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硬件工程师笔试面试题及答案详细版

数字电路部分

题目1：简述TTL和CMOS电路的特点

答案：

TTL（晶体管晶体管逻辑电路）：

速度快：其晶体管的开关速度较快，能够实现较高的工作频率，一般可以达到几十兆赫兹甚至更高，适用于对速度要求较高的数字系统。

驱动能力强：可以直接驱动一些负载，输出电流较大，通常能够提供几毫安到十几毫安的驱动电流。

功耗较大：由于其内部晶体管在导通和截止过程中会有一定的功耗，尤其是在高频率工作时，功耗会明显增加。

抗干扰能力一般：其噪声容限相对CMOS电路较小，一般在0.40.8V左右。

CMOS（互补金属氧化物半导体电路）：

功耗低：静态功耗极小，只有在状态转换时才会有动态功耗，适合电池供电的设备。

抗干扰能力强：具有较大的噪声容限，一般为电源电压的30%40%。

集成度高：由于其制造工艺的特点，可以在较小的芯片面积上集成大量的门电路。

速度相对较慢：早期的CMOS电路速度较慢，但随着技术的发展，现在高速CMOS电路的速度已经有了很大提高，不过总体上还是略逊于TTL电路。

题目2：请画出D触发器和JK触发器的逻辑符号，并简述它们的功能

答案：

D触发器：

逻辑符号：有一个数据输入端D、时钟输入端CLK和输出端Q、Q非。在符号中，CLK端通常有一个三角符号表示时钟触发。

功能：当CLK上升沿（或下降沿，根据具体触发器类型）到来时，D端的数据会被传送到输出端Q，即Q(n+1)=D。也就是说，D触发器在时钟信号的有效沿将输入数据进行锁存并输出。

JK触发器：

逻辑符号：有J、K两个输入端、时钟输入端CLK和输出端Q、Q非。CLK端同样有三角符号表示时钟触发。

功能：JK触发器具有置0、置1、保持和翻转四种功能。当J=0，K=0时，在时钟有效沿到来时，输出保持不变，即Q(n+1)=Q(n)；当J=0，K=1时，输出置0，Q(n+1)=0；当J=1，K=0时，输出置1，Q(n+1)=1；当J=1，K=1时，输出翻转，Q(n+1)=Q(n)非。

题目3：用Verilog语言实现一个4位二进制计数器

答案：

```verilog

modulecounter_4bit(

inputwireclk,

inputwirerst_n,

outputreg[3:0]count

);

always@(posedgeclkornegedgerst_n)begin

if(!rst_n)begin

count=4b0000;

endelsebegin

count=count+1;

end

end

endmodule

```

在这个代码中，定义了一个名为`counter_4bit`的模块，它有一个时钟输入`clk`、一个低电平有效的复位输入`rst_n`和一个4位的计数器输出`count`。在`always`块中，使用`posedgeclk`和`negedgerst_n`作为敏感列表，当复位信号`rst_n`为低电平时，计数器`count`被清零；当复位信号为高电平时，在时钟的上升沿，计数器的值加1。

模拟电路部分

题目1：简述运算放大器的虚短和虚断概念

答案：

虚短：在理想运算放大器中，由于其开环增益非常大（通常达到10^510^8），而输出电压是有限值，所以输入电压差`Vd=V+V-`非常小，近似为0，即`V+≈V-`，就好像两个输入端之间是短路的，但实际上并没有真正的短路，因此称为“虚短”。

虚断：理想运算放大器的输入电阻非常大（通常为10^610^12Ω），所以流入运算放大器输入端的电流`I+`和`I-`非常小，近似为0，即`I+≈I-≈0`，就好像两个输入端之间是断路的，但实际上并没有真正的断路，因此称为“虚断”。

题目2：设计一个反相比例运算电路，要求放大倍数为5

答案：

反相比例运算电路的基本结构是运算放大器的反相输入端通过一个电阻`R1`连接输入信号，反馈电阻`Rf`连接在输出端和反相输入端之间，同相输入端接地。

根据反相比例运算电路的放大倍数公式`Av=Rf/R1`，已知`Av=5`，我们可以选择合适的电阻值。例如，选择`R1=10kΩ`，则根据公式可得`Rf=5R1=50kΩ`。

具体电路连接如下：输入信号`Vin`通过`R1=10kΩ`连接到运算放大器的反相输入端，运算放大器的同相输入端接地，反馈电阻`Rf=50kΩ`连接在输出端`Vout`和反相输入端之间。输出电压`Vout=5Vin`。

题目3：简述RC低通滤波器的工作原理

答案：

RC低通滤波器由一个电阻R和一个电容C组成。其工作原理基于电容对不同频率信号的容抗不同