Digitaltechnik

Heutzutage sind Kenntnisse der Digitaltechnik für das Verständnis von vielen technischen Anwendungen unerlässlich. Das Buch gibt einen lückenlosen Überblick von den Grundlagen der Digitaltechnik bis hin zum Aufbau und der Programmierung einfacher Mikroprozessoren. Dabei wurde besonderer Wert auf eine ausführliche Darstellung der Grundlagen gelegt. Es werden keine Grundkenntnisse der Elektronik vorausgesetzt, sodass sich das Buch nicht nur an Ingenieure und Studenten, sondern auch an den interessierten Laien richtet.

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 Definition 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.- 11Schieberegister.- 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.- 17.14Schiebebefehle.- 17.15 Programmverzweigungen.- 17.16 Befehle für Unterprogramme.- 17.17 Befehle für die Prozessorsteuerung.- 17.18 Assemblerbefehle.- 17.19 Programmbeispiele.- 17.20 Übungen.- A Anhang.- A.1 Die Abhängigkeitsnotation.- A.2 Befehlssatz des 8085A.- Lösungen der Aufgaben.- Literatur.- Sachwortregister.