Digitaltechnik:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Würzburg
Vogel
2006
|
| Ausgabe: | 13. überarb. Aufl. |
| Schriftenreihe: | Elektronik
4 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | 567 S. graph. Darst. 25 cm |
| ISBN: | 3834330841 9783834330840 |
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Inhaltsverzeichnis
Vorwort. 5
1 Grundbegriffe. 15
1.1 Analoge und digitale Größendarstellung . 15
1.1.1 Analoge Größendarstellung . 15
1.1.2 Digitale Größendarstellung. 17
1.2 Binäre und logische Zustände. 18
1.3 Lernziel-Test. 22
2 Logische Verknüpfungen . 23
2.1 Grundfunktionen und Grundglieder (Grundelemente) . 23
2.1.1 UND-Verknüpfung (Konjunktion) und UND-Glied (UND-Element) . 23
2.1.2 ODER-Verknüpfung (Disjunktion) und ODER-Glied (ODER-Element) 24
2.1.3 Verneinung (Negation) und NICHT-Glied (NICHT-Element). 25
2.1.4 Grundglieder (Grundelemente) . 26
2.2 Zusammengesetzte Glieder (Elemente). 27
2.2.1 NAND-Glied (NAND-Element). 27
2.2.2 NOR-Glied (NOR-Element) . 28
2.2.3 ÄQUIVALENZ-Glied (ÄQUIVALENZ-Element) . 29
2.2.4 ANTIVALENZ-Glied (EXKLUSIV-ODER-Glied, XOR-Glied) . 30
2.2.5 Verknüpfungsmöglichkeiten bei Gliedern mit zwei Eingängen. 32
2.3 Glieder mit drei und mehr Eingängen . 33
2.4 Lernziel-Test . 35
3 Schaltungsanalyse . 37
3.1 Wahrheitstabelle und Digitalschaltung. 37
3.1.1 Wahrheitstabelle einer Digitalschaltung mit 2 Eingängen. 37
3.1.2 Wahrheitstabelle einer Digitalschaltung mit 3 Eingängen. 38
3.2 Funktionsgleichung und Digitalschaltung . 40
3.2.1 Bestimmung der Funktionsgleichung einer gegebenen Digitalschaltung . . 40
3.2.2 Darstellung einer Digitalschaltung nach gegebener Funktionsgleichung. 42
3.3 Soll-Verknüpfung und Ist-Verknüpfung . 43
3.3.1 Bestimmung der Ist-Verknüpfung. 43
3.3.2 Fehlerbestimmung . 45
3.4 Lernziel-Test. 46
4 Schaltalgebra . 49
4.1 Variable und Konstante . 49
4.2 Grundgesetze der Schaltalgebra. 50
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4.3 Rechenregeln der Schaltalgebra. 51
4.3.1 Theoreme . 51
4.3.2 Kommutativgesetz und Assoziativgesetz . 53
4.3.3 Distributivgesetz . 54
4.3.4 Morgansche Gesetze. 56
4.3.5 Bindungsregel . 58
4.4
NAND-
und NOR-Funktion . 59
4.5 Rechenbeispiele. 64
4.6 Lernziel-Test. 69
5 Schaltungssynthese. 71
5.1 Aufbau von Verknüpfungsschaltungen nach vorgegebenen Bedingungen . 71
5.2 Normalformen. 74
5.2.1 ODER-Normalform. 74
5.2.2 UND-Normalform . 78
5.3 Vereinfachung und Umformung der ODER-Normalform mit Hilfe der Schalt¬
algebra . 79
5.3.1 Vereinfachung der ODER-Normalform . 79
5.3.2 Umformung der ODER-Normalform . 80
5.4 KV-Diagramme. 82
5.4.1 KV-Diagramme für 2 Variable . 82
5.4.2 KV-Diagramme für 3 Variable . 87
5.4.3 KV-Diagramme für 4 Variable . 90
5.4.4 KV-Diagramme für 5 Variable . 94
5.4.5 KV-Diagramme für mehr als 5 Variable . 97
5.5 Berechnung von Verknüpfungsschaltungen. 99
5.5.1 Allgemeine Hinweise . 99
5.5.2 Digitale Wechselschaltung . 99
5.5.3 Zwei-aus-Drei-Schaltung. 101
5.5.4 Geradeschaltung . 103
5.5.5 Schwellwertschaltung . 105
5.5.6 Vergleichsschaltung
(Komparator)
. 106
5.5.7 Transistor-Sortierschaltung. 107
5.6 Aufgaben zum Schaltungsentwurf. 109
5.6.1 Steuerschaltung. 109
5.6.2 Ungeradeschaltung . 109
5.6.3 Majoritätsschaltung. 110
5.6.4 Verriegelungsschaltung . 110
5.6.5 Flugabwehr-Auslöseschaltung. 111
5.7 Lernziel-Test. 111
6 Schaltkreisfamilien. 113
6.1 Allgemeines . 113
6.2 Binäre Spannungspegel . 115
6.3 Positive und negative Logik . 117
6.4 Schaltungseigenschaften. 119
6.4.1 Leistungsaufnahme . 119
6.4.2 Pegelbereiche und Übertragungskennlinie . 119
6.4.3 Schaltzeiten . 121
6.4.4 Lastfaktoren . 122
6.4.5 Störsicherheiten . 123
6.4.6 Wired-Verknüpfungen. 125
6.5 DTL-Schaltungen. 127
6.5.1 Allgemeines . 127
6.5.2 Standard-DTL-Schaltungen. 127
6.5.3 LSL-Schaltungen . 130
6.6 TTL-Schaltungen . 133
6.6.1 Aufbau und Arbeitsweise von TTL-Gliedern . 133
6.6.2 Standard-TTL . 140
6.6.2.1 Schaltungen . 140
6.6.2.2 Grenzdaten und Kenndaten . 143
6.6.2.3 Kennlinien. 146
6.6.2.4 Leistungsbedarf. 152
6.6.3 Low-Power-TTL (LTTL). 152
6.6.4 High-Speed-TTL (HTTL) . 153
6.6.5 Schottky-TTL (STTL) . 153
6.6.6 Low-Power-Schottky-TTL (LSTTL). 155
6.6.7 Advanced-Schottky-TTL (ASTTL) . 156
6.6.8 Advanced-Low-Power-Schottky-TTL (ALSTTL) . 156
6.6.9 Zusammenstellung wichtiger Eigenschaften . 156
6.7 ECL-Schaltungen. 157
6.8 MOS-Schaltungen . 161
6.8.1 Gefahr durch statische Aufladung . 162
6.8.2 PMOS. 162
6.8.3 NMOS . 165
6.8.4 CMOS . 167
6.8.5
Highspeed-CMOS (HCMOS)
. 175
6.8.6 HCTMOS . 175
6.8.7
Advanced-CMOS (ACMOS)
. 175
6.8.8 Verlustleistungen TTL-CMOS . 176
6.8.9 Kombinierte Bausteine (BiCMOS) . 176
6.8.10
Low-Voltage-Technology (LVT)
. 176
6.9 Lernziel-Test. 176
Zeitabhängige binäre Schaltungen . 179
7.1 Allgemeines . 179
7.2 Klassifizierung der Flipflop-Arten. 184
7.3 Nicht-taktgesteuerte Flipflops. 186
7.3.1 NOR-Flipflop (NOR-Latch) . 186
7.3.2 NAND-Flipflop (NAND-Latch). 187
7.4 Taktzustandsgesteuerte Flipflops . 188
7.4.1 SR-Flipflop . 189
7.4.2 SR-Flipflop mit dominierendem R-Eingang . 191
7.4.3 E-Flipflop . 192
7.4.4 D-Flipflop . 192
7.4.5 Datenblätter . 193
7.5 Taktflankengesteuerte Flipflops. 195
7.5.1 Impulsglieder. 198
7.5.2 Einflankengesteuerte SR-Flipflops. 199
7.5.3 Einflankengesteuerte T-Flipflops . 201
7.5.4 Einflankengesteuerte JK-Flipflops. 203
7.5.5 Einflankengesteuerte D-Flipflops . 207
7.5.6 Zweiflankengesteuerte SR-Flipflops . 209
7.5.7 Zweiflankengesteuerte JK-Flipflops . 211
7.5.8 Weitere Flipflop-Schaltungen. 215
7.6 Zeitablauf-Diagramme. 216
7.7 Charakteristische Gleichungen . 220
7.8 Monostabile Kippstufen . 226
7.9 Verzögerungsglieder. 231
7.10 Lernziel-Test. 235
Binäre Kodes und Zahlensysteme . 239
8.1 Allgemeines . 239
8.2
Duales
Zahlensystem . 239
8.2.1 Aufbau des dualen Zahlensystems. 239
8.2.2 Umwandlung von Dualzahlen in Dezimalzahlen . 241
8.2.3 Umwandlung von Dezimalzahlen in Dualzahlen . 241
8.2.4 Dualzahlen mit Kommastellen . 242
8.2.5 Addition von Dualzahlen . 243
8.2.6 Subtraktion von Dualzahlen . 245
8.2.6.1 Direkte Subtraktion. 245
8.2.6.2 Subtraktion durch Addition des Komplements . 246
8.2.7 Negative Dualzahlen . 249
8.3 BCD-Kode. 251
8.3.1 Zahlendarstellung im BCD-Kode . 251
8.3.2 Addition im BCD-Kode . 253
8.3.3 Subtraktion im BCD-Kode. 254
8.4 Weitere Tetraden-Kodes . 256
8.4.1 3-Exzeß-Kode. 257
8.4.2 Aiken-Kode . 258
8.4.3 Gray-Kode.·. 260
8.5 Hexadezimales Zahlensystem. 262
8.5.1 Aufbau des Hexadezimalsystems . 262
8.5.2 Umwandlung von Hexadezimalzahlen in Dezimalzahlen. 263
8.5.3 Umwandlung von Dezimalzahlen in Hexadezimalzahlen. 264
8.5.4 Umwandlung von Dualzahlen in Hexadezimalzahlen . 266
8.5.5 Umwandlung von Hexadezimalzahlen in Dualzahlen . 269
8.6 Oktales Zahlensystem . 269
8.6.1 Aufbau des Oktalsystems. 269
8.6.2 Umwandlung von Oktalzahlen . 270
8.7 Kodierung von Textzeichen. 273
8.7.1 Kodes fester Wortlänge (Blockkodes). 273
8.7.2 Kodes variabler Wortlänge (Shannon-Fano-Code,
Huffman-Code)
. 274
8.7.3 Rasterorientierte Kodes . 278
8.8 Fehlererkennende Kodes. 279
8.8.1 Begriff der Redundanz. 279
8.8.2 Dualergänzter Kode. 280
8.8.3 Zwei-aus-Fünf-Kodes. 281
8.8.4 Drei-aus-Fünf-Kodes . 283
8.8.5 Zwei-aus-Sieben-Kodes. 284
8.9 Fehlerkorrigierende Kodes. 284
8.9.1 Arbeitsweise. 284
8.9.2 Hamming-Kode. 285
8.10 Lernziel-Test. 289
Kode- und Pegel-Umsetzerschaltungen. 293
9.1 Kodeumsetzer. 293
9.1.1 Berechnung von Kodeumsetzern. 293
10
9.1.2 Dezimal-BCD-Kodeumsetzer . 295
9.1.3 BCD-Dezimal-Kodeumsetzer . 298
9.1.4 Dezimal-3-Exzeß-Kodeuinsetzer. 301
9.1.5 3-Exzeß-Dezimal-Kodeumsetzer. 302
9.1.6
Dezimal-7-Segment-Kodeumsetzer
. 303
9.1.7 BCD^-Segment-Kodeumsetzer. 305
9.2 Pegelumsetzer. 311
9.2.1 Allgemeines . 311
9.2.2 Aufbau von Pegelumsetzern. 312
9.2.3 Pegelumsetzer als integrierte Schaltungen . 316
9.3 Lernziel-Test . 316
10 Zähler und Frequenzteiler. 317
10.1 Zählen und Zählerarten . 317
10.2 Asynchronzähler . 319
10.2.1 Asynchrone Dualzähler. 319
10.2.1.1 Dual-Vorwärtszähler . 319
10.2.1.2 Dual-Rückwärtszähler .'. 326
10.2.1.3 Dualzähler mit umschaltbarer Zählrichtung. 329
10.2.2 Asynchrone BCD-Zähler . 331
10.2.2.1 BCD-Vorwärtszähler . 331
10.2.2.2 BCD-Rückwärtszähler . 334
10.2.2.3 BCD-Zähler mit umschaltbarer Zählrichtung. 335
10.2.3 Asynchrone Dekadenzähler. 337
10.2.3.1 BCD-Dekadenzähler. 337
10.2.3.2 Andere Dekadenzähler. 337
10.2.4 Asynchrone Modulo-n-Zähler. 338
10.2.4.1 Prinzip der Modulo-n-Zähler. 338
10.2.4.2 Modulo-S-Zähler. 338
10.2.4.3 Modulo-ÖO-Zähler. 340
10.2.4.4
Modulo-
13-Zähler mit Wartepflicht. 341
10.2.5 Asynchrone Vorwahlzähler. 341
10.2.6 Asynchronzähler für den Aiken-Kode. 342
10.2.7 Asynchronzähler für den 3-Exzeß-Kode. 342
10.3 Synchronzähler. 343
10.3.1 Das Synchronprinzip. 343
10.3.2 Synchrone Dualzähler. 344
10.3.2.1 Dual-Vorwärtszähler. 345
10.3.2.2 Dual-Rückwärtszähler. 346
10.3.2.3 Dualzähler mit umschaltbarer Zählrichtung. 349
10.3.3 Berechnung von Synchronzählern. 349
10.3.3.1 Berechnungsverfahren. 349
10.3.3.2 Berechnungsbeispiel. 350
10.3.4 Synchrone BCD-Zähler. 355
10.3.4.1 Berechnung eines Synchron-BCD-Vorwärtszählers. 355
10.3.4.2 Synchron-BCD-Vorwärtszählers als integrierte Schaltung. 361
10.3.5 Synchron-Zähler für den 3-Exzeß-Kode. 361
10.4 Frequenzteiler. 366
10.4.1 Asynchrone Frequenzteiler mit festem Teilerverhältnis. 366
10.4.2 Synchrone Frequenzteiler mit festem Teilerverhältnis. 370
10.4.3 Frequenzteiler mit einstellbarem Teilerverhältnis. 370
10.5 Lernziel-Test. 374
11
11 Digitale Auswahl- und Verbindungsschaltungen. 375
11.1 Datenselektor,
Multiplexer,
Demultiplexer.
375
11.1.1
4-Bit-zu-l-Bit-Datenselektor
. 375
11.1.2 2
χ
^Bit-zu-^Bit-Datenselektor
. 376
11.1.3 4
χ
S-Bit-zu-S-Bit-Datenselektor. 377
11.1.4
ló-Bit-zu-l-Bit-Datenselektor-Multiplexer
. 378
11.1.5
l-Bit-zu^Bit-Demultiplexer
. 378
11.2 Adreßdekodierer . 381
11.2.1 2-Bit-Adreßdekodierer . 381
11.2.2 ^Bit-Adreßdekodierer . 382
11.3 Digitaler
Komparator .
382
11.3.1 l-Bit-Komparator . 383
11.3.2
З
-Bit-Komparator
für den BCD-Kode. 384
11.3.3 4-Bit-Komparator für den Dual-Kode. 387
11.4 BUS-Schaltungen . 389
11.4.1 Aufbau und Arbeitsweise. 389
11.4.2 BUS-Standards. 391
11.5 Lernziel-Test. 392
12 Register- und Speicherschaltungen. 393
12.1 Schieberegister . 393
12.1.1 Schieberegister für serielle Ein- und Ausgabe . 393
12.1.2 Schieberegister mit Parallelausgabe . 397
12.1.3 Schieberegister mit Parallelausgabe und Paralleleingabe . 398
12.1.4 Ringregister. 399
12.1.5 Schieberegister mit umschaltbarer Schieberichtung. 400
12.2 Speicherregister. 401
12.3 Schreib-Lese-Speicher (RAM). 403
12.3.1 Statische RAM (SRAM). 404
12.3.1.1 RAM-Speicherelement in TTL-Technik. 404
12.3.1.2 RAM-Speicherelement in NMOS-Technik. 406
12.3.1.3 Aufbau einer RAM-Speichermatrix. 407
12.3.2 Dynamische RAM (DRAM). 408
12.3.2.1 Speicherelement eines dynamischen RAM. 408
12.3.2.2 Besonderheiten dynamischer RAM. 409
12.3.3 Speicheraufbau und Speicherkenngrößen. 410
12.3.3.1 Speicheraufbau. 410
12.3.3.2 Speicherkenngrößen. 412
12.3.3.3 Ausgewählte RAM. 413
12.4 Festwertspeicher (ROM). 423
12.5 Programmierbare Festwertspeicher (PROM). 428
12.6 Löschbare programmierbare Festwertspeicher. 429
12.6.1 Festspeicher
EPROM
und REPROM. 429
12.6.2 Festspeicher EEROM
(EEPROM)
und EAROM. 437
12.7 Magnetkernspeicher. 438
12.7.1 Speicherringkerne. 438
12.7.2 Magnetkernspeicher-Matrix. 439
12.7.3 Schreib- und Lesevorgang. 440
12.8 Magnetblasenspeicher. 441
12.8.1 Magnetblasen. 441
12.8.2 Magnetblasenschleifen. 442
12.8.3 Einschreiben einer Information. 445
12.8.4 Lesen einer Information. 446
12
12.8.5 Aulbau eines Magnetblasenspeichers. 446
12.9 Lernziel-Test. 448
13 Digital-Analog-Umsetzer, Analog-Digital-Umsetzer. 451
13.1 Digital-Analog-Umsetzer. 451
13.1.1 Prinzip der Digital-Analog-Umsetzung. 451
13.1.2 DA-Umsetzer mit gestuften Widerständen . 452
13.1.3 R/ZR-DA-Umsetzer. 454
13.2 Analog-Digital-Umsetzer. 456
13.2.1. Prinzip der Analog-Digital-Umsetzung. 456
13.2.2 AD-Umsetzer nach dem Sägezahnverfahren . 459
13.2.3 AD-Umsetzer nach dem
Dual-Slope-
Verfahren . 461
13.2.4 AD-Umsetzer nach dem Kompensationsverfahren. 463
13.2.5 AD-Umsetzer nach dem Spannungs-Frequenz-Verfahren. 465
13.2.6 AD-Umsetzer nach dem Direktverfahren. 467
13.3 Lernziel-Test. 468
14 Rechenschaltungen. 469
14.1 Halbaddierer. 469
14.2 Volladdierer . 471
14.3 Paralleladdierschaltung . 474
14.4 Serielle Addierschaltung. 475
14.5 Subtrahierschaltungen. 477
14.5.1 Halbsubtrahierer . 478
14.5.2 Vollsubtrahierer . 478
14.5.3 4-Bit-Subtrahierschaltung. 481
14.5.4 Subtrahierschaltung mit Volladdierern. 482
14.6 Addier-Subtrahier-Werk . 483
14.7 Multiplikationsschaltungen. 486
14.7.1 Parallel-Multiplikationsschaltung . 487
14.7.2 Serielle Multiplikationsschaltung . 490
14.8 Lernziel-Test. 492
15 Mikroprozessoren und Mikrocomputer . 493
15.1 Der Mikroprozessor als Universalschaltung. 493
15.2 Arithmetisch-logische Einheit (ALU) . 493
15.3 Akkumulator. 497
15.4 Akkumulator mit Datenspeicher . 499
15.5 Programmgesteuerter vereinfachter Rechner . 501
15.6 Mikroprozessorbausteine. 504
15.6.1 Mikroprozessortypen . 504
15.6.2 Mikroprozessor
SAB 8080A
. 505
15.6.3 Zusatzbausteine für Mikroprozessoren. 508
15.7 Mikrocomputer. 511
15.8 Lernziel-Test. 513
16 Programmierbare Logikschaltungen. 515
16.1 Herstellerprogrammierte Logikschaltungen . 515
16.2 Anwenderprogrammierbare Logikschaltungen. 517
16.2.1 Grundlagen. 517
16.2.2 PAL-Schaltungen. 521
16.2.3 GAL-Schaltungen. 525
13
16.2.4 FPLA-Schaltungen. 529
16.2.5 PROM-Schaltungen. 531
16.2.6 MACRO-Schaltungen . 532
16.3 PLD-Typen . 534
16.4 Programmierung von
PLD.
535
16.5 Lernziel-Test. 536
17 Lösungen der Aufgaben der Lernziel-Tests. 539
Stichwortverzeichnis . 561
14 |
| adam_txt |
Inhaltsverzeichnis
Vorwort. 5
1 Grundbegriffe. 15
1.1 Analoge und digitale Größendarstellung . 15
1.1.1 Analoge Größendarstellung . 15
1.1.2 Digitale Größendarstellung. 17
1.2 Binäre und logische Zustände. 18
1.3 Lernziel-Test. 22
2 Logische Verknüpfungen . 23
2.1 Grundfunktionen und Grundglieder (Grundelemente) . 23
2.1.1 UND-Verknüpfung (Konjunktion) und UND-Glied (UND-Element) . 23
2.1.2 ODER-Verknüpfung (Disjunktion) und ODER-Glied (ODER-Element) 24
2.1.3 Verneinung (Negation) und NICHT-Glied (NICHT-Element). 25
2.1.4 Grundglieder (Grundelemente) . 26
2.2 Zusammengesetzte Glieder (Elemente). 27
2.2.1 NAND-Glied (NAND-Element). 27
2.2.2 NOR-Glied (NOR-Element) . 28
2.2.3 ÄQUIVALENZ-Glied (ÄQUIVALENZ-Element) . 29
2.2.4 ANTIVALENZ-Glied (EXKLUSIV-ODER-Glied, XOR-Glied) . 30
2.2.5 Verknüpfungsmöglichkeiten bei Gliedern mit zwei Eingängen. 32
2.3 Glieder mit drei und mehr Eingängen . 33
2.4 Lernziel-Test . 35
3 Schaltungsanalyse . 37
3.1 Wahrheitstabelle und Digitalschaltung. 37
3.1.1 Wahrheitstabelle einer Digitalschaltung mit 2 Eingängen. 37
3.1.2 Wahrheitstabelle einer Digitalschaltung mit 3 Eingängen. 38
3.2 Funktionsgleichung und Digitalschaltung . 40
3.2.1 Bestimmung der Funktionsgleichung einer gegebenen Digitalschaltung . . 40
3.2.2 Darstellung einer Digitalschaltung nach gegebener Funktionsgleichung. 42
3.3 Soll-Verknüpfung und Ist-Verknüpfung . 43
3.3.1 Bestimmung der Ist-Verknüpfung. 43
3.3.2 Fehlerbestimmung . 45
3.4 Lernziel-Test. 46
4 Schaltalgebra . 49
4.1 Variable und Konstante . 49
4.2 Grundgesetze der Schaltalgebra. 50
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4.3 Rechenregeln der Schaltalgebra. 51
4.3.1 Theoreme . 51
4.3.2 Kommutativgesetz und Assoziativgesetz . 53
4.3.3 Distributivgesetz . 54
4.3.4 Morgansche Gesetze. 56
4.3.5 Bindungsregel . 58
4.4
NAND-
und NOR-Funktion . 59
4.5 Rechenbeispiele. 64
4.6 Lernziel-Test. 69
5 Schaltungssynthese. 71
5.1 Aufbau von Verknüpfungsschaltungen nach vorgegebenen Bedingungen . 71
5.2 Normalformen. 74
5.2.1 ODER-Normalform. 74
5.2.2 UND-Normalform . 78
5.3 Vereinfachung und Umformung der ODER-Normalform mit Hilfe der Schalt¬
algebra . 79
5.3.1 Vereinfachung der ODER-Normalform . 79
5.3.2 Umformung der ODER-Normalform . 80
5.4 KV-Diagramme. 82
5.4.1 KV-Diagramme für 2 Variable . 82
5.4.2 KV-Diagramme für 3 Variable . 87
5.4.3 KV-Diagramme für 4 Variable . 90
5.4.4 KV-Diagramme für 5 Variable . 94
5.4.5 KV-Diagramme für mehr als 5 Variable . 97
5.5 Berechnung von Verknüpfungsschaltungen. 99
5.5.1 Allgemeine Hinweise . 99
5.5.2 Digitale Wechselschaltung . 99
5.5.3 Zwei-aus-Drei-Schaltung. 101
5.5.4 Geradeschaltung . 103
5.5.5 Schwellwertschaltung . 105
5.5.6 Vergleichsschaltung
(Komparator)
. 106
5.5.7 Transistor-Sortierschaltung. 107
5.6 Aufgaben zum Schaltungsentwurf. 109
5.6.1 Steuerschaltung. 109
5.6.2 Ungeradeschaltung . 109
5.6.3 Majoritätsschaltung. 110
5.6.4 Verriegelungsschaltung . 110
5.6.5 Flugabwehr-Auslöseschaltung. 111
5.7 Lernziel-Test. 111
6 Schaltkreisfamilien. 113
6.1 Allgemeines . 113
6.2 Binäre Spannungspegel . 115
6.3 Positive und negative Logik . 117
6.4 Schaltungseigenschaften. 119
6.4.1 Leistungsaufnahme . 119
6.4.2 Pegelbereiche und Übertragungskennlinie . 119
6.4.3 Schaltzeiten . 121
6.4.4 Lastfaktoren . 122
6.4.5 Störsicherheiten . 123
6.4.6 Wired-Verknüpfungen. 125
6.5 DTL-Schaltungen. 127
6.5.1 Allgemeines . 127
6.5.2 Standard-DTL-Schaltungen. 127
6.5.3 LSL-Schaltungen . 130
6.6 TTL-Schaltungen . 133
6.6.1 Aufbau und Arbeitsweise von TTL-Gliedern . 133
6.6.2 Standard-TTL . 140
6.6.2.1 Schaltungen . 140
6.6.2.2 Grenzdaten und Kenndaten . 143
6.6.2.3 Kennlinien. 146
6.6.2.4 Leistungsbedarf. 152
6.6.3 Low-Power-TTL (LTTL). 152
6.6.4 High-Speed-TTL (HTTL) . 153
6.6.5 Schottky-TTL (STTL) . 153
6.6.6 Low-Power-Schottky-TTL (LSTTL). 155
6.6.7 Advanced-Schottky-TTL (ASTTL) . 156
6.6.8 Advanced-Low-Power-Schottky-TTL (ALSTTL) . 156
6.6.9 Zusammenstellung wichtiger Eigenschaften . 156
6.7 ECL-Schaltungen. 157
6.8 MOS-Schaltungen . 161
6.8.1 Gefahr durch statische Aufladung . 162
6.8.2 PMOS. 162
6.8.3 NMOS . 165
6.8.4 CMOS . 167
6.8.5
Highspeed-CMOS (HCMOS)
. 175
6.8.6 HCTMOS . 175
6.8.7
Advanced-CMOS (ACMOS)
. 175
6.8.8 Verlustleistungen TTL-CMOS . 176
6.8.9 Kombinierte Bausteine (BiCMOS) . 176
6.8.10
Low-Voltage-Technology (LVT)
. 176
6.9 Lernziel-Test. 176
Zeitabhängige binäre Schaltungen . 179
7.1 Allgemeines . 179
7.2 Klassifizierung der Flipflop-Arten. 184
7.3 Nicht-taktgesteuerte Flipflops. 186
7.3.1 NOR-Flipflop (NOR-Latch) . 186
7.3.2 NAND-Flipflop (NAND-Latch). 187
7.4 Taktzustandsgesteuerte Flipflops . 188
7.4.1 SR-Flipflop . 189
7.4.2 SR-Flipflop mit dominierendem R-Eingang . 191
7.4.3 E-Flipflop . 192
7.4.4 D-Flipflop . 192
7.4.5 Datenblätter . 193
7.5 Taktflankengesteuerte Flipflops. 195
7.5.1 Impulsglieder. 198
7.5.2 Einflankengesteuerte SR-Flipflops. 199
7.5.3 Einflankengesteuerte T-Flipflops . 201
7.5.4 Einflankengesteuerte JK-Flipflops. 203
7.5.5 Einflankengesteuerte D-Flipflops . 207
7.5.6 Zweiflankengesteuerte SR-Flipflops . 209
7.5.7 Zweiflankengesteuerte JK-Flipflops . 211
7.5.8 Weitere Flipflop-Schaltungen. 215
7.6 Zeitablauf-Diagramme. 216
7.7 Charakteristische Gleichungen . 220
7.8 Monostabile Kippstufen . 226
7.9 Verzögerungsglieder. 231
7.10 Lernziel-Test. 235
Binäre Kodes und Zahlensysteme . 239
8.1 Allgemeines . 239
8.2
Duales
Zahlensystem . 239
8.2.1 Aufbau des dualen Zahlensystems. 239
8.2.2 Umwandlung von Dualzahlen in Dezimalzahlen . 241
8.2.3 Umwandlung von Dezimalzahlen in Dualzahlen . 241
8.2.4 Dualzahlen mit Kommastellen . 242
8.2.5 Addition von Dualzahlen . 243
8.2.6 Subtraktion von Dualzahlen . 245
8.2.6.1 Direkte Subtraktion. 245
8.2.6.2 Subtraktion durch Addition des Komplements . 246
8.2.7 Negative Dualzahlen . 249
8.3 BCD-Kode. 251
8.3.1 Zahlendarstellung im BCD-Kode . 251
8.3.2 Addition im BCD-Kode . 253
8.3.3 Subtraktion im BCD-Kode. 254
8.4 Weitere Tetraden-Kodes . 256
8.4.1 3-Exzeß-Kode. 257
8.4.2 Aiken-Kode . 258
8.4.3 Gray-Kode.·. 260
8.5 Hexadezimales Zahlensystem. 262
8.5.1 Aufbau des Hexadezimalsystems . 262
8.5.2 Umwandlung von Hexadezimalzahlen in Dezimalzahlen. 263
8.5.3 Umwandlung von Dezimalzahlen in Hexadezimalzahlen. 264
8.5.4 Umwandlung von Dualzahlen in Hexadezimalzahlen . 266
8.5.5 Umwandlung von Hexadezimalzahlen in Dualzahlen . 269
8.6 Oktales Zahlensystem . 269
8.6.1 Aufbau des Oktalsystems. 269
8.6.2 Umwandlung von Oktalzahlen . 270
8.7 Kodierung von Textzeichen. 273
8.7.1 Kodes fester Wortlänge (Blockkodes). 273
8.7.2 Kodes variabler Wortlänge (Shannon-Fano-Code,
Huffman-Code)
. 274
8.7.3 Rasterorientierte Kodes . 278
8.8 Fehlererkennende Kodes. 279
8.8.1 Begriff der Redundanz. 279
8.8.2 Dualergänzter Kode. 280
8.8.3 Zwei-aus-Fünf-Kodes. 281
8.8.4 Drei-aus-Fünf-Kodes . 283
8.8.5 Zwei-aus-Sieben-Kodes. 284
8.9 Fehlerkorrigierende Kodes. 284
8.9.1 Arbeitsweise. 284
8.9.2 Hamming-Kode. 285
8.10 Lernziel-Test. 289
Kode- und Pegel-Umsetzerschaltungen. 293
9.1 Kodeumsetzer. 293
9.1.1 Berechnung von Kodeumsetzern. 293
10
9.1.2 Dezimal-BCD-Kodeumsetzer . 295
9.1.3 BCD-Dezimal-Kodeumsetzer . 298
9.1.4 Dezimal-3-Exzeß-Kodeuinsetzer. 301
9.1.5 3-Exzeß-Dezimal-Kodeumsetzer. 302
9.1.6
Dezimal-7-Segment-Kodeumsetzer
. 303
9.1.7 BCD^-Segment-Kodeumsetzer. 305
9.2 Pegelumsetzer. 311
9.2.1 Allgemeines . 311
9.2.2 Aufbau von Pegelumsetzern. 312
9.2.3 Pegelumsetzer als integrierte Schaltungen . 316
9.3 Lernziel-Test . 316
10 Zähler und Frequenzteiler. 317
10.1 Zählen und Zählerarten . 317
10.2 Asynchronzähler . 319
10.2.1 Asynchrone Dualzähler. 319
10.2.1.1 Dual-Vorwärtszähler . 319
10.2.1.2 Dual-Rückwärtszähler .'. 326
10.2.1.3 Dualzähler mit umschaltbarer Zählrichtung. 329
10.2.2 Asynchrone BCD-Zähler . 331
10.2.2.1 BCD-Vorwärtszähler . 331
10.2.2.2 BCD-Rückwärtszähler . 334
10.2.2.3 BCD-Zähler mit umschaltbarer Zählrichtung. 335
10.2.3 Asynchrone Dekadenzähler. 337
10.2.3.1 BCD-Dekadenzähler. 337
10.2.3.2 Andere Dekadenzähler. 337
10.2.4 Asynchrone Modulo-n-Zähler. 338
10.2.4.1 Prinzip der Modulo-n-Zähler. 338
10.2.4.2 Modulo-S-Zähler. 338
10.2.4.3 Modulo-ÖO-Zähler. 340
10.2.4.4
Modulo-
13-Zähler mit Wartepflicht. 341
10.2.5 Asynchrone Vorwahlzähler. 341
10.2.6 Asynchronzähler für den Aiken-Kode. 342
10.2.7 Asynchronzähler für den 3-Exzeß-Kode. 342
10.3 Synchronzähler. 343
10.3.1 Das Synchronprinzip. 343
10.3.2 Synchrone Dualzähler. 344
10.3.2.1 Dual-Vorwärtszähler. 345
10.3.2.2 Dual-Rückwärtszähler. 346
10.3.2.3 Dualzähler mit umschaltbarer Zählrichtung. 349
10.3.3 Berechnung von Synchronzählern. 349
10.3.3.1 Berechnungsverfahren. 349
10.3.3.2 Berechnungsbeispiel. 350
10.3.4 Synchrone BCD-Zähler. 355
10.3.4.1 Berechnung eines Synchron-BCD-Vorwärtszählers. 355
10.3.4.2 Synchron-BCD-Vorwärtszählers als integrierte Schaltung. 361
10.3.5 Synchron-Zähler für den 3-Exzeß-Kode. 361
10.4 Frequenzteiler. 366
10.4.1 Asynchrone Frequenzteiler mit festem Teilerverhältnis. 366
10.4.2 Synchrone Frequenzteiler mit festem Teilerverhältnis. 370
10.4.3 Frequenzteiler mit einstellbarem Teilerverhältnis. 370
10.5 Lernziel-Test. 374
11
11 Digitale Auswahl- und Verbindungsschaltungen. 375
11.1 Datenselektor,
Multiplexer,
Demultiplexer.
375
11.1.1
4-Bit-zu-l-Bit-Datenselektor
. 375
11.1.2 2
χ
^Bit-zu-^Bit-Datenselektor
. 376
11.1.3 4
χ
S-Bit-zu-S-Bit-Datenselektor. 377
11.1.4
ló-Bit-zu-l-Bit-Datenselektor-Multiplexer
. 378
11.1.5
l-Bit-zu^Bit-Demultiplexer
. 378
11.2 Adreßdekodierer . 381
11.2.1 2-Bit-Adreßdekodierer . 381
11.2.2 ^Bit-Adreßdekodierer . 382
11.3 Digitaler
Komparator .
382
11.3.1 l-Bit-Komparator . 383
11.3.2
З
-Bit-Komparator
für den BCD-Kode. 384
11.3.3 4-Bit-Komparator für den Dual-Kode. 387
11.4 BUS-Schaltungen . 389
11.4.1 Aufbau und Arbeitsweise. 389
11.4.2 BUS-Standards. 391
11.5 Lernziel-Test. 392
12 Register- und Speicherschaltungen. 393
12.1 Schieberegister . 393
12.1.1 Schieberegister für serielle Ein- und Ausgabe . 393
12.1.2 Schieberegister mit Parallelausgabe . 397
12.1.3 Schieberegister mit Parallelausgabe und Paralleleingabe . 398
12.1.4 Ringregister. 399
12.1.5 Schieberegister mit umschaltbarer Schieberichtung. 400
12.2 Speicherregister. 401
12.3 Schreib-Lese-Speicher (RAM). 403
12.3.1 Statische RAM (SRAM). 404
12.3.1.1 RAM-Speicherelement in TTL-Technik. 404
12.3.1.2 RAM-Speicherelement in NMOS-Technik. 406
12.3.1.3 Aufbau einer RAM-Speichermatrix. 407
12.3.2 Dynamische RAM (DRAM). 408
12.3.2.1 Speicherelement eines dynamischen RAM. 408
12.3.2.2 Besonderheiten dynamischer RAM. 409
12.3.3 Speicheraufbau und Speicherkenngrößen. 410
12.3.3.1 Speicheraufbau. 410
12.3.3.2 Speicherkenngrößen. 412
12.3.3.3 Ausgewählte RAM. 413
12.4 Festwertspeicher (ROM). 423
12.5 Programmierbare Festwertspeicher (PROM). 428
12.6 Löschbare programmierbare Festwertspeicher. 429
12.6.1 Festspeicher
EPROM
und REPROM. 429
12.6.2 Festspeicher EEROM
(EEPROM)
und EAROM. 437
12.7 Magnetkernspeicher. 438
12.7.1 Speicherringkerne. 438
12.7.2 Magnetkernspeicher-Matrix. 439
12.7.3 Schreib- und Lesevorgang. 440
12.8 Magnetblasenspeicher. 441
12.8.1 Magnetblasen. 441
12.8.2 Magnetblasenschleifen. 442
12.8.3 Einschreiben einer Information. 445
12.8.4 Lesen einer Information. 446
12
12.8.5 Aulbau eines Magnetblasenspeichers. 446
12.9 Lernziel-Test. 448
13 Digital-Analog-Umsetzer, Analog-Digital-Umsetzer. 451
13.1 Digital-Analog-Umsetzer. 451
13.1.1 Prinzip der Digital-Analog-Umsetzung. 451
13.1.2 DA-Umsetzer mit gestuften Widerständen . 452
13.1.3 R/ZR-DA-Umsetzer. 454
13.2 Analog-Digital-Umsetzer. 456
13.2.1. Prinzip der Analog-Digital-Umsetzung. 456
13.2.2 AD-Umsetzer nach dem Sägezahnverfahren . 459
13.2.3 AD-Umsetzer nach dem
Dual-Slope-
Verfahren . 461
13.2.4 AD-Umsetzer nach dem Kompensationsverfahren. 463
13.2.5 AD-Umsetzer nach dem Spannungs-Frequenz-Verfahren. 465
13.2.6 AD-Umsetzer nach dem Direktverfahren. 467
13.3 Lernziel-Test. 468
14 Rechenschaltungen. 469
14.1 Halbaddierer. 469
14.2 Volladdierer . 471
14.3 Paralleladdierschaltung . 474
14.4 Serielle Addierschaltung. 475
14.5 Subtrahierschaltungen. 477
14.5.1 Halbsubtrahierer . 478
14.5.2 Vollsubtrahierer . 478
14.5.3 4-Bit-Subtrahierschaltung. 481
14.5.4 Subtrahierschaltung mit Volladdierern. 482
14.6 Addier-Subtrahier-Werk . 483
14.7 Multiplikationsschaltungen. 486
14.7.1 Parallel-Multiplikationsschaltung . 487
14.7.2 Serielle Multiplikationsschaltung . 490
14.8 Lernziel-Test. 492
15 Mikroprozessoren und Mikrocomputer . 493
15.1 Der Mikroprozessor als Universalschaltung. 493
15.2 Arithmetisch-logische Einheit (ALU) . 493
15.3 Akkumulator. 497
15.4 Akkumulator mit Datenspeicher . 499
15.5 Programmgesteuerter vereinfachter Rechner . 501
15.6 Mikroprozessorbausteine. 504
15.6.1 Mikroprozessortypen . 504
15.6.2 Mikroprozessor
SAB 8080A
. 505
15.6.3 Zusatzbausteine für Mikroprozessoren. 508
15.7 Mikrocomputer. 511
15.8 Lernziel-Test. 513
16 Programmierbare Logikschaltungen. 515
16.1 Herstellerprogrammierte Logikschaltungen . 515
16.2 Anwenderprogrammierbare Logikschaltungen. 517
16.2.1 Grundlagen. 517
16.2.2 PAL-Schaltungen. 521
16.2.3 GAL-Schaltungen. 525
13
16.2.4 FPLA-Schaltungen. 529
16.2.5 PROM-Schaltungen. 531
16.2.6 MACRO-Schaltungen . 532
16.3 PLD-Typen . 534
16.4 Programmierung von
PLD.
535
16.5 Lernziel-Test. 536
17 Lösungen der Aufgaben der Lernziel-Tests. 539
Stichwortverzeichnis . 561
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