デジタル電子回路:練習問題と試験問題

2 進数、論理ゲートとブール代数、カルノー図、マルチプレクサのような組み合わせ回路の構成要素、フリップフロップ、カウンタ、シフトレジスタ、そしてアナログ信号とデジタル信号の変換を扱います。試験では、短い手計算と、回路図やタイミング図を組み合わせて出題されます。

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この科目のトピック

  1. 記数法2 進数・16 進数から 10 進数へ · 2 の補数 · ビット、範囲、メモリ計算
  2. デジタル論理:ゲート・カルノー図・フリップフロップゲート、真理値表、遅延 · ブール代数、カルノー図、マルチプレクサ · ドントケア、フリップフロップ、カウンタ計算
  3. データ収録とサンプリングナイキスト、LSB、データレート · エイリアシング、ビット数、UART フレーム · 高調波、SQNR、システム設計計算

デジタル電子回路の試験のコツ

  • 1 を 1 つも置く前に、カルノー図にグレイコード(00, 01, 11, 10)で見出しを付けましょう。
  • グループはできるだけ大きくし、端をまたがせましょう。ドントケアは役に立つときだけ使います。
  • タイミング図では、各入力を有効なクロックエッジの瞬間に読み取り、エッジごとの Q を表に書き込みましょう。

解答例

記数法やさしい
桁の重み2256B16E1

16 進数 0x2BE を 10 進数に変換しなさい。N を求めなさい。

0x2BEA = 10 … F = 15

求めるもの: N

ヒントを表示
  1. 16 進数の各桁の重みは右から 1、16、256、4096 です。
  2. 文字をその値(A = 10 … F = 15)に置き換え、桁の重みを掛けて合計します。
  3. 2 = 2, B = 11, E = 14.
答えとステップごとの解答を表示

位取り記数法:各桁の値は、その数字に基数のべき乗を掛けたものです。2 進数では各桁の重みが 1、2、4、8、16、…、16 進数では 1、16、256、… で、A–F は 10–15 を表します。8 ビットの 2 の補数では、最上位ビットの重みが +128 ではなく −128 になり、こうして負の数を表します。

各桁に桁の重みを掛ける

2·256 + 11·16 + 14·1 = 702

答え

0x2BE = 702
デジタル論理:ゲート・カルノー図・フリップフロップふつう
ABCD00011110000111101111111

このカルノー図には、隣り合う 1 をもたない 1 がちょうど 1 つあり、最小の SOP 形では 1 セルのグループ(4 リテラルの完全な最小項)のままです。図の端をまたぐ隣接も数えます。そのセルをクリックしてください。

F = Σm(0, 3, 4, 10, 13, 14, 15)
  1. 1AB = 00, CD = 00
  2. 2AB = 00, CD = 01
  3. 3AB = 00, CD = 11
  4. 4AB = 00, CD = 10
  5. 5AB = 01, CD = 00
  6. 6AB = 01, CD = 01
  7. 7AB = 01, CD = 11
  8. 8AB = 01, CD = 10
  9. 9AB = 11, CD = 00
  10. 10AB = 11, CD = 01
  11. 11AB = 11, CD = 11
  12. 12AB = 11, CD = 10
  13. 13AB = 10, CD = 00
  14. 14AB = 10, CD = 01
  15. 15AB = 10, CD = 11
  16. 16AB = 10, CD = 10
ヒントを表示
  1. 隣り合うセルは、ちょうど 1 つの変数だけが異なります。
  2. 左端と右端の列は隣り合っており、上端と下端の行も同様です。
  3. すべての 1 について、4 つの隣(上、下、左、右、端は反対側へつながる)を確かめましょう。
答えと解説を表示

カルノー図:セルはグレイコード(00, 01, 11, 10)の順に並んでいるので、端をまたぐものも含め、隣り合うセルはちょうど 1 つの変数だけが異なります。1 を、1, 2, 4, 8, 16 個のセルからなる長方形で、できるだけ大きく、できるだけ少ない数でグループ化し、すべての 1 を覆います。各グループは 1 つの積項で、グループの中で一定のままの変数からなります。2ᵏ 個のセルのグループでは k 個の変数が消えます。ドントケア(X)はグループを大きくするために使えますが、覆う必要はありません。代わりに 0 をグループ化すると、最小の POS 形が得られます。

各 1 の隣

隣り合う 1 がある 1 は、2 つ以上のグループに加わることができます。

m3: m2, m1, m7, m11 → 0
ABCD00011110000111101111111

孤立した 1

m3 = A′B′CD → AB = 00, CD = 11

答え

AB = 00, CD = 11

練習のしかた

  • 「この科目を練習する」では、本番の試験のように、すべてのトピックの問題が混ざって出題されます。
  • 問題ごとに数値が変わるので、答えではなく解き方が身につきます。
  • 行き詰まったら、まず小さなヒントを開き、必要なときだけ詳しい解説を見ましょう。
  • 模擬試験には制限時間があり、ヒントはありません。最後にスコアと詳しい振り返りが表示されます。

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