Digitaltechnik

In vielen technischen Anwendungen sind Kenntnisse der Digitaltechnik unerlässlich. Die Mikrocomputertechnik, digitale Regelungen und viele Einrichtungen der Telekommunikation sind ohne die Methoden der Digitaltechnik nicht mehr zu verstehen. Dieses Buch vermittelt die notwendigen Kenntnisse, indem es die Grundlagen der Digitaltechnik bis hin zum Aufbau und der Programmierung einfacher Mikroprozessoren lückenlos darstellt. Neben einer soliden theoretischen Grundlage erwirbt der Leser Kenntnisse, die das Verständnis der meisten digitaltechnischen Schaltungen ermöglichen. Beispiele aus der Praxis werden zur Vertiefung herangezogen.
Das Buch entspricht dem Inhalt gleichnamiger Lehrveranstaltungen. Die Darstellung der booleschen Algebra und die verwendeten Symbole entsprechen der geltenden DIN-Norm. Das Buch enthält zu jedem Kapitel Übungsaufgaben, deren Lösungen im Anhang angegeben sind, um das Selbststudium zu erleichtern.
Der Inhalt
Ausführliche Darstellung der Grundlagen der Digitaltechnik: Synthese von Schaltnetzen (Boolesche Algebra, Multiplexer, Code-Umsetzer, arithmetische Schaltnetze), synchrone und asynchrone Schaltwerke (Flipflops, Zähler, Schieberegister)
Technologien ( anwenderspezifische Schaltungen (ASIC), Speicher)
CAD von digitalen Schaltungen (ABEL)
Grundlagen der Mikroprozessortechnik, Programmieren in Assembler
Übungsaufgaben zu jedem Kapitel mit Lösungen im Anhang
Die Zielgruppen
Ingenieure und Informatiker an Hoch- und Fachhochschulen.
Da zum Verständnis des Buches keine besonderen Vorkenntnisse benötigt werden, eignet sich das Buch auch für den interessierten Laien.
Der Autor:
Dr.-Ing. Klaus Fricke ist Professor für Digitaltechnik und Elektronik an der FH Fulda.
 

Prof. Dr.-Ing. Klaus Fricke ist Professor an der FH Fulda mit den Schwerpunkten Elektronik und Digitaltechnik.

1 Einleitung.- 2 Codierung und Zahlensysteme.- 2.1 Codes.- 2.2 Binärcode.- 2.3 Festkomma-Arithmetik im Binärsystem.- 2.4 Hexadezimalcode.- 2.5 Oktalcode.- 2.6 Graycode.- 2.7 BCD-Code.- 2.8 Alphanumerische Codes.- 2.9 Übungen.- 3 Schaltalgebra.- 3.1 Schaltvariable und Schaltfunktion.- 3.2 Zweistellige Schaltfunktionen.- 3.3 Rechenregeln.- 3.4 Kanonische disjunktive Normalform (KDNF).- 3.5 Kanonische konjunktive Normalform (KKNF).- 3.6 Darstellung von Funktionen mit der KKNF und KDNF.- 3.7 Minimieren mit Hilfe der Schaltalgebra.- 3.8 Vereinfachte Schreibweise.- 3.9 Schaltsymbole.- 3.10 Übungen.- 4 Verhalten logischer Gatter.- 4.1 Positive und negative Logik.- 4.2 Defmition der Schaltzeiten.- 4.3 Übertragungskennlinie, Störabstand.- 4.4 Ausgänge.- 4.5 Übungen.- 5 Schaltungstechnik.- 5.1 CMOS.- 5.2 TTL.- 5.3 Emitter-Coupled Logic (ECL).- 5.4 Integrierte Injektions-Logik (I2L).- 5.5 Verlustleistung und Schaltverhalten von Transistorschaltern.- 5.6 Übungen.- 6 Schaltnetze.- 6.1 Minimierung mit Karnaugh-Veitch-Diagrammen.- 6.2 Das Quine-McCluskey-Verfahren.- 6.3 Andere Optimierungsziele.- 6.4 Laufzeiteffekte in Schaltnetzen.- 6.5 Übungen.- 7 Asynchrone Schaltwerke.- 7.1 Prinzipieller Aufbau von Schaltwerken.- 7.2 Analyse asynchroner Schaltwerke.- 7.3 Systematische Analyse.- 7.4 Analyse unter Berücksichtigung der Gatterlaufzeit.- 7.5 Speicherglieder.- 7.6 Übungen.- 8 Synchrone Schaltwerke.- 8.1 Synthese von Schaltwerken (Beispiel 1).- 8.2 Synthese von Schaltwerken (Beispiel 2).- 8.3 Zeitverhalten von Schaltwerken.- 8.4 Übungen.- 9 Multiplexer und Code-Umsetzer.- 9.1 Multiplexer.- 9.2 Code-Umsetzer.- 9.3 Analoge Multiplexer und Demultiplexer.- 9.4 Übungen.- 10 Digitale Zähler.- 10.1 Asynchrone Zähler.- 10.2 Synchrone Zähler.- 10.3 Übungen.- 11 Schieberegister.-11.1 Zeitverhalten von Schieberegistern.- 11.2 Rückgekoppelte Schieberegister.- 11.3 Übungen.- 12 Arithmetische Bausteine.- 12.1 Volladdierer.- 12.2 Serienaddierer.- 12.3 Ripple-Carry-Addierer.- 12.4 Carry-Look-Ahead Addierer.- 12.5 Arithmetisch-logische-Recheneinheiten (ALU).- 12.6 Komparatoren.- 12.7 Übungen.- 13 Digitale Speicher.- 13.1 Prinzipieller Aufbau von Speicherbausteinen.- 13.2 ROM.- 13.3 PROM.- 13.4 EPROM.- 13.5 EEPROM.- 13.6 EAROM.- 13.7 NOVRAM.- 13.8 RAM.- 13.9 Dynamisches RAM.- 13.10 Quasistatisches DRAM.- 13.11 Eimerkettenspeicher.- 13.12 Kaskadierung von Speichern.- 13.13 Erweiterung der Wortlänge.- 13.14 Erweiterung der Speicherkapazität.- 13.15 Übungen.- 14 Programmierbare Logikbausteine.- 14.1 ASIC-Familien.- 14.2 Programmierbare Logik-ICs (PLD).- 14.3 ROM, EPROM, EEPROM.- 14.4 PLA.- 14.5 PAL.- 14.6 GAL.- 14.7 Programmierung von PLD-Bausteinen.- 14.8 Field Programmable Gate Arrays (FPGA).- 14.9 EPLD.- 14.10 Gate-Arrays.- 14.11 Standardzellen-ASIC.- 14.12 Vollkundendesign-ASICs.- 14.13 Übungen.- 15 Entwicklungs-Software.- 15.1 Entwurfsverfahren für digitale Schaltungen.- 15.2 ABEL.- 15.3 Übungen.- 16 Prinzip des Mikroprozessors.- 16.1 Kooperierende Schaltwerke.- 16.2 Der von Neumann-Rechner.- 16.3 Operationswerke.- 16.4 Leitwerke.- 16.5 Mikroprogrammierung.- 16.6 Übungen.- 17 Der Mikroprozessor 8085A.- 17.1 Aufbau des 8085A.- 17.2 Anschlüsse des 8085.- 17.3 Speicher- und Peripherie.- 17.4 Peripheriebausteine.- 17.5 Die Parallelschnittstelle 8255.- 17.6 Funktionsabläufe bei der Befehlsausführung.- 17.7 Interruptsteuerung.- 17.8 Assembler-Programmierung.- 17.9 Befehlssatz.- 17.10 Transferbefehle.- 17.11 Arithmetische Befehle.- 17.12 Logische Operationen.- 17.13 Setzen und Löschen des Carry-Flags.- 17.14 Schiebebefehle.- 17.15Programmverzweigungen.- 17.16 Befehle für Unterprogramme.- 17.17 Befehle für die Prozessorsteuerung.- 17.18 Assemblerbefehie.- 17.19 Programmbeispiele.- 17.20 Übungen.- A Anhang.- A.1 Die Abhängigkeitsnotation.- A.2 Befehlssatz des 8085A.- Lösungen der Aufgaben.- Literatur.- Sachwortregister.

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