5 + m_7}} = \overline{\overline{m_5} \cdot \overline{m_7}} = \overline{Y_5' \cdot Y_7'} \\ Y_2 &= \overline{\overline{m_1 + m_3 + m_4 + m_7}} = \overline{Y_1' \cdot Y_3' \cdot Y_4' \cdot Y_7'} \\ Y_3 &= \overline{\overline{m_0 + m_4 + m_6}} = \overline{Y_0' \cdot Y_4' \cdot Y_6'} \end{aligned}

  3. 连接方案: 将 74HC138 的地址端 A2,A1,A0A_2, A_1, A_0 分别接输入信号 A,B,CA, B, C,使能端 S1=1S_1 = 1,S2′=S3′=0S_2' = S_3' = 0。用三个外接与非门分别对对应的译码器输出端(Yi′Y_i')进行组合,即可输出 Y1,Y2,Y3Y_1, Y_2, Y_3。


【例 4.3.3】 ​

题目:试用 3 线-8 线译码器 74HC138 和适当的与非门设计一个全加器。

解答:

  1. 列出全加器的真值表与逻辑函数: 全加器的输入为加数 A,BA, B 及低位进位 CiC_i;输出为本位和 SS 与向高位的进位 CoC_o。

    • S=A⊕B⊕Ci=∑m(1,2,4,7)S = A \oplus B \oplus C_i = \sum m(1, 2, 4, 7)
    • Co=AB+Ci(A+B)=∑m(3,5,6,7)C_o = AB + C_i(A + B) = \sum m(3, 5, 6, 7)
  2. 代入 74HC138 的输出表达式(地址端 A2→AA_2 \rightarrow A,A1→BA_1 \rightarrow B,A0→CiA_0 \rightarrow C_i):

    S=Y1′⋅Y2′⋅Y4′⋅Y7′‾Co=Y3′⋅Y5′⋅Y6′⋅Y7′‾\begin{aligned} S &= \overline{Y_1' \cdot Y_2' \cdot Y_4' \cdot Y_7'} \\ C_o &= \overline{Y_3' \cdot Y_5' \cdot Y_6' \cdot Y_7'} \end{aligned}

  3. 接线结构: 使能端工作在正常译码状态。译码器对应的输出管脚通过两个四输入与非门输出,分别得到和 SS 与进位 CoC_o。


【题 4.16】 ​

题目:分析图 P4.16 电路,写出输出 Z 的逻辑函数式。74HC151 为 8 选 1 数据选择器。

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解答:

  1. 确定 74HC151 的逻辑表达式: 8 选 1 数据选择器的输出公式为:

    Z=∑i=07miDiZ = \sum_{i=0}^{7} m_i D_i

    其中 mim_i 为选择控制端 A2,A1,A0A_2, A_1, A_0 构成的最小项。

  2. 分析图中的接线关系:

    • 选择控制端:A2=CA_2 = C,A1=BA_1 = B,A0=AA_0 = A。
    • 数据输入端:

      D0=D,D1=1,D2=D,D3=D,D4=Dˉ,D5=Dˉ,D6=Dˉ,D7=0D_0 = D, \quad D_1 = 1, \quad D_2 = D, \quad D_3 = D, \quad D_4 = \bar{D}, \quad D_5 = \bar{D}, \quad D_6 = \bar{D}, \quad D_7 = 0

  3. 代入化简表达式:

    Z=C′B′A′D+C′B′A(1)+C′BA′D+C′BAD+CB′A′Dˉ+CB′ADˉ+CBA′Dˉ+CBA(0)=C′B′A+C′D(B′A′+BA′+BA)+CDˉ(B′A′+B′A+BA′)=C′B′A+C′D(A′+B)+CDˉ(B′+A′)=C′B′A+C′A′D+C′BD+CB′Dˉ+CA′Dˉ\begin{aligned} Z &= C'B'A'D + C'B'A(1) + C'BA'D + C'BAD + CB'A'\bar{D} + CB'A\bar{D} + CBA'\bar{D} + CBA(0) \\ &= C'B'A + C'D(B'A' + BA' + BA) + C\bar{D}(B'A' + B'A + BA') \\ &= C'B'A + C'D(A' + B) + C\bar{D}(B' + A') \\ &= C'B'A + C'A'D + C'BD + CB'\bar{D} + CA'\bar{D} \end{aligned}


【题 4.22】 ​

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题目:试用 8 选 1 数据选择器设计一个血型输血判断逻辑电路。输血者与受血者的血型授受关系符合以下规定:O 型血可以输给任何血型的人;AB 型血的人可以接受任何血型的血;A 型血可以输给 A 型或 AB 型;B 型血可以输给 B 型或 AB 型。

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解答:

  1. 变量编码: 设输血者血型用变量 M,NM, N 表示,受血者血型用变量 P,QP, Q 表示:

    • 00→O00 \rightarrow \text{O} 型;01→A01 \rightarrow \text{A} 型;10→B10 \rightarrow \text{B} 型;11→AB11 \rightarrow \text{AB} 型。 设输出 Z=1Z = 1 表示符合规定,允许输血;Z=0Z = 0 表示不允许。
  2. 列出真值表:

    输血者 MNMN受血者 PQPQ允许输血 ZZ说明
    00 (O)PQPQ1O型可输给任何人
    01 (A)01(A), 11(AB)1A型只能输给A或AB
    01 (A)00(O), 10(B)0
    10 (B)10(B), 11(AB)1B型只能输给B或AB
    10 (B)00(O), 01(A)0
    11 (AB)11(AB)1AB型只能输给AB
    11 (AB)其他0
  3. 降维法确定数据选择器输入: 选择数据选择器的地址端为:A2=MA_2 = M,A1=NA_1 = N,A0=PA_0 = P。剩余变量 QQ 作为数据输入端的函数:

    • 当 MNP=000MNP = 000 (对应输血者 O 型,受血者 O 或 A):Z=1⇒D0=1Z = 1 \Rightarrow D_0 = 1。
    • 当 MNP=001MNP = 001 (对应输血者 O 型,受血者 B 或 AB):Z=1⇒D1=1Z = 1 \Rightarrow D_1 = 1。
    • 当 MNP=010MNP = 010 (对应输血者 A 型,受血者 O 或 A):仅当受血者为 A (PQ=01PQ=01) 时 Z=1Z=1,即 Q=1Q=1 时 Z=1⇒D2=QZ=1 \Rightarrow D_2 = Q。
    • 当 MNP=011MNP = 011 (对应输血者 A 型,受血者 B 或 AB):仅当受血者为 AB (PQ=11PQ=11) 时 Z=1Z=1,即 Q=1Q=1 时 Z=1⇒D3=QZ=1 \Rightarrow D_3 = Q。
    • 当 MNP=100MNP = 100 (对应输血者 B 型,受血者 O 或 A):均不允许 Z=0⇒D4=0Z = 0 \Rightarrow D_4 = 0。
    • 当 MNP=101MNP = 101 (对应输血者 B 型,受血者 B 或 AB):均允许 Z=1⇒D5=1Z = 1 \Rightarrow D_5 = 1。
    • 当 MNP=110MNP = 110 (对应输血者 AB 型,受血者 O 或 A):均不允许 Z=0⇒D6=0Z = 0 \Rightarrow D_6 = 0。
    • 当 MNP=111MNP = 111 (对应输血者 AB 型,受血者 B 或 AB):仅当受血者为 AB (PQ=11PQ=11) 时 Z=1Z=1,即 Q=1Q=1 时 Z=1⇒D7=QZ=1 \Rightarrow D_7 = Q。
  4. 结论接线方式: 数据输入端连接关系:D0=D1=D5=1D_0 = D_1 = D_5 = 1;D4=D6=0D_4 = D_6 = 0;D2=D3=D7=QD_2 = D_3 = D_7 = Q。


第五章 触发器 ​

【题 5.18】 ​

题目:设各触发器初始状态均为 Q=0Q = 0,画出在第一级 CLKCLK 连续作用下各触发器输出端的电压波形。

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解答: 通过分析输入激励及触发器的触发特性(边沿触发方式与状态更新方程),其核心逻辑归纳如下表:

触发器输出触发器类型触发沿激励输入状态更新规律
Q1Q_1JK 触发器下降沿 (↓\downarrow)J=1,K=1J=1, K=1二分频:在每个 CLKCLK 下降沿翻转。
Q2Q_2JK 触发器下降沿 (↓\downarrow)J=0,K=1J=0, K=1置0:维持在初始的 00 状态不变。
Q3Q_3JK 触发器上升沿 (↑\uparrow)J=1,K=1J=1, K=1在每个 CLKCLK 上升沿翻转。
Q4Q_4T 触发器上升沿 (↑\uparrow)T=1T=1在每个 CLKCLK 上升沿翻转。
Q9Q_9D 触发器上升沿 (↑\uparrow)D=1D=1在第 11 个上升沿跳变为 11 并保持。
Q12Q_{12}T' 触发器下降沿 (↓\downarrow)T′=1T'=1在每个 CLKCLK 下降沿翻转。
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第六章 时序逻辑电路 ​

【题 6.12】 ​

题目:分析图 P6.12 的计数器电路,说明这是多少进制的计数器,并画出电路的状态转换图。

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解答:

  1. 分析电路连接:

    • 采用的芯片为 4 位二进制同步加法计数器 74LS161。
    • EP=ET=1EP = ET = 1,处于计数工作状态。
    • 数据置入端全接地:D3D2D1D0=0000D_3 D_2 D_1 D_0 = 0000。置数端 LD′=1LD' = 1。
    • 异步清零端 RD′R_D' 连接到一个与非门的输出:

      RD′=Q2Q1‾R_D' = \overline{Q_2 Q_1}

  2. 分析状态跳变逻辑:

    • 该电路使用异步清零法。
    • 计数初态为 00000000,状态变化规律为:

      0000→0001→0010→00110000 \rightarrow 0001 \rightarrow 0010 \rightarrow 0011

    • 当计数器状态到达 00110011(即 Q2=1,Q1=1Q_2 = 1, Q_1 = 1)的一瞬间,与非门输出变为低电平,从而使 RD′=0R_D' = 0,触发异步清零。
    • 计数器瞬间复位到 00000000。状态 00110011 持续时间极短,为过渡状态。
  3. 结论: 该电路稳定工作的状态序列为:0000→0001→0010→00000000 \rightarrow 0001 \rightarrow 0010 \rightarrow 0000。 因此,该电路为一个 三进制 (Mod-3) 计数器。


【题 6.13】 ​

题目:试分析图 P6.13 的计数器在 M=1M = 1 和 M=0M = 0 时各为几进制计数器(采用 74160 十进制计数器)。

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【题 6.15】 ​

题目:图 P6.15 电路为可变进制计数器。试分析当控制变量 A=1A = 1 和 A=0A = 0 时电路各为几进制计数器(74LS161)。

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解答:

  1. 写出置数端反馈逻辑: 电路采用 74LS161,预置数输入 D3D2D1D0=0000D_3 D_2 D_1 D_0 = 0000,异步清零端 RD′=1R_D' = 1(无效)。同步置数端 LD′LD' 接至反馈门电路输出 YY:

    LD′=Y=A′Q3Q1+AQ2Q1‾LD' = Y = \overline{A' Q_3 Q_1 + A Q_2 Q_1}

  2. 分析控制变量 A=0A = 0 时:
    • 反馈公式简化为:

      LD′=Q3Q1‾LD' = \overline{Q_3 Q_1}

    • 当计数状态到达 10101010(十进制数 10)时,满足 Q3=1,Q1=1Q_3 = 1, Q_1 = 1,使 LD′=0LD' = 0。
    • 在下一个 CLKCLK 上升沿,电路加载置入数据 00000000。
    • 稳定循环的状态为:0→1→⋯→10→00 \rightarrow 1 \rightarrow \dots \rightarrow 10 \rightarrow 0。
    • 结论:十一进制计数器。
  3. 分析控制变量 A=1A = 1 时:
    • 反馈公式简化为:

      LD′=Q2Q1‾LD' = \overline{Q_2 Q_1}

    • 当计数状态到达 01100110(十进制数 6)时,满足 Q2=1,Q1=1Q_2 = 1, Q_1 = 1,使 LD′=0LD' = 0。
    • 在下一个 CLKCLK 上升沿,电路加载置入数据 00000000。
    • 稳定循环的状态为:0→1→⋯→6→00 \rightarrow 1 \rightarrow \dots \rightarrow 6 \rightarrow 0。
    • 结论:七进制计数器。

【题6.17】补 ​

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【题 6.26】 ​

题目:图 P6.26 是一个由 3 个 D 触发器组成的移位寄存器型计数器。试画出电路的状态转换图,说明这是几进制计数器,并判断能否自启动。

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解答:

  1. 写出触发器的状态方程:

    • 移位关系:

      Q2∗=Q1,Q3∗=Q2Q_2^* = Q_1, \quad Q_3^* = Q_2

    • 反馈激励逻辑输入至 D1D_1:

      Q1∗=D1=(Q2⊕Q3)+Q2+Q3‾=(Q2Q3′+Q2′Q3)+Q2′Q3′=Q2′+Q3′=Q2Q3‾Q_1^* = D_1 = (Q_2 \oplus Q_3) + \overline{Q_2 + Q_3} = (Q_2 Q_3' + Q_2' Q_3) + Q_2' Q_3' = Q_2' + Q_3' = \overline{Q_2 Q_3}

  2. 分析状态转换轨迹(以 Q1Q2Q3Q_1 Q_2 Q_3 表示状态):

    • 从初态 000000 开始:

      000→100→110→111→011→001→100→…000 \rightarrow 100 \rightarrow 110 \rightarrow 111 \rightarrow 011 \rightarrow 001 \rightarrow 100 \rightarrow \dots

      形成包含 5 个有效状态的闭合环。
    • 处于该主循环时,计数器的状态数目为 5。因此为 五进制 计数器。
  3. 检查自启动特性: 计算其余未使用的状态:

    • 010→101→110010 \rightarrow 101 \rightarrow 110(进入主循环)
    • 未使用的状态均能自动收敛、切入主循环中,因此电路 能自启动。

【题 6.33】 ​

用 D 触发器和门电路设计一个十一进制计数器,并检查设计的电路能否自启动。

第一步:确定触发器的数量 ​

要设计一个十一进制(M=11M = 11)计数器,所需的触发器数目 nn 应满足:

2n−1<11≤2n  ⟹  n=42^{n-1} < 11 \le 2^n \implies n = 4

因此,需要 4 个 D 触发器,设其状态输出为 Q3,Q2,Q1,Q0Q_3, Q_2, Q_1, Q_0(其中 Q3Q_3 为最高位,Q0Q_0 为最低位)。


第二步:确定状态转换编码 ​

采用自然二进制编码,计数器的 11 个有效状态从 00000000(0)递增至 10101010(10)。

  • 有效状态序列:

    0000→0001→0010→0011→0100→0101→0110→0111→1000→1001→1010→00000000 \rightarrow 0001 \rightarrow 0010 \rightarrow 0011 \rightarrow 0100 \rightarrow 0101 \rightarrow 0110 \rightarrow 0111 \rightarrow 1000 \rightarrow 1001 \rightarrow 1010 \rightarrow 0000

  • 无效(多余)状态:1011,1100,1101,1110,11111011, 1100, 1101, 1110, 1111 共 5 个状态,在化简时可先作为任意项(×\times)处理。

第三步:求驱动方程(次态化简) ​

对于 D 触发器,其特性方程为 Q∗=DQ^* = D。因此,驱动方程 Di=Qi∗D_i = Q_i^*。 利用卡诺图对 Q3∗,Q2∗,Q1∗,Q0∗Q_3^*, Q_2^*, Q_1^*, Q_0^* 进行化简,可得各触发器的驱动方程:

  1. D0D_0 的驱动方程:

    D0=Q0∗=Qˉ0Qˉ3+Qˉ0Qˉ1=Qˉ0(Qˉ3+Qˉ1)D_0 = Q_0^* = \bar{Q}_0 \bar{Q}_3 + \bar{Q}_0 \bar{Q}_1 = \bar{Q}_0 (\bar{Q}_3 + \bar{Q}_1)

  2. D1D_1 的驱动方程:

    D1=Q1∗=Qˉ1Q0+Q1Qˉ0Qˉ3D_1 = Q_1^* = \bar{Q}_1 Q_0 + Q_1 \bar{Q}_0 \bar{Q}_3

  3. D2D_2 的驱动方程:

    D2=Q2∗=Q2Qˉ1+Q2Qˉ0+Qˉ2Q1Q0=Q2Q1Q0‾+Qˉ2Q1Q0=Q2⊕(Q1Q0)D_2 = Q_2^* = Q_2 \bar{Q}_1 + Q_2 \bar{Q}_0 + \bar{Q}_2 Q_1 Q_0 = Q_2 \overline{Q_1 Q_0} + \bar{Q}_2 Q_1 Q_0 = Q_2 \oplus (Q_1 Q_0)

  4. D3D_3 的驱动方程:

    D3=Q3∗=Q3Qˉ2+Q2Q1Q0D_3 = Q_3^* = Q_3 \bar{Q}_2 + Q_2 Q_1 Q_0


第四步:检查电路能否自启动 ​

将 5 个无效状态(1011,1100,1101,1110,11111011, 1100, 1101, 1110, 1111)分别代入上述得到的驱动方程,计算它们的次态:

  • 对于输入状态 10111011:
    • D0=0D_0 = 0, D1=0D_1 = 0, D2=1D_2 = 1, D3=1  ⟹  D_3 = 1 \implies 次态为 11001100
  • 对于输入状态 11001100:
    • D0=1D_0 = 1, D1=0D_1 = 0, D2=1D_2 = 1, D3=0  ⟹  D_3 = 0 \implies 次态为 01010101(已进入有效状态循环)
  • 对于输入状态 11011101:
    • D0=0D_0 = 0, D1=1D_1 = 1, D2=1D_2 = 1, D3=0  ⟹  D_3 = 0 \implies 次态为 01100110(已进入有效状态循环)
  • 对于输入状态 11101110:
    • D0=0D_0 = 0, D1=0D_1 = 0, D2=1D_2 = 1, D3=0  ⟹  D_3 = 0 \implies 次态为 01000100(已进入有效状态循环)
  • 对于输入状态 11111111:
    • D0=0D_0 = 0, D1=0D_1 = 0, D2=0D_2 = 0, D3=1  ⟹  D_3 = 1 \implies 次态为 10001000(已进入有效状态循环)

自启动分析结论: 无效状态的转移关系为:

  • 1011→1100→01011011 \rightarrow 1100 \rightarrow 0101(有效状态)
  • 1101→01101101 \rightarrow 0110(有效状态)
  • 1110→01001110 \rightarrow 0100(有效状态)
  • 1111→10001111 \rightarrow 1000(有效状态)

因为所有无效状态在时钟脉冲作用下,最终都能自动进入有效的十一进制循环回路中,所以该电路能够自启动。