Digitaltechnik

In diesem Buch werden die Grundlagen der Digitaltechnik behandelt, wie sie im technischen Studium an Hoch- und Fachhochschulen vermittelt werden. Es stellt die Basis für das Verständnis über die Funktion von Schaltnetzen, Schaltwerken und einfachen Mikroprozessoren dar.

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.