【题目编号】MC1-1281
【题目】具有两个输入端的异或非门(NXOR)是最简单的数字逻辑电路之一。如果这两个输入的组合分别为 00、01、10、11,则对应的输出为:
【答案】A
[A]1、0、0、1
[B]0、1、1、1
[C]1、1、0、0
[D]0、1、1、0
考点速览
这道题问的是二输入异或非门(Exclusive-NOR gate,XNOR,也常写作 NXOR)的输出序列。异或非门就是在异或门后面接一级反相器,所以判据正好和异或门相反:两路输入相同时输出高电平,相异时输出低电平。按 00、01、10、11 排列,输出是 1、0、0、1。
同或门在实际电路里是“相等比较”的原型。判断两个二进制位是否一致、判断两路数字信号是否同步、判断两个计数器状态是否吻合,最直接的实现就是把对应位送进同或门。它不像与门、或门那样只回答“够不够”,而是回答“一样不一样”。
同或门:相同为 1,不同为 0
把四组输入逐一对照:00 两路都是低电平,二者相同,输出 1;01 和 10 两路一高一低,二者相异,输出 0;11 两路都是高电平,二者相同,输出 1。连起来读就是 1、0、0、1。
这个序列和异或门的 0、1、1、0 恰好逐位相反。反相关系不只在数值上成立,在逻辑式上也成立:同或等于异或的取反,也等于“A 与 B 相或后,再与 A 与 B 的取反相与”。记不住表达式没关系,记住它和异或是一对反相门就够了。
顺带说一句命名。英文资料里既写 XNOR 也写 NXOR,中文既叫“异或非门”也叫“同或门”,指的都是同一种门。考试题面用的是“异或非门”,看到这个词要立刻反应过来它等于同或。
相等比较与鉴相中的同或门
多位二进制数比较是它最典型的用途。要判断两个八位数据是否完全相同,把每一位分别送进同或门,再把八个输出相与:只要有一位不同,对应的同或输出为 0,相与结果就是 0;八位全同,相与结果才是 1。这类电路叫位比较器,是数字系统里判断“地址是否命中”“状态字是否吻合”的基本手段。
在锁相环与数字鉴相电路里,同或门也有一席之地。两路方波信号的相位差接近零时,同或输出以高电平为主;相位差接近一百八十度时以低电平为主;相差九十度时输出是一串占空比百分之五十的方波。带低通滤波之后,输出平均电压与相位差成线性关系,这是异或型鉴相器的另一种接法。
同或还有一个不那么直观但很有用的性质:把其中一路输入接固定高电平,它就变成反相器;接固定低电平,它就变成缓冲器。可编程逻辑内部做“按需反相”时,用的正是这个特性,一根控制线就能决定信号原样通过还是翻转。
逐项辨析
选项 A 正确:输出序列 1、0、0、1。第一组和第四组两路相同,输出高电平;中间两组两路相异,输出低电平,与同或门的定义完全吻合。
选项 B 给的是 0、1、1、1。它把第四组 11 也判成相异,输出写成了 1,实际上两路同为高电平属于相同。这个序列整体呈现“有 1 就 1”,是或门(OR)的结果,不是同或门。
选项 C 给的是 1、1、0、0。它在第二组 01 上输出 1,第三组 10 上也输出 1,等于把 01 和 10 当成相同处理。但这两组恰恰是一高一低、彼此相异的情况,同或门必须输出 0。这个序列反映的是“高位输入”或者与之等效的单一输入,不构成比较。
选项 D 给的是 0、1、1、0。这正是异或门(XOR)的输出,头尾为 0、中间为 1。出现这个序列,说明还记得“相异为 1”,只是忘了异或非门要在最后取一次反。
四个干扰项的分布很有规律:B 是把同或误当或门,C 是只跟随一路输入,D 是漏掉取反直接写成异或。判断时先在心里算出异或的结果 0、1、1、0,再整体翻转让每一位相反,答案自然浮出来。
名称与符号上的坑
第一个坑是名字。“异或非门”“同或门”“XNOR”“NXOR”说的是同一个器件。反过来,“异或门”“XOR”是它的反相前身,两者输出序列互为逐位取反,不能混着用。
第二个坑是符号。异或门的图形特征是或门形状加输入端的一道弧线,非门则在输出端画小圆圈。异或非门是这两者的叠加:既有输入端弧线,又有输出端小圆圈。看符号时先确定弧线在不在,再确定圆圈在不在,两个特征分别管“异或”和“取反”,顺序不能颠倒。
第三个坑是输入数量。两输入时“相异为 1”成立,输入数量增加之后,同或的含义变成“输入中 1 的个数为偶数时输出 1”。三输入以上的题目如果按两两比较的思路去做,很容易出错。考题里绝大多数情况是二输入,但概念上要知道这条边界。
应试要点
异或非门(同或门)记“相同为 1”,输出为 1、0、0、1,答案是选项 A。判据:头尾都是 1,中间两个是 0;与异或门的 0、1、1、0 逐位相反。做题时可以先算异或再取反,不容易记错。它和异或门一样,本质是做“两路是否一致”的比较,而不是判断“有没有高电平”。