数字电路第8章 数字系统设计基础-习题答案

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1、第8章数字系统设计基础8.1数字系统在逻辑上可以划分成哪两个部分？其中哪一部分是数字系统的核心？解：数字系统在逻辑上可以划分成控制器和数据处理器两部分，控制器是数字系统的核心。8.2什么是数字系统的ASM图？它与一般的算法流程图有什么不同？ASM块的时序意义是什么？解：算法状态机（ASM）是数字系统控制过程的算法流程图。它与一般的算法流程图的区别为ASM图表可表示事件的精确时间间隔序列，而一般的算法流程图只表示事件发生的先后序列，没有时间概念。ASM块的时序意义是一个ASM块内的操作是在一个CLK脉冲作用下完成的。8.3某数字系统，在T0状态下，下一个CLK到，完成无条件操作：寄存器R

2、←1010，状态由T0→T1。在T1状态下，下一个CLK到，完成无条件操作：R左移，若外输入X=0，则完成条件操作：计数器A←A+1，状态由T1→T2；若X=1，状态由T1→T3。画出该系统的ASM图。解：ASM图表如图所示8.4一个数字系统在T1状态下，若启动信号C=0，则保持T1状态不变；若C=1，则完成条件操作：A←N1，B←N2，状态由T1→T2。在T2状态下，下一个CLK到，完成无条件操作B←B−1，若M=0，则完成条件操作：P右移，状态由T2→T3；若M=1，状态由T2→T4→T1。画出该数字系统的ASM图。解：ASM图表如图18.5控制器状态图如题图8.5所示，画出其等效

3、的ASM图。题图8.5解：ASM图8.6设计一个数字系统，它有三个4位的寄存器X、Y、Z，并实现下列操作：①启动信号S出现，传送两个4位二进制数N1、N2分别给寄存器X、Y；②如果X>Y，左移X的内容，并把结果传送给Z；③如果X

4、、译码器方法设计控制器。题图8.8解：状态转换真值表nnn+1n+1状态Q1Q0SXYZQ1Q0T0T1T2T3T0000φφφ001000001φφφ011000T101φ00φ01010001φ01011010001φ01110010001φ1φφ100100T210φ10φ10001010φ00φ11001010φ01φ00001010φ11φ000010T311φφφφ000001卡诺图电路图48.9某公园有一处4种颜色的彩色艺术图案灯，它的艺术图案由4种颜色顺序完成，绿色亮16s，红色亮10s，蓝色亮8s，黄色亮5s，周而复始地循环，试设计这种灯的控制系统。解：（1）ASM图

5、（2）控制器设计根据ASM图，有四个状态T0，T1，T2，T3，可画出控制器的状态转换表用MUX,D-FF，译码器组成的控制器如解题图8.9中虚线左部分所示。解题图8.95(3)处理器设计根据ASM图，可得t=1的条件方程为t=T0·16s+Tl·10s+T2·8s+T3·5st=1时计时计数器应清0，表示以上计时结束，准备计下一个定时时间，故t应接加法计数器的LD端，加法计数器选用74161，其CLK周期TCLK=1s。定时信号t=1的电路和计时电路74161构成的数据处理器如解题图8.9虚线右部分所示。解题图8.9为四色灯控制系统的整体电路。8.10设计十字路口交通灯控制系统：东西

6、方向道路和南北方向道路各行车1分钟，两方向红绿灯交换时，须亮黄灯5s。东西方向绿、黄、红灯亮分别用EG、EY、ER表示，南北方向绿、黄、红灯亮分别用SG、SY、SR表示。试按上述要求设计交通灯控制系统。解：1）ASM图表设E=1分钟(红绿灯亮时间),F=5秒(黄灯亮时间)。时间到S=1,计数器清零。2）控制器设计控制器的状态转换表nnn+1n+1状态Q2Q1EFQ2Q1输出T0T1T2T3T0000ϕ001000001ϕ011000T101ϕ001010001ϕ1100100T2100ϕ100010101ϕ110010T311ϕ011000111ϕ1000001卡诺图6控制器电路3）数

7、据处理器设计定时电路方程及电路：S=(T0+T2)E+(T1+T3)F产生E=1分钟和F=5秒的电路由两级160实现。整体电路如图：8.11设计8种花型彩灯控制系统：由8个发光二极管组成的彩灯，一字排开，彩灯的图案循环变换步骤如下：①彩灯由左至右逐个亮至最后全亮；②彩灯由右至左逐个灭至最后全灭；③彩灯由右至左逐个亮至最后全亮；④彩灯由左至右逐个灭至最后全灭；7⑤8个彩灯全亮；⑥8个彩灯全灭；⑦8个彩灯全亮；⑧8个彩灯全灭。按以上要求设计彩灯控制