Digitaltechnik

In vielen technischen Anwendungen sind heutzutage Kenntnisse der Digitaltechnik unerläss lich. Die Mikrocomputertechnik, digitale Regelungen und viele Einrichtungen der Telekom munikation sind ohne die Methoden der Digitaltechnik nicht mehr zu verstehen. Dieses Buch vermittelt die dazu 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 also Kenntnisse, die das Ver ständnis der meisten digitaltechnischen Schaltungen ermöglichen. Das vorliegende Buch richtet sich hauptsächlich an Ingenieure und Informatiker an Fachhoch schulen und Universitäten. Da zum Verständnis des Buches keine besonderen Vorkenntnisse benötigt werden, eignet sich das Buch aber auch für den interessierten Laien. Lediglich für das Kapitel "Schaltungstechnik" muss der Leser Grundkenntnisse in der Elektronik haben. Das Kapitel ist aber zum Verständnis der anderen Kapitel des Buches nicht erforderlich und kann übersprungen werden. Die Darstellung der booleschen Algebra und die verwendeten Symbole entsprechen weitgehend der geltenden DIN-Norm. Das Buch enthält zu jedem Kapitel Übungsaufgaben, deren Lösungen im Anhang angegeben sind, um das Selbststudium zu erleichtern. Ein Schwerpunkt des Buches liegt in der ausführlichen Darstellung der Grundlagen der Digi taltechnik. Besonders die Synthese von Schaltnetzen wird detailliert erläutert. Häufig verwen dete Standard-Schaltnetze wie Multiplexer und Code-Umsetzer werden mit Beispielen behan delt. Da die arithmetischen Schaltnetze für das Verständnis von Prozessoren wichtig sind, werden die Grundlagen der Festkomma-Arithmetik und die Hardware von arithmetischlogischen Einheiten genauer besprochen.

Autorentext

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

Klappentext

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.

Inhalt
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.