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北京航空航天大学 833 自控+数电 2019 年真题思维导图

985 院校共 10 题合计 150 分

难度:中等偏上 833 为自动控制原理与数字电路合卷,自控 6 题 90 分、数电 4 题 60 分,共十个大题。自控六题考机械系统建模与结构图、根轨迹与二阶近似、截止频率与相角裕度及串联校正、相轨迹与开关线、反馈系统动态方程与极点配置、矩阵指数与能控能观及 BIBO 稳定;数电四题考卡诺图与 74LS138 实现逻辑及 TTL 驱动 LED、74LS151 实现题表功能、74LS283 与 74LS48 十进制加法器、行人过街红绿灯控制。

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1一、机械系统动态方程、结构图与传递函数15 分#

思路
  • 先对两个小车分别列牛顿定律写动态方程,再消元画出系统结构图,最后由结构图用梅森公式求输出对输入的传递函数。
机械系统建模 建模与机电系统
本卷考法
  • 题一1对小车-弹簧-阻尼系统列写动态方程
本卷实例
  • 关键一步:分别对两个小车列牛顿第二定律方程
  • 中间结果:消去中间位移得含输出的动态方程
  • 卡点:系统参数与受力以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 依据牛顿第二定律或达朗贝尔原理列方程
  • 三种基本元件:质量 m、粘性阻尼 f、弹簧 k
  • 同一方向取正,反向取负,逐项列出合力
步骤
  • 选定正方向并作受力分析
  • 分别写出质量、阻尼、弹簧对应的力
  • 按 F=ma 列写运动方程
  • 取拉氏变换整理成传递函数
通用考法
  • 本卷考过题一1对小车-弹簧-阻尼系统列写动态方程
  • 弹簧-质量-阻尼系统求位移对力的传递函数
  • 两质量块经弹簧阻尼连接的系统建模
常见易错
  • 本卷考过弹簧力与阻尼力的正负方向取反,或漏相互作用项
  • 阻尼力与弹簧力的正负方向取反
  • 多质量系统漏掉相互作用力的反作用项
公式
本卷考法
  • 题一2绘制系统结构图并求输出对输入的传递函数
本卷实例
  • 关键一步:由动态方程整理出各变量间的传递关系
  • 中间结果:按信号流向画结构图并用梅森公式求传函
  • 卡点:结构图以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 信号流图适合处理多回路、比较点复杂系统
  • 特征式 Δ=1-ΣL+ΣLL-ΣLLL+…
  • 每条前向通路的余子式要剔除与它接触的回路
  • 不接触回路才会计入高阶乘积项
步骤
  • 由结构图改画信号流图,标出各节点
  • 找出全部单独回路,求特征式 Δ
  • 找出全部前向通路 P_k
  • 对每条通路求余子式 Δ_k
  • 代入公式求总传输
通用考法
  • 本卷考过题一2绘制系统结构图并求输出对输入的传递函数
  • 由信号流图求 C(s)/R(s)
  • 结构图先用梅森公式化简再作性能分析
  • 判断某条回路是否与给定前向通路接触
常见易错
  • 本卷考过结构图中力的传递方向画错,或回路漏计
  • 不接触回路找漏或重复计数
  • 余子式中未剔除与通路接触的回路
  • 把前向通路的增益写成了回路增益
公式

2二、根轨迹与二阶近似传递函数15 分#

思路
  • 先按根轨迹法则画出三阶系统轨迹并定分离点,再在已知一个闭环极点时作二阶近似,最后用近似模型估算调节时间并判断超调。
本卷考法
  • 题二1绘制给定三阶开环的闭环根轨迹
本卷实例
  • 关键一步:标三个开环极点并判实轴上的根轨迹段
  • 中间结果:按法则画渐近线与轨迹走向
  • 卡点:分离点位置需结合计算确定
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 起于开环极点、终于开环零点(无穷远零点),分支数等于极点数 n
  • 实轴上某段右侧的零极点总数为奇数时,该段属于根轨迹
  • 渐近线条数为 n-m,交点在实轴上,与实轴夹角等分 360°
  • 根轨迹关于实轴对称
步骤
  • 标出全部开环零极点并判断实轴上的根轨迹段
  • 计算渐近线交点与夹角
  • 求出分离点、出射角、与虚轴交点
  • 按对称性连接各段并标出对应 K 值
通用考法
  • 本卷考过题二1绘制给定三阶开环的闭环根轨迹
  • 按法则绘制根轨迹草图
  • 指出渐近线条数与夹角
  • 判断某段实轴是否属于根轨迹
常见易错
  • 本卷考过实轴段判据算错,或渐近线交点与倾角写错
  • 实轴段判据中的零极点个数算错
  • 渐近线夹角公式中的 2k+1 写成 2k
公式
分离点与会合点 根轨迹法
本卷考法
  • 题二求根轨迹的分离点或会合点坐标
本卷实例
  • 关键一步:由闭环特征方程写增益的显式表达式
  • 中间结果:令其对s的导数为零解分离点
  • 卡点:解的取舍需结合根轨迹判断
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 分离点是根轨迹离开实轴或相汇的点,对应特征方程的重根
  • 分离点必满足 dK/ds=0
  • 用试探法求解代数方程时要注意舍去不在根轨迹上的根
步骤
  • 由幅值条件解出 K 关于 s 的表达式
  • 令 dK/ds=0 得分离点方程
  • 解方程并用实轴段判据筛选
  • 代回求分离点处的 K 值
通用考法
  • 本卷考过题二求根轨迹的分离点或会合点坐标
  • 求根轨迹的分离点坐标
  • 确定分离点处的临界增益
  • 判断解的取舍
常见易错
  • 本卷考过求出的根不筛选,保留了不满足条件的解
  • 求出方程根后不筛选,保留了不在根轨迹上的解
  • 用 dK/ds=0 却未化成 K 的显式表达式
公式
本卷考法
  • 题二由已知闭环极点确定其余极点并写二阶近似传函
本卷实例
  • 关键一步:由特征多项式与已知极点做多项式除法
  • 中间结果:保留主导共轭极点写近似传函
  • 卡点:主导极点判据需回原卷核对题意
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 闭环极点位置直接决定 ξ、ωn 与动态指标
  • 等阻尼线是从原点出发的射线,等 ωn 线是以原点为心的圆
  • 给定阻尼比要求时,极点落在等阻尼线上
  • 增益增大一般使系统响应加快但振荡加剧
步骤
  • 在 s 平面上画出等阻尼线或等 ωn 圆
  • 求其与根轨迹的交点
  • 由幅值条件求出交点对应的参数
  • 由极点位置估算动态性能
通用考法
  • 本卷考过题二由已知闭环极点确定其余极点并写二阶近似传函
  • 求满足给定阻尼比的参数值
  • 由闭环极点位置估算超调量与调节时间
  • 分析提高增益对性能的影响
常见易错
  • 本卷考过作二阶近似时未舍去远离虚轴的非主导极点
  • 把等阻尼线画成了垂直线
  • 由极点位置估指标时忽略零点的作用
公式
高阶系统的降阶与主导极点 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 题二由二阶近似模型估算调节时间并判断超调
本卷实例
  • 关键一步:由近似传函化为标准二阶形式
  • 中间结果:按5%误差带公式估算调节时间
  • 卡点:近似误差是否可接受需回原卷核对
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 离虚轴最近的极点起主导作用,其余极点对应快速衰减分量
  • 闭环零点会增大超调、缩短峰值时间
  • 极点实部相差 5 倍以上时可按主导极点降阶
步骤
  • 求出全部闭环极点并按距虚轴远近排序
  • 用主导极点对近似为二阶系统
  • 用零点修正式修正超调量与峰值时间
通用考法
  • 本卷考过题二由二阶近似模型估算调节时间并判断超调
  • 把高阶系统近似为二阶系统并估算性能指标
  • 判断附加闭环零点对超调量的影响
  • 说明某极点能否忽略的理由
常见易错
  • 本卷考过把近似模型的阻尼比直接当作原系统阻尼比
  • 忽略零点对超调量的放大作用
  • 只看极点距离而不管该极点的留数大小
公式
欠阻尼动态性能指标 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 题二分析阶跃响应是否存在超调量
本卷实例
  • 关键一步:由近似模型的阻尼比大小判断是否振荡
  • 中间结果:据阻尼比与1的关系判断超调有无
  • 卡点:超调有无取决于主导极点位置
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 超调量只由 ξ 决定,与 ωn 无关
  • 峰值时间、上升时间、调节时间都与 ωn 成反比
  • 调节时间与 ξωn 的乘积成反比,ξωn 是衰减因子
  • 振荡次数与 ξ 直接相关
步骤
  • 由标准形式读出 ξ 与 ωn
  • 用超调量公式先求 ξ
  • 依次代入峰值时间、调节时间、上升时间公式
  • 必要时计算振荡次数
通用考法
  • 本卷考过题二分析阶跃响应是否存在超调量
  • 给定 ξ 与 ωn 求全部动态性能指标
  • 由超调量要求确定 ξ 的取值范围
  • 分析 ωn 变化时各指标如何变化
常见易错
  • 本卷考过未判阻尼比就套用超调公式
  • 把两种误差带的调节时间系数搞混
  • 峰值时间与上升时间混用
  • 超调量公式中漏乘 100%
公式

3三、截止频率相角裕度与串联校正设计15 分#

思路
  • 先用对数渐近幅频特性求原系统截止频率与相角裕度,再按校正后开环增益与截止频率不变的条件,列方程解出串联校正网络的参数。
本卷考法
  • 题三1画开环对数渐近幅频特性并求截止频率
本卷实例
  • 关键一步:把开环化为标准时间常数形式并定型别
  • 中间结果:按转角频率逐段画渐近幅频特性
  • 卡点:转角频率与斜率需回原卷核对
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 熟记 lg2≈0.3、lg5≈0.7、20lg2≈6dB
  • 从低频段开始逐段按各环节转折频率改变斜率
  • 低频段斜率由系统型别决定,高度由开环增益决定
  • 每经过一个转折频率斜率就叠加该环节的斜率变化
步骤
  • 把开环传递函数写成典型环节的标准乘积
  • 确定系统型别与开环增益,画出最低频段渐近线
  • 按转折频率从小到大逐段改斜率
  • 逐点叠加得到幅频与相频曲线
通用考法
  • 本卷考过题三1画开环对数渐近幅频特性并求截止频率
  • 绘制开环对数渐近幅频特性
  • 计算指定频率处的幅值与相角
  • 由低频段斜率与高度判断型别与增益
常见易错
  • 本卷考过低频段起始高度未乘型别,或逐段改斜率漏累加
  • 逐段改斜率时忘记累加而非替换
  • 低频段起始高度没有乘上型别的 -20v dB/dec
公式
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 题三1由相频特性求相稳定裕度γ
本卷实例
  • 关键一步:在幅频特性上求截止频率
  • 中间结果:代入相频特性求相稳定裕度
  • 卡点:读数精度受特性曲线限制
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 相角裕度 γ 在幅值穿越频率 ωc 处定义,γ=180°+∠G(jωc)
  • 幅值裕度 Kg 在相位穿越频率 ωg 处定义,单位可为分贝
  • γ>0 且 Kg>1 时闭环稳定(最小相位系统)
  • γ 主要影响超调,ωc 主要影响响应速度
步骤
  • 由幅频特性求 |G|=1 对应的穿越频率 ωc
  • 由相频特性求 ∠G=-180° 对应的频率 ωg
  • 分别代入公式求相角裕度与幅值裕度
  • 由裕度符号判断稳定性
通用考法
  • 本卷考过题三1由相频特性求相稳定裕度γ
  • 求系统的相角裕度与幅值裕度
  • 由裕度要求反求开环增益
  • 分析增益变化对裕度的影响
常见易错
  • 本卷考过把截止频率与相位穿越频率混用
  • 把 ωc 与 ωg 两个频率用反
  • 幅值裕度取倒数未取,导致结论反了
  • 非最小相位系统仍用同一判据
公式
超前校正 系统校正
本卷考法
  • 题三2按截止频率不变与开环增益要求设计串联校正参数a、T
本卷实例
  • 关键一步:由校正网络传函写幅频与相频增量
  • 中间结果:令校正后截止频率处幅值为1、增益满足要求
  • 卡点:校正网络形式以题面为准,需回原卷核对
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 超前校正利用相位超前特性提高相角裕度
  • 会使截止频率提高,响应加快
  • 最大超前角出现在两个转折频率的几何中点
  • 最大超前角不超过 60°,否则噪声放大明显
步骤
  • 由未校正系统的相角裕度差额确定所需最大超前角
  • 由最大超前角公式求 α
  • 由 α 与目标截止频率求两个转折频率
  • 写出校正装置传递函数并校验
通用考法
  • 本卷考过题三2按截止频率不变与开环增益要求设计串联校正参数a、T
  • 设计串联超前校正装置
  • 计算校正后的相角裕度与截止频率
  • 分析超前校正的局限性
常见易错
  • 本卷考过忽略截止频率不变带来的幅值约束,或a、T关系写反
  • 计算补偿角时忽略截止频率变化带来的附加相角损失
  • α 的取值与超前角公式方向取反
公式

4四、非线性系统相轨迹与开关线交点15 分#

思路
  • 由非线性环节分区写系统微分方程,在相平面内积分得相轨迹方程,再与开关线联立求交点坐标并画轨迹。
相平面法 非线性系统
本卷考法
  • 题四由给定初条件求相轨迹方程并画相轨迹
本卷实例
  • 关键一步:按非线性特性分区写运动方程
  • 中间结果:在起始区积分得相轨迹方程
  • 卡点:开关线方程需与相轨迹联立求解
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 相平面以误差及其导数为坐标,适用于一、二阶非线性系统
  • 相轨迹的斜率由系统微分方程直接给出
  • 奇点对应系统的平衡状态,奇点类型决定局部行为
  • 极限环对应相平面上的孤立闭曲线
步骤
  • 写出以误差及其导数表示的二阶微分方程
  • 由等倾线法或解析法求相轨迹斜率
  • 画出各区域相轨迹并判断奇点类型
  • 由是否存在闭曲线判断极限环与自振
通用考法
  • 本卷考过题四由给定初条件求相轨迹方程并画相轨迹
  • 画出给定初始条件下的相轨迹
  • 判断奇点类型与稳定性
  • 分析极限环的存在与形态
常见易错
  • 本卷考过不同区域选错微分方程,或初值代入错区
  • 相轨迹斜率公式中分子分母写反
  • 把相轨迹与根轨迹混淆
公式
本卷考法
  • 题四确定相轨迹与开关线的交点坐标
本卷实例
  • 关键一步:写出开关线方程并代入相轨迹方程
  • 中间结果:解出交点坐标并判断相轨迹走向
  • 卡点:非线性特性以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 饱和特性降低等效增益,可能引起系统不稳定或自振
  • 死区特性使小信号时增益为零,产生稳态误差
  • 间隙特性引起相位滞后,导致波形畸变与自振
  • 继电特性使系统出现持续振荡并可能产生颤振
步骤
  • 识别非线性环节类型
  • 写出其描述函数或分段数学表达式
  • 分析其对等效增益与稳定性的影响
通用考法
  • 本卷考过题四确定相轨迹与开关线的交点坐标
  • 分析饱和或死区对系统性能的影响
  • 求典型非线性的描述函数表达式
  • 说明间隙为何容易引起自振
常见易错
  • 本卷考过把开关线方程与区域边界混淆
  • 认为饱和总是使系统更稳定
  • 忽略死区在原点附近造成的小信号失效
公式

5五、反馈系统动态方程与闭环极点配置15 分#

思路
  • 先把两个子系统的状态方程按结构图连接写出闭环增广动态方程,再按期望闭环极点列特征多项式,解出待定参数。
状态空间表达式的建立 状态空间分析
本卷考法
  • 题五1写出以给定输入输出与状态向量表示的闭环系统动态方程
本卷实例
  • 关键一步:按结构图写e、y与两子系统的连接关系
  • 中间结果:把两个状态方程组合成增广状态方程
  • 卡点:连接关系以结构图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 状态方程为一阶微分方程组,输出方程是状态与输入的代数关系
  • 状态变量的个数等于系统阶数,选取不唯一
  • 状态空间描述可同时刻画内部状态与外部输出
  • 可处理多输入多输出系统
步骤
  • 确定系统阶数并选取状态变量
  • 列写各状态变量的一阶微分方程
  • 写成矩阵形式 x'=Ax+Bu 与 y=Cx+Du
通用考法
  • 本卷考过题五1写出以给定输入输出与状态向量表示的闭环系统动态方程
  • 由物理系统列写状态空间表达式
  • 判断状态变量选取是否合理
  • 写出系统的 A、B、C、D 矩阵
常见易错
  • 本卷考过子系统间信号的接入点搞错,或状态维数弄错
  • 状态变量个数与系统阶数不匹配
  • 输出方程中漏掉直接传递项 D
公式
状态反馈与极点配置 状态空间分析
本卷考法
  • 题五2确定参数使闭环极点配置在给定位置
本卷实例
  • 关键一步:由增广状态矩阵写闭环特征多项式
  • 中间结果:与期望极点对应的特征式逐项比对
  • 卡点:参数以符号给出,解后需回代核对
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 状态反馈 u=-Kx+v 可任意配置闭环极点,前提是系统完全能控
  • 状态反馈不改变系统的零点
  • 极点配置通过比较期望与实际的闭环特征多项式求解 K
  • 状态反馈可能改变能观性
步骤
  • 先验证系统能控
  • 写出希望配置的极点并求期望特征多项式
  • 求闭环系统特征多项式 det(sI-A+BK)
  • 比较系数解出反馈增益阵 K
通用考法
  • 本卷考过题五2确定参数使闭环极点配置在给定位置
  • 设计状态反馈使闭环极点位于指定位置
  • 判断给定极点是否可通过状态反馈配置
  • 分析状态反馈对系统性能的影响
常见易错
  • 本卷考过期望特征多项式展开错误,或待定参数与系数对应错位
  • 未验证能控性就直接做极点配置
  • 特征多项式比较系数时符号写反
公式

6六、矩阵指数、能控能观与 BIBO 稳定15 分#

思路
  • 先由状态矩阵求矩阵指数得状态转移矩阵,再用秩判据判能控性与能观性,最后由传函极点判断有界输入有界输出稳定。
状态转移矩阵 状态空间分析
本卷考法
  • 题六1求给定三阶状态矩阵的矩阵指数
本卷实例
  • 关键一步:先求状态矩阵的特征值
  • 中间结果:按重根情形定矩阵指数的解析形式
  • 卡点:矩阵元素以数字给出,算后需复核
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 状态转移矩阵 e^{At} 描述零输入下状态随时间的演化
  • 可从 (sI-A)^{-1} 求拉氏反变换得到
  • 满足 e^{A\cdot0}=I 且可逆
  • 含输入时用卷积积分写出全响应
步骤
  • 计算 (sI-A)^{-1}
  • 求拉氏反变换得到 e^{At}
  • 代入全响应公式求状态与输出
  • 用初值条件校验结果
通用考法
  • 本卷考过题六1求给定三阶状态矩阵的矩阵指数
  • 求状态转移矩阵
  • 求给定初始条件下的状态与输出响应
  • 用性质验证转移矩阵是否正确
常见易错
  • 本卷考过特征值有重根时待定系数法处理错
  • 矩阵求逆时忘记检查行列式是否为零
  • 卷积积分中变量代换写错
公式
能控性与能观性 状态空间分析
本卷考法
  • 题六2判断系统的能控性与能观性
本卷实例
  • 关键一步:由A、B写能控性判别矩阵并求秩
  • 中间结果:由A、C写能观性判别矩阵并求秩
  • 卡点:秩与维数比较后再下结论
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 能控性指能否用输入在有限时间内把任意初始状态驱动到原点
  • 能观性指能否由输出在有限时间内确定初始状态
  • 用能控性矩阵与能观性矩阵的秩判断
  • 能控性与能观性经非奇异线性变换保持不变
步骤
  • 构造能控性矩阵并求秩
  • 构造能观性矩阵并求秩
  • 与系统阶数 n 比较得出结论
  • 不可控或不可观时进一步做结构分解
通用考法
  • 本卷考过题六2判断系统的能控性与能观性
  • 判断系统的能控性与能观性
  • 求使系统能观的参数取值
  • 对不可控系统进行结构分解
常见易错
  • 本卷考过判别矩阵构造错误,或秩算错
  • 只算到 A^{n-2}B 就下结论
  • 把能控性判据与能观性判据的矩阵构造搞混
公式
本卷考法
  • 题六3判断系统是否为有界输入有界输出稳定
本卷实例
  • 关键一步:由状态空间求传递函数
  • 中间结果:看传函极点是否全在左半平面
  • 卡点:对消零极点时须说明是否降阶
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 由状态空间求传递函数为 C(sI-A)^{-1}B+D
  • 传递函数只反映能控能观子系统,含零极点对消
  • 系统的特征值等于传递函数的极点
  • 同一传递函数对应的状态空间实现不唯一
步骤
  • 计算 (sI-A)^{-1}
  • 按公式求 G(s)=C(sI-A)^{-1}B+D
  • 与已知传递函数比对,判断是否发生零极点对消
通用考法
  • 本卷考过题六3判断系统是否为有界输入有界输出稳定
  • 由状态空间表达式求传递函数
  • 判断状态空间实现是否存在零极点对消
  • 比较不同实现对应的传递函数是否相同
常见易错
  • 本卷考过把BIBO稳定与渐近稳定混为一谈
  • 漏掉直接传递项 D
  • 把特征值个数与传递函数极点数直接等同而不检查对消
公式

7七、卡诺图、74LS138 实现逻辑与 TTL 驱动 LED15 分#

思路
  • 三小问各自独立:先对含约束项函数作卡诺图化简,再用 74LS138 与门电路实现三变量多数函数,最后按 TTL 输出电流与 LED 压降求限流电阻范围。
逻辑代数与卡诺图化简 数字逻辑与数字电路
本卷考法
  • 题七1用卡诺图化简含约束项的四变量逻辑函数
本卷实例
  • 关键一步:把最小项与约束项填入卡诺图
  • 中间结果:按最大圈合并乘积项得最简式
  • 卡点:变量顺序以题面为准,需回原卷核对
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 逻辑函数化简可用公式法也可用卡诺图法,卡诺图更适合带约束项的情形
  • 约束项在卡诺图中记为叉,能圈就圈进圈里以取得更大的圈
  • 圈越大项越少,每圈包含的方格数为二的整数次幂
  • 无关项与任意项不产生新的圈,只用来帮助扩大已有的圈
步骤
  • 把逻辑函数按最小项填入卡诺图,约束条件对应的格填成叉
  • 按二、四、八格成圈,圈内至少含一个未被圈过的一,圈可以重叠
  • 每圈消去取值发生变化的变量,只保留取值不变的变量
  • 把所有圈对应的乘积项或起来得到最简与或式
通用考法
  • 本卷考过题七1用卡诺图化简含约束项的四变量逻辑函数
  • 用卡诺图求最简与或表达式
  • 含约束条件的逻辑函数化简
  • 由最简式反推需要几个门电路
常见易错
  • 本卷考过约束项处理不当,或成圈时漏圈可扩大的圈
  • 把约束项当成必须为 1 的项,或漏圈可以用约束项扩大的圈
  • 圈数为二的整数次幂以外的方格数
公式
组合逻辑电路设计 数字逻辑与数字电路
本卷考法
  • 题七2用74LS138与门电路实现逻辑函数
本卷实例
  • 关键一步:把逻辑函数化为最小项之和
  • 中间结果:用译码器低有效输出经门电路实现
  • 卡点:74LS138接法以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 组合逻辑的输出只由当前输入决定,不含记忆元件
  • 设计流程是列真值表、写表达式、化简、再映射到给定器件
  • 用译码器或数据选择器实现时,输出写成最小项之和的形式最方便
  • 全加器要考虑低位来的进位,全减器要考虑低位来的借位
步骤
  • 按功能描述列真值表,输入输出个数要与题意一致
  • 写出每个输出的最小项表达式并化简
  • 把表达式改写成给定器件(译码器、数据选择器、与非门)能直接实现的形式
  • 按器件引脚特性追加必要的门电路并把输入端接好
通用考法
  • 本卷考过题七2用74LS138与门电路实现逻辑函数
  • 用译码器或数据选择器加适当门电路设计指定逻辑功能
  • 仅用与非门实现给定逻辑功能
  • 设计一位全加或全减器
常见易错
  • 本卷考过低有效输出未取反,或最小项与输出管脚对应错
  • 控制信号取 0 与取 1 对应的加与减搞反
  • 接器件时忘记译码器的输出是低有效
公式
组合逻辑电路设计 数字逻辑与数字电路
本卷考法
  • 题七3由TTL输出电流与LED压降求限流电阻取值范围
本卷实例
  • 关键一步:分别按LED正常发光电流上下限列不等式
  • 中间结果:代入输出高、低电平与管压降解电阻范围
  • 卡点:参数以题面给出,需回原卷核对
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 组合逻辑的输出只由当前输入决定,不含记忆元件
  • 设计流程是列真值表、写表达式、化简、再映射到给定器件
  • 用译码器或数据选择器实现时,输出写成最小项之和的形式最方便
  • 全加器要考虑低位来的进位,全减器要考虑低位来的借位
步骤
  • 按功能描述列真值表,输入输出个数要与题意一致
  • 写出每个输出的最小项表达式并化简
  • 把表达式改写成给定器件(译码器、数据选择器、与非门)能直接实现的形式
  • 按器件引脚特性追加必要的门电路并把输入端接好
通用考法
  • 本卷考过题七3由TTL输出电流与LED压降求限流电阻取值范围
  • 用译码器或数据选择器加适当门电路设计指定逻辑功能
  • 仅用与非门实现给定逻辑功能
  • 设计一位全加或全减器
常见易错
  • 本卷考过高低电平下的电流方向判错,或漏算门电路输出压降
  • 控制信号取 0 与取 1 对应的加与减搞反
  • 接器件时忘记译码器的输出是低有效
公式

8八、74LS151 实现题八表逻辑功能15 分#

思路
  • 先由题八表整理 E、F 两个变量与 A、B 的组合关系,再用八选一数据选择器把部分变量作地址、其余作数据输入实现。
组合逻辑电路设计 数字逻辑与数字电路
本卷考法
  • 题八用74LS151与与非门实现题八表给定的逻辑功能
本卷实例
  • 关键一步:把题八表整理成完全真值表
  • 中间结果:选三个变量作地址并按分组接数据端
  • 卡点:74LS151管脚以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 组合逻辑的输出只由当前输入决定,不含记忆元件
  • 设计流程是列真值表、写表达式、化简、再映射到给定器件
  • 用译码器或数据选择器实现时,输出写成最小项之和的形式最方便
  • 全加器要考虑低位来的进位,全减器要考虑低位来的借位
步骤
  • 按功能描述列真值表,输入输出个数要与题意一致
  • 写出每个输出的最小项表达式并化简
  • 把表达式改写成给定器件(译码器、数据选择器、与非门)能直接实现的形式
  • 按器件引脚特性追加必要的门电路并把输入端接好
通用考法
  • 本卷考过题八用74LS151与与非门实现题八表给定的逻辑功能
  • 用译码器或数据选择器加适当门电路设计指定逻辑功能
  • 仅用与非门实现给定逻辑功能
  • 设计一位全加或全减器
常见易错
  • 本卷考过数据选择器地址变量选错,或数据端接法未覆盖全表
  • 控制信号取 0 与取 1 对应的加与减搞反
  • 接器件时忘记译码器的输出是低有效
公式
逻辑代数与卡诺图化简 数字逻辑与数字电路
本卷考法
  • 题八化简题表函数并确定数据端取值
本卷实例
  • 关键一步:把真值表化为卡诺图求最简式
  • 中间结果:按地址分组写各数据端接法
  • 卡点:数据端接法需与真值表逐一核对
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 逻辑函数化简可用公式法也可用卡诺图法,卡诺图更适合带约束项的情形
  • 约束项在卡诺图中记为叉,能圈就圈进圈里以取得更大的圈
  • 圈越大项越少,每圈包含的方格数为二的整数次幂
  • 无关项与任意项不产生新的圈,只用来帮助扩大已有的圈
步骤
  • 把逻辑函数按最小项填入卡诺图,约束条件对应的格填成叉
  • 按二、四、八格成圈,圈内至少含一个未被圈过的一,圈可以重叠
  • 每圈消去取值发生变化的变量,只保留取值不变的变量
  • 把所有圈对应的乘积项或起来得到最简与或式
通用考法
  • 本卷考过题八化简题表函数并确定数据端取值
  • 用卡诺图求最简与或表达式
  • 含约束条件的逻辑函数化简
  • 由最简式反推需要几个门电路
常见易错
  • 本卷考过卡诺图化简出错,或数据端取反遗漏
  • 把约束项当成必须为 1 的项,或漏圈可以用约束项扩大的圈
  • 圈数为二的整数次幂以外的方格数
公式

9九、74LS283 与 74LS48 设计一位十进制加法器15 分#

思路
  • 先用 74LS283 把两个 8421BCD 码相加并检测和是否超过 9,再用门电路作加 6 修正,最后用 74LS48 驱动七段数码管显示。
组合逻辑电路设计 数字逻辑与数字电路
本卷考法
  • 题九用74LS283与门电路设计一位8421BCD码十进制加法器
本卷实例
  • 关键一步:用四位加法器求两BCD码之和
  • 中间结果:由进位与和的高位判是否需加6修正
  • 卡点:显示译码与熄灭控制以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 组合逻辑的输出只由当前输入决定,不含记忆元件
  • 设计流程是列真值表、写表达式、化简、再映射到给定器件
  • 用译码器或数据选择器实现时,输出写成最小项之和的形式最方便
  • 全加器要考虑低位来的进位,全减器要考虑低位来的借位
步骤
  • 按功能描述列真值表,输入输出个数要与题意一致
  • 写出每个输出的最小项表达式并化简
  • 把表达式改写成给定器件(译码器、数据选择器、与非门)能直接实现的形式
  • 按器件引脚特性追加必要的门电路并把输入端接好
通用考法
  • 本卷考过题九用74LS283与门电路设计一位8421BCD码十进制加法器
  • 用译码器或数据选择器加适当门电路设计指定逻辑功能
  • 仅用与非门实现给定逻辑功能
  • 设计一位全加或全减器
常见易错
  • 本卷考过未判和是否超过9就直接输出,或加6修正条件写错
  • 控制信号取 0 与取 1 对应的加与减搞反
  • 接器件时忘记译码器的输出是低有效
公式
组合逻辑电路设计 数字逻辑与数字电路
本卷考法
  • 题九用74LS48与七段数码管显示加数与和并实现十位为零熄灭
本卷实例
  • 关键一步:按74LS48功能接共阴极数码管各段
  • 中间结果:用和的高位控制十位数码管的熄灭
  • 卡点:数码管接法以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 组合逻辑的输出只由当前输入决定,不含记忆元件
  • 设计流程是列真值表、写表达式、化简、再映射到给定器件
  • 用译码器或数据选择器实现时,输出写成最小项之和的形式最方便
  • 全加器要考虑低位来的进位,全减器要考虑低位来的借位
步骤
  • 按功能描述列真值表,输入输出个数要与题意一致
  • 写出每个输出的最小项表达式并化简
  • 把表达式改写成给定器件(译码器、数据选择器、与非门)能直接实现的形式
  • 按器件引脚特性追加必要的门电路并把输入端接好
通用考法
  • 本卷考过题九用74LS48与七段数码管显示加数与和并实现十位为零熄灭
  • 用译码器或数据选择器加适当门电路设计指定逻辑功能
  • 仅用与非门实现给定逻辑功能
  • 设计一位全加或全减器
常见易错
  • 本卷考过74LS48有效电平接错,或灭零控制漏接
  • 控制信号取 0 与取 1 对应的加与减搞反
  • 接器件时忘记译码器的输出是低有效
公式

10十、行人过街红绿灯控制器设计15 分#

思路
  • 把通行周期按 10 秒、20 秒、30 秒分段抽象为计数状态,用 74LS161 计数、74LS151 与 74LS175 产生并寄存行人绿灯控制信号。
时序逻辑与计数器 数字逻辑与数字电路
本卷考法
  • 题十用74LS161、74LS151与74LS175设计行人绿灯1的控制电路
本卷实例
  • 关键一步:按10秒、20秒、30秒分段定计数状态
  • 中间结果:用计数器与数据选择器产生绿灯时序
  • 卡点:寄存器状态在周期内须保持,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 时序逻辑的输出由当前输入与电路当前状态共同决定
  • 计数器有同步与异步、加法与减法、二进制与十进制之分
  • 集成计数器可通过置数或清零端改接成任意模数计数器
  • 状态图、状态表与波形图是描述时序电路的三件套
步骤
  • 由电路连接写出各触发器的驱动方程与时钟方程
  • 代入触发器特性方程得到状态方程
  • 列出状态表或状态图,确定电路的计数规律与模数
  • 需要变形时用置数端或清零端把某个状态反馈接回,得到目标模数
通用考法
  • 本卷考过题十用74LS161、74LS151与74LS175设计行人绿灯1的控制电路
  • 分析给定电路的计数规律与模数
  • 用集成计数器设计指定模数的计数器
  • 画出加减计数器的输出波形
常见易错
  • 本卷考过一周期的时序分段与计数值对应错,或按钮信号未锁存
  • 异步清零与同步置数的反馈状态取错
  • 把模数与触发器个数直接等同,忽略反馈接线的作用
公式
组合逻辑电路设计 数字逻辑与数字电路
本卷考法
  • 题十按题意写行人绿灯1的组合逻辑并加必要门电路
本卷实例
  • 关键一步:由题意写按钮请求与绿灯输出的关系
  • 中间结果:用门电路实现请求锁存与周期起停
  • 卡点:接线与芯片管脚以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 组合逻辑的输出只由当前输入决定,不含记忆元件
  • 设计流程是列真值表、写表达式、化简、再映射到给定器件
  • 用译码器或数据选择器实现时,输出写成最小项之和的形式最方便
  • 全加器要考虑低位来的进位,全减器要考虑低位来的借位
步骤
  • 按功能描述列真值表,输入输出个数要与题意一致
  • 写出每个输出的最小项表达式并化简
  • 把表达式改写成给定器件(译码器、数据选择器、与非门)能直接实现的形式
  • 按器件引脚特性追加必要的门电路并把输入端接好
通用考法
  • 本卷考过题十按题意写行人绿灯1的组合逻辑并加必要门电路
  • 用译码器或数据选择器加适当门电路设计指定逻辑功能
  • 仅用与非门实现给定逻辑功能
  • 设计一位全加或全减器
常见易错
  • 本卷考过按钮重复按下未屏蔽,或周期边界条件漏判
  • 控制信号取 0 与取 1 对应的加与减搞反
  • 接器件时忘记译码器的输出是低有效
公式