Digitaltechnik: Lehr- und Übungsbuch für Elektrotechniker und Informatiker : mit Aufgaben und Lösungen
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Wiesbaden, Germany
Springer Vieweg
[2021]
|
| Ausgabe: | 9., überarbeitete und aktualisierte Auflage |
| Schriftenreihe: | Lehrbuch
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XII, 316 Seiten Illustrationen, Diagramme |
| ISBN: | 9783658325367 |
Internformat
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung....................................................................................................................................... 1 2 Codierung und Zahlensysteme...................................................................................................3 2.1 Codes........................................................................................................................................ 3 2.2 Dualcode...................................................................................................................................4 2.3 Festkomma-Arithmetik im Dualsystem.................................................................................5 2.3.1 Ganzzahlige Addition im Dualsystem........................................................................... 5 2.3.2 Addition von Festkommazahlen..................................................................................... 6 2.3.3 Einerkomplementdarstellung.......................................................................................... 6 2.3.4 Zweierkomplementdarstellung....................................................................................... 6 2.3.5 Subtraktion in Zweierkomplementdarstellung...............................................................7 2.3.6 Bereichsüberschreitung...................................................... 8 2.3.7 Multiplikation...................................................................................................................9 2.3.8
Division............................................................................................................................ 9 2.4 Gleitkommadarstellung von reellen Zahlen..........................................................................10 2.4.1 Einleitung: Gleitkommadarstellung im Dezimalsystem............................................. 10 2.4.2 Gleitkommadarstellung im Dualsystem.......................................................................10 2.4.3 Spezielle Zahlendarstellungen..................................................................................... 11 2.5 Elexadezimalcode.................................................................................................................. 12 2.6 Oktalcode................................................................................................................................12 2.7 Graycode................................................................................................................................12 2.8 BCD-Code..............................................................................................................................13 2.9 Alphanumerische Codes....................................................................................................... 13 2.10 Übungen...............................................................................................................................14 3 Schaltalgebra...............................................................................................................................15 3.1
Schaltvariable und Schaltfunktion........................................................................................15 3.2 Zweistellige Schaltfunktionen..............................................................................................16 3.3 Rechenregeln......................................................................................................................... 20 3.4 Vereinfachte Schreibweise...................................................................................................21 3.5 Kanonische disjunktive Normalform (KDNF)................................................................... 21 3.6 Kanonische konjunktive Normalform (KKNF)..................................................................22 3.7 Darstellung von Funktionen mit der KKNF und KDNF.................................................... 23 3.8 Minimieren mit Hilfe der Schaltalgebra..............................................................................25 3.9 Schaltsymbole........................................................................................................................ 26 3.9.1 Grundsätzlicher Aufbau derSymbole.........................................................................26 3.9.2 Die Abhängigkeitsnotation........................................................................................... 27 3.9.3 Die UND-Abhängigkeit (G)......................................................................................... 27 3.9.4 Die ODER-Abhängigkeit
(V)....................................................................................... 28 3.9.5 Die EXOR-Abhängigkeit (N)....................................................................................... 29 3.9.6 Die Verbindungs-Abhängigkeit (Z)..............................................................................29 3.9.7 Die Übertragungs-Abhängigkeit (X)............................................................................29 3.10 Übungen.............................................................................................................................. 30
4 Verhalten logischer Gatter........................................................................................................31 4.1 Positive und negative Logik................................................................................................ 32 4.2 Definition der Schaltzeiten...................................................................................................33 4.3 Übertragungskennlinie, Störabstand....................................................................................34 4.4 Ausgänge............................................................................................................................... 35 4.4.1 Offener Kollektor (Open Collector)............................................................................ 36 4.4.2 Tri-State-Ausgang.........................................................................................................37 4.5 Übungen..................................................................................................................................38 5 Schaltungstechnik.......................................................................................................................39 5.1 CMOS.....................................................................................................................................39 5.1.1 Fan-Out........................................................................................................................... 41 5.1.2 Grandschaltungen NAND und NOR........................................................................... 41
5.1.3 Transmission-Gate.........................................................................................................43 5.1.4 Tri-State-Ausgang.........................................................................................................44 5.1.5 CMOS-Eigenschaften-....................................................................................................45 5.2 TTL.........................................................................................................................................45 5.2.1 Belastung der Ausgänge............................................................................................... 47 5.3 Emitter-Coupled Logic (ECL)................................................................. 48 5.4 Integrierte Injektions-Logik (I2L)........................................................................................49 5.5 Verlustleistung und Schaltverhalten von Transistorschaltern........................................... 50 5.6 Übungen..................................................................................................................................51 6 Schaltnetze....................................................................................................................................53 6.1 Minimierung mit Karnaugh-Veitch-Diagrammen..............................................................53 6.1.1 Minimierung der KDNF................................................................................................53 6.1.2 Minimierung der
KKNF.............................................................................................. 56 6.1.3 Karnaugh-Veitch-Diagrammefür 2 bis 6 Eingangsvariablen.................................... 57 6.1.4 Unvollständig spezifizierte Funktionen...................................................................... 59 6.2 Das Quine-McCluskey-Verfahren....................................................................................... 60 6.3 Weitere Optimierangsziele...................................................................................................63 6.3.1 Umwandlung UND/ODER-Schaltnetz in NAND-Schaltnetz.................................... 64 6.3.2 Umwandlung ODER/UND-Schaltnetz in NOR-Schaltnetz....................................... 65 6.4 Laufzeiteffekte in Schaltnetzen........................................................................................... 66 6.4.1 Strukturhazards.............................................................................................................. 66 6.4.2 Funktionshazards........................................................................................................... 67 6.4.3 Klassifizierung von Hazards......................................................................................... 68 6.5 Übungen..................................................................................................................................69 7 Asynchrone Schaltwerke........................................................................................................... 71 7.1 Prinzipieller Aufbau von
Schaltwerken.............................................................................. 71 7.2 Analyse asynchroner Schaltwerke....................................................................................... 72 7.3 Systematische Analyse......................................................................................................... 73 7.4 Analyse unter Berücksichtigung der Gatterlaufzeit........................................................... 75 7.5 Speicherglieder...................................................................................................................... 78 7.5.1 RS-Flipflop.....................................................................................................................78 7.5.2 RS-Flipflop mit Takteingang........................................................................................ 79 7.5.3 Taktpegelgesteuertes D-Flipflop..................................................................................80 7.5.4 Flankengesteuertes D-Flipflop...................................................................................... 83
7.5.5 Zweiflankensteuerung...................................................................................................85 7.5.6 JK-Flipflop..................................................................................................................... 86 7.5.7 T-Flipflop....................................................................................................................... 87 7.5.8 Beispiel........................................................................................................................... 88 7.5.9 Zusammenfassung Flipflops......................................................................................... 88 7.6 Übungen.................................................................................................................................90 8 Synchrone Schaltwerke..............................................................................................................93 8.1 Beispiel 1 : Schaltwerk „Binärzähler“..................................................................................94 8.2 Moore-Schaltwerk.................................................................................................................95 8.3 Mealy-Schaltwerk..................................................................................................................97 8.3.1 Beispiel 2: Mealy-Schaltwerk „Maschinensteuerung“...............................................97 8.3.2 Realisierung der Maschinensteuerung als Moore-Schaltwerk................................. 100 8.4
Zustandscodierung............................................................................................................... 100 8.4.1 Binäre Codierung..........................................................................................................101 8.4.2 Codierung nach dem Gray-Code................................................................................ 101 8.4.3 Ausgangsorientierte Codierung.................................................................................. 101 8.4.4 „One-Hot“-Codierung................................................................................................. 104 8.5 Wahl der Flipflops...............................................................................................................106 8.6 Zeitverhalten von Schaltwerken.........................................................................................107 8.7 Übungen............................................................................................................................... 109 9 Multiplexer und Code-Umsetzer............................................................................................111 9.1 Multiplexer...........................................................................................................................111 9.1.1 Multiplexer-Realisierung von Funktionen................................................................. 112 9.2 Code-Umsetzer.................................................................................................................... 114 9.2.1 Der BCD/Dezimal-Code-Umsetzer
7442.................................................................. 115 9.2.2 Demultiplexer............................................................................................................... 116 9.2.3 Erzeugung von Funktionsbündeln.............................................................................. 117 9.3 Analoge Multiplexer und Demultiplexer...........................................................................119 9.4 Übungen...............................................................................................................................119 10 Digitale Zähler........................................................................................................................ 121 10.1 Asynchrone Zähler............................................................................................................121 10.1.1 Mod-8-Binärzähler.................................................................................................... 121 10.1.2 Mod-6-Zähler.............................................................................................................122 10.1.3 Asynchrone Rückwärtszähler................................................................................... 123 10.1.4 Zeitverhalten asynchroner Zähler............................................................................. 124 10.2 Synchrone Zähler............................................................................................................... 124 10.2.1 4-Bit-
Dualzähler.........................................................................................................125 10.2.2 Mod-6-Zähler im Gray-Code.................................................................................... 127 10.2.3 Der synchrone 4-Bit Aufwärts/Abwärts-Binärzähler 74191................................. 129 10.3 Übungen.............................................................................................................................130 11 Schieberegister........................................................................................................................ 131 11.1 Zeitverhalten von Schieberegistern................................................................................. 132 11.1.1 Schieberegister 74194............................................................................................... 133 11.2 Rückgekoppelte Schieberegister.......................................................................................135
11.2.1 Moebius-Zähler, Johnson-Zähler..............................................................................136 11.2.2 Pseudo-Zufallsfolgen.................................................................................................138 11.3 Übungen..............................................................................................................................140 12 Arithmetische Bausteine....................................................................................................... 141 12.1 Volladdierer....................................................................................................................... 141 12.2 Serienaddierer.................................................................................................................... 141 12.3 Ripple-Carry-Addierer...................................................................................................... 142 12.4 Carry-Look-Ahead Addierer.............................................................................................143 12.4.1 Kaskadierung von Carry-Look-Ahead-Addierern.................................................. 145 12.4.2 Vergleich der Addierer..............................................................................................149 12.5 Arithmetisch-logische-Recheneinheiten (ALU).............................................................149 12.5.1 Beispiele für Operationen......................................................................................... 152 12.6
Komparatoren.................................................................................................................... 154 12.6.1 2-Bit-Komparator....................................................................................................... 154 12.6.2 Kaskadierbare Komparatoren.................................................................................... 155 12.7 Übungen..............................................................................................................................156 13 Digitale Speicher..................................................................................................................... 157 13.1 Prinzipieller Aufbau von Speicherbausteinen................................................................. 158 13.2 ROM...................................................................................................................................158 13.3 PROM................................................................................................................................. 161 13.4 EPROM..............................................................................................................................162 13.5 EEPROM........................................................................................................................... 163 13.6 EAROM..............................................................................................................................163 13.7
NOVRAM......................................................................................................................... 164 13.8 Statisches RAM (SRAM).................................................................................................164 13.8.1 Aufbau eines SRAM..................................................................................................164 13.8.2 Beispiel SRAM.......................................................................................................... 165 13.9 Dynamisches RAM (DRAM).......................................................................................... 169 13.9.1 Aufbau eines DRAM.................................................................................................169 13.9.2 Beispiel DRAM......................................................................................................... 169 13.10 SDRAM (Synchrones DRAM)...................................................................................... 174 13.11 DDR-RAM (Double Data Rate DRAM)...................................................................... 174 13.12 Eimerkettenspeicher....................................................................................................... 174 13.12.1 Beispiel eines FIFOs................................................................................................175 13.13 Kaskadierung von Speichern......................................................................................... 177 13.14 Erweiterung der
Wortlänge.............................................................................................177 13.15 Erweiterung der Speicherkapazität................................................................................ 178 13.15.1 Volldecodierung...................................................................................................... 179 13.15.2 Teildecodierung....................................................................................................... 181 13.15.3 Lineare Decodierung...............................................................................................183 13.16 Übungen........................................................................................................................... 185 14 Programmierbare Logikbausteine...................................................................................... 187 14.1 ASIC-Familien................................................................................................................... 187 14.2 Programmierbare Logik-IC (PLD).................................................................................. 190 14.2.1 PLD-Typen.................................................................................................................190
14.3 ROM, EPROM, EEPROM............................................................................................... 191 14.4 PLA.................................................................................................................................... 192 14.5 PAL.................................................................................................................................... 197 14.6 GAL.................................................................................................................................... 199 14.7 Programmierung von PLD-Bausteinen........................................................................... 202 14.7.1 Test............................................................................................................................. 202 14.8 Field Programmable Gate Arrays (FPGA)..................................................................... 203 14.8.1 Aufbau eines FPGA...................................................................................................203 14.8.2 Konfigurierbare Logik-Blöcke (CLB)..................................................................... 205 14.8.3 IO-Block.....................................................................................................................206 14.8.4 Verbindungsleitungen................................................................................................207 14.8.5 Programmierung eines FPGA...................................................................................208 14.9
CPLD..................................................................................................................................208 14.9.1 Aufbau einer CPLD...................................................................................................208 14.9.2 Logik-Array Blöcke (LAB)...................................................................................... 209 14.9.3 IO-Steuerung............................................................................................................. 211 14.9.4 Größe der CPLD........................................................................................................ 211 14.10 Gate-Arrays.....................................................................................................................212 14.10.1 Aufbau von Channelled Gate-Arrays.................................................................... 212 14.11 Standardzellen-ASIC......................................................................................................215 14.12 Vollkundendesign-ASICs.............................................................................................. 215 14.13 Übungen.......................................................................................................................... 216 15 VHDL.......................................................................................................................................217 15.1 Entwurfsverfahren für digitale Schaltungen...................................................................217 15.2 Die Struktur von
VHDL...................................................................................................218 15.3 Typen..................................................................................................................................218 15.4 Operatoren......................................................................................................................... 220 15.5 Entity..................................................................................................................................221 15.6 Architecture....................................................................................................................... 222 15.7 Prozesse............................................................................................................................. 223 15.8 Struktureller Entwurf........................................................................................................ 227 15.9 Busse..................................................................................................................................228 15.10 Übungen.......................................................................................................................... 230 16 Mikroprozessoren...................................................................................................................231 16.1 Prinzip kooperierender Schaltwerke................................................................................231 16.2 Der Von-Neumann-
Rechner............................................................................................ 231 16.2.1 Operationswerk.......................................................................................................... 233 16.2.2 Leitwerk......................................................................................................................233 16.2.3 Speicher......................................................................................................................234 16.2.4 Ein- und Ausgabe...................................................................................................... 234 16.2.5 Betrieb........................................................................................................................ 235 16.3 Architektur des ATmega 16...............................................................................................235 16.3.1 Anschlüsse des ATmegal6....................................................................................... 237 16.3.2 CPU-Register............................................................................................................. 239 16.3.3 Programm-Speicher...................................................................................................240 16.3.4 Daten-Speicher.......................................................................................................... 241 16.3.5 Funktionsabläufe bei der Befehlsausführung......................................................... 242
16.4 Assembler-Programmierung............................................................................................ 243 16.5 Adressierungsarten........................................................................................................... 244 16.6 Befehlssatz......................................................................................................................... 248 16.6.1 Konventionen............................................................................................................. 248 16.6.2 Transfer-Befehl.......................................................................................................... 248 16.6.3 Laden von Bytes........................................................................................................ 248 16.6.4 Speichern von Bytes..................................................................................................250 16.6.5 Arithmetische Befehle: Negation............................................................................. 250 16.6.6 Arithmetische Befehle: Addition und Subtraktion..................................................251 16.6.7 Arithmetische Befehle: Setzen und Löschen von Bits in einem Register............ 253 16.6.8 Arithmetische Befehle: Test und Vergleich............................................................ 254 16.6.9 Arithmetische Befehle: Logische Operationen....................................................... 254 16.6.10 Schiebe- und Rotationsbefehle.............................................................................. 254 16.6.11
Befehle zum Setzen und Löschen von Flags im SREG....................................... 256 16.6.12 Absolut adressierter Sprung....................................................................................257 16.6.13 Relativ adressierter Sprang.....................................................................................258 16.6.14 Relativ adressierte, bedingte Sprünge....................................................................259 16.6.15 Befehl überspringen.................................................................................................260 16.6.16 Befehle für Unterprogramme..................................................................................261 16.7 Assembleranweisungen....................................................................................................264 16.8 Interrupt-Bearbeitung.......................................................................................................266 16.9 Übungen............................................................................................................................. 268 A Anhang...............................................................................................................................269 A. 1 A.2 A.3 A.4 A.5 Die Abhängigkeitsnotation ............................................................................................. 269 Befehlssatz des ATmega 16............................................................................................... 273 Lösungen der
Aufgaben.....................................................................................................281 Literatur.............................................................................................................................. 307 SachWortregister................................................................................................................ 311
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Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung. 1 2 Codierung und Zahlensysteme.3 2.1 Codes. 3 2.2 Dualcode.4 2.3 Festkomma-Arithmetik im Dualsystem.5 2.3.1 Ganzzahlige Addition im Dualsystem. 5 2.3.2 Addition von Festkommazahlen. 6 2.3.3 Einerkomplementdarstellung. 6 2.3.4 Zweierkomplementdarstellung. 6 2.3.5 Subtraktion in Zweierkomplementdarstellung.7 2.3.6 Bereichsüberschreitung. 8 2.3.7 Multiplikation.9 2.3.8
Division. 9 2.4 Gleitkommadarstellung von reellen Zahlen.10 2.4.1 Einleitung: Gleitkommadarstellung im Dezimalsystem. 10 2.4.2 Gleitkommadarstellung im Dualsystem.10 2.4.3 Spezielle Zahlendarstellungen. 11 2.5 Elexadezimalcode. 12 2.6 Oktalcode.12 2.7 Graycode.12 2.8 BCD-Code.13 2.9 Alphanumerische Codes. 13 2.10 Übungen.14 3 Schaltalgebra.15 3.1
Schaltvariable und Schaltfunktion.15 3.2 Zweistellige Schaltfunktionen.16 3.3 Rechenregeln. 20 3.4 Vereinfachte Schreibweise.21 3.5 Kanonische disjunktive Normalform (KDNF). 21 3.6 Kanonische konjunktive Normalform (KKNF).22 3.7 Darstellung von Funktionen mit der KKNF und KDNF. 23 3.8 Minimieren mit Hilfe der Schaltalgebra.25 3.9 Schaltsymbole. 26 3.9.1 Grundsätzlicher Aufbau derSymbole.26 3.9.2 Die Abhängigkeitsnotation. 27 3.9.3 Die UND-Abhängigkeit (G). 27 3.9.4 Die ODER-Abhängigkeit
(V). 28 3.9.5 Die EXOR-Abhängigkeit (N). 29 3.9.6 Die Verbindungs-Abhängigkeit (Z).29 3.9.7 Die Übertragungs-Abhängigkeit (X).29 3.10 Übungen. 30
4 Verhalten logischer Gatter.31 4.1 Positive und negative Logik. 32 4.2 Definition der Schaltzeiten.33 4.3 Übertragungskennlinie, Störabstand.34 4.4 Ausgänge. 35 4.4.1 Offener Kollektor (Open Collector). 36 4.4.2 Tri-State-Ausgang.37 4.5 Übungen.38 5 Schaltungstechnik.39 5.1 CMOS.39 5.1.1 Fan-Out. 41 5.1.2 Grandschaltungen NAND und NOR. 41
5.1.3 Transmission-Gate.43 5.1.4 Tri-State-Ausgang.44 5.1.5 CMOS-Eigenschaften-.45 5.2 TTL.45 5.2.1 Belastung der Ausgänge. 47 5.3 Emitter-Coupled Logic (ECL). 48 5.4 Integrierte Injektions-Logik (I2L).49 5.5 Verlustleistung und Schaltverhalten von Transistorschaltern. 50 5.6 Übungen.51 6 Schaltnetze.53 6.1 Minimierung mit Karnaugh-Veitch-Diagrammen.53 6.1.1 Minimierung der KDNF.53 6.1.2 Minimierung der
KKNF. 56 6.1.3 Karnaugh-Veitch-Diagrammefür 2 bis 6 Eingangsvariablen. 57 6.1.4 Unvollständig spezifizierte Funktionen. 59 6.2 Das Quine-McCluskey-Verfahren. 60 6.3 Weitere Optimierangsziele.63 6.3.1 Umwandlung UND/ODER-Schaltnetz in NAND-Schaltnetz. 64 6.3.2 Umwandlung ODER/UND-Schaltnetz in NOR-Schaltnetz. 65 6.4 Laufzeiteffekte in Schaltnetzen. 66 6.4.1 Strukturhazards. 66 6.4.2 Funktionshazards. 67 6.4.3 Klassifizierung von Hazards. 68 6.5 Übungen.69 7 Asynchrone Schaltwerke. 71 7.1 Prinzipieller Aufbau von
Schaltwerken. 71 7.2 Analyse asynchroner Schaltwerke. 72 7.3 Systematische Analyse. 73 7.4 Analyse unter Berücksichtigung der Gatterlaufzeit. 75 7.5 Speicherglieder. 78 7.5.1 RS-Flipflop.78 7.5.2 RS-Flipflop mit Takteingang. 79 7.5.3 Taktpegelgesteuertes D-Flipflop.80 7.5.4 Flankengesteuertes D-Flipflop. 83
7.5.5 Zweiflankensteuerung.85 7.5.6 JK-Flipflop. 86 7.5.7 T-Flipflop. 87 7.5.8 Beispiel. 88 7.5.9 Zusammenfassung Flipflops. 88 7.6 Übungen.90 8 Synchrone Schaltwerke.93 8.1 Beispiel 1 : Schaltwerk „Binärzähler“.94 8.2 Moore-Schaltwerk.95 8.3 Mealy-Schaltwerk.97 8.3.1 Beispiel 2: Mealy-Schaltwerk „Maschinensteuerung“.97 8.3.2 Realisierung der Maschinensteuerung als Moore-Schaltwerk. 100 8.4
Zustandscodierung. 100 8.4.1 Binäre Codierung.101 8.4.2 Codierung nach dem Gray-Code. 101 8.4.3 Ausgangsorientierte Codierung. 101 8.4.4 „One-Hot“-Codierung. 104 8.5 Wahl der Flipflops.106 8.6 Zeitverhalten von Schaltwerken.107 8.7 Übungen. 109 9 Multiplexer und Code-Umsetzer.111 9.1 Multiplexer.111 9.1.1 Multiplexer-Realisierung von Funktionen. 112 9.2 Code-Umsetzer. 114 9.2.1 Der BCD/Dezimal-Code-Umsetzer
7442. 115 9.2.2 Demultiplexer. 116 9.2.3 Erzeugung von Funktionsbündeln. 117 9.3 Analoge Multiplexer und Demultiplexer.119 9.4 Übungen.119 10 Digitale Zähler. 121 10.1 Asynchrone Zähler.121 10.1.1 Mod-8-Binärzähler. 121 10.1.2 Mod-6-Zähler.122 10.1.3 Asynchrone Rückwärtszähler. 123 10.1.4 Zeitverhalten asynchroner Zähler. 124 10.2 Synchrone Zähler. 124 10.2.1 4-Bit-
Dualzähler.125 10.2.2 Mod-6-Zähler im Gray-Code. 127 10.2.3 Der synchrone 4-Bit Aufwärts/Abwärts-Binärzähler 74191. 129 10.3 Übungen.130 11 Schieberegister. 131 11.1 Zeitverhalten von Schieberegistern. 132 11.1.1 Schieberegister 74194. 133 11.2 Rückgekoppelte Schieberegister.135
11.2.1 Moebius-Zähler, Johnson-Zähler.136 11.2.2 Pseudo-Zufallsfolgen.138 11.3 Übungen.140 12 Arithmetische Bausteine. 141 12.1 Volladdierer. 141 12.2 Serienaddierer. 141 12.3 Ripple-Carry-Addierer. 142 12.4 Carry-Look-Ahead Addierer.143 12.4.1 Kaskadierung von Carry-Look-Ahead-Addierern. 145 12.4.2 Vergleich der Addierer.149 12.5 Arithmetisch-logische-Recheneinheiten (ALU).149 12.5.1 Beispiele für Operationen. 152 12.6
Komparatoren. 154 12.6.1 2-Bit-Komparator. 154 12.6.2 Kaskadierbare Komparatoren. 155 12.7 Übungen.156 13 Digitale Speicher. 157 13.1 Prinzipieller Aufbau von Speicherbausteinen. 158 13.2 ROM.158 13.3 PROM. 161 13.4 EPROM.162 13.5 EEPROM. 163 13.6 EAROM.163 13.7
NOVRAM. 164 13.8 Statisches RAM (SRAM).164 13.8.1 Aufbau eines SRAM.164 13.8.2 Beispiel SRAM. 165 13.9 Dynamisches RAM (DRAM). 169 13.9.1 Aufbau eines DRAM.169 13.9.2 Beispiel DRAM. 169 13.10 SDRAM (Synchrones DRAM). 174 13.11 DDR-RAM (Double Data Rate DRAM). 174 13.12 Eimerkettenspeicher. 174 13.12.1 Beispiel eines FIFOs.175 13.13 Kaskadierung von Speichern. 177 13.14 Erweiterung der
Wortlänge.177 13.15 Erweiterung der Speicherkapazität. 178 13.15.1 Volldecodierung. 179 13.15.2 Teildecodierung. 181 13.15.3 Lineare Decodierung.183 13.16 Übungen. 185 14 Programmierbare Logikbausteine. 187 14.1 ASIC-Familien. 187 14.2 Programmierbare Logik-IC (PLD). 190 14.2.1 PLD-Typen.190
14.3 ROM, EPROM, EEPROM. 191 14.4 PLA. 192 14.5 PAL. 197 14.6 GAL. 199 14.7 Programmierung von PLD-Bausteinen. 202 14.7.1 Test. 202 14.8 Field Programmable Gate Arrays (FPGA). 203 14.8.1 Aufbau eines FPGA.203 14.8.2 Konfigurierbare Logik-Blöcke (CLB). 205 14.8.3 IO-Block.206 14.8.4 Verbindungsleitungen.207 14.8.5 Programmierung eines FPGA.208 14.9
CPLD.208 14.9.1 Aufbau einer CPLD.208 14.9.2 Logik-Array Blöcke (LAB). 209 14.9.3 IO-Steuerung. 211 14.9.4 Größe der CPLD. 211 14.10 Gate-Arrays.212 14.10.1 Aufbau von Channelled Gate-Arrays. 212 14.11 Standardzellen-ASIC.215 14.12 Vollkundendesign-ASICs. 215 14.13 Übungen. 216 15 VHDL.217 15.1 Entwurfsverfahren für digitale Schaltungen.217 15.2 Die Struktur von
VHDL.218 15.3 Typen.218 15.4 Operatoren. 220 15.5 Entity.221 15.6 Architecture. 222 15.7 Prozesse. 223 15.8 Struktureller Entwurf. 227 15.9 Busse.228 15.10 Übungen. 230 16 Mikroprozessoren.231 16.1 Prinzip kooperierender Schaltwerke.231 16.2 Der Von-Neumann-
Rechner. 231 16.2.1 Operationswerk. 233 16.2.2 Leitwerk.233 16.2.3 Speicher.234 16.2.4 Ein- und Ausgabe. 234 16.2.5 Betrieb. 235 16.3 Architektur des ATmega 16.235 16.3.1 Anschlüsse des ATmegal6. 237 16.3.2 CPU-Register. 239 16.3.3 Programm-Speicher.240 16.3.4 Daten-Speicher. 241 16.3.5 Funktionsabläufe bei der Befehlsausführung. 242
16.4 Assembler-Programmierung. 243 16.5 Adressierungsarten. 244 16.6 Befehlssatz. 248 16.6.1 Konventionen. 248 16.6.2 Transfer-Befehl. 248 16.6.3 Laden von Bytes. 248 16.6.4 Speichern von Bytes.250 16.6.5 Arithmetische Befehle: Negation. 250 16.6.6 Arithmetische Befehle: Addition und Subtraktion.251 16.6.7 Arithmetische Befehle: Setzen und Löschen von Bits in einem Register. 253 16.6.8 Arithmetische Befehle: Test und Vergleich. 254 16.6.9 Arithmetische Befehle: Logische Operationen. 254 16.6.10 Schiebe- und Rotationsbefehle. 254 16.6.11
Befehle zum Setzen und Löschen von Flags im SREG. 256 16.6.12 Absolut adressierter Sprung.257 16.6.13 Relativ adressierter Sprang.258 16.6.14 Relativ adressierte, bedingte Sprünge.259 16.6.15 Befehl überspringen.260 16.6.16 Befehle für Unterprogramme.261 16.7 Assembleranweisungen.264 16.8 Interrupt-Bearbeitung.266 16.9 Übungen. 268 A Anhang.269 A. 1 A.2 A.3 A.4 A.5 Die Abhängigkeitsnotation . 269 Befehlssatz des ATmega 16. 273 Lösungen der
Aufgaben.281 Literatur. 307 SachWortregister. 311 |
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