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1 Enseignement secondaire technique Régime de la formation de technicien Division électrotechnique Cycle supérieur Section communication Microélectronique Classe de T2EC Nombre de leçons: 4.0 Nombre minimal de devoirs: Au moins 2 devoirs par période; il est souhaitable que la durée totale des devoirs par période soit égale à la durée hebdomadaire de cours. Langue véhiculaire: Allemand Vorbemerkungen: Alle selbständigen Anwendungen von Bauelementen werden in Form von Schülerversuchen durchgeführt. Bei den Schülerversuchen ist besonders die Eigeninitiative der Schüler zu fördern. Der Umgang mit dem Oszilloskop ist in die einzelnen Versuche zu integrieren. Zu jedem Themenbereich sollen die handelsüblichen ICs behandelt und messtechnisch untersucht Die Pin-Belegung der ICs, deren Kenn- und Grenzdaten sind von den Schülern selbständig den Datenblättern zu entnehmen. I. Schaltkreisfamilien: TTL und CMOS Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME1) Schaltkreisfamilien unterscheiden. Standard-TTL und Weiterentwicklungen CMOS Schaltungseigenschaften: Leistungsaufnahme Pegelbereiche Schaltzeiten Lastfaktoren (Fan-In; Fan-Out) Pegelanpassung Vorsichtsmaßnahmen beim Umgang mit MOS-Schaltungen Kenndaten Beim internen Aufbau der Schaltkreise soll nur der Aufbau der Eingänge resp. Ausgänge behandelt 1/8

2 Positive und negative Logik II. Open-Collector Bausteine Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME2) Kollektorwiderstand bei Bausteinen mit Open-Collector- Ausgang an die Ausgangslast anpassen. Minimal- und Maximalwert des Kollektorwiderstandes Pegelanpassung Wired-And III. Synthese von Synchronzählern Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME3) (Dauer: 8 Std.) Synchronzählerschaltungen entwerfen, selbständig aufbauen und analysieren. Zählerschaltungen z.b. Vorwärts-, Rückwärts-, Modulo-, Gerade-, Ungeradesynchronzähler Zähler in einem beliebigen Kode Signalzeitdiagramme Vergleich mit Asynchronzähler Es sollen Beispiele mit und ohne Don t Care Zuständen behandelt Jede Schülergruppe soll eine andere Zählerschaltung realisieren. IV. Schieberegister Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME4) Funktionsweise des Schiebereglers erklären. Schieberegisterbauelement Interner Aufbau Schieberegister für serielle Ein- und Ausgabe Schieberegister für serielle Ein- und parallele Ausgabe Schieberegister für parallele Ein- und serielle Ausgabe Schieberegister für parallele Ein- und Ausgabe Signalzeitdiagramme Die Anwendungsbeispiele sollen in Schülerversuchen veranschaulicht V. Multiplexer und Demultiplexer Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME5) 2/8

3 Funktionsweise des Multiplexers und des Demultiplexers erklären. Multiplexer- und Demultiplexerbauelement Interner Aufbau von Multiplexer und Demultiplexer Multiplexertypen Demultiplexertypen soll eine 2-stellige Anzeige, die von einem Dezimalzähler im Multiplexbetrieb angesteuert wird, behandelt VI. Komparator Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME6) Funktionsweise des Komparators erklären. Komparatorbauelement Interner Aufbau eines Komparators für den Komparator kann fakultativ eine Erweiterung der Digitaluhr in einen Wecker (Lernaufgabe der 3. und 4. Semesters) vorgesehen VII. D/A-Wandler Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME7) (Dauer: 10 Std.) Funktionsweise eines D/A- Wandlers erklären D/A-Wandlerbaustein Interner Aufbau eines D/A- Wandlers mit bewerteten Widerständen Interner Aufbau eines D/A- Wandlers mit R-2R Netzwerk Rechnerische Überprüfung der Wirkungsweise Frequenz- Spannungswandlung Eigenschaften und Kennwerte soll ein Sägezahnfunktionsgenerator behandelt Es soll ein Schülerversuch zur Frequenz- Spannungswandlung durchgeführt VIII. A/D-Wandler Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME8) (Dauer: 14 Std.) Funktionsweise eines A/D- Wandlers erklären. A/D-Wandlerbauelement Interner Aufbau von Wandlertypen die nach folgenden Verfahren arbeiten: Sägezahn Dual-Slope Der Operationsverstärker als Integrator soll zu diesem Zeitpunkt behandelt worden sein. 3/8

4 Einsatzspezifische Grenzwerte eines A/D-Wandlers berechnen und ein A/D- Wandlerbauelement in Hinblick auf sein Einsatzgebiet auswählen. Sukzessive Approximation Flash (1-Bit) Eigenschaften und Kennwerte Anwendung als Spannungs- Frequenzwandler Abtasttheorem Oversampling Es soll speziell auf die Einsatzgebiete im Audio-/ Videobereich eingegangen soll eine Analogspannung im zulässigen Bereich über einen A/D-Wandler gewandelt Es soll ein Schülerversuch zur Spannungs- Frequenzwandlung durchgeführt IX. GAL-Bausteine Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME9) (Dauer: 20 Std.) GAL-Bausteine programmieren und ASIC Interner Aufbau von GALs Matrixformen Kombinatorischer, Register-, Tri-State- Ausgang Typen Kenndaten Programmierung Programmiergerät und Umgang mit einer Programmiersoftware direkte Programmierung (Matrix) logische Programmierung (Formel) JEDEC-Datei Der interne Aufbau der OLMCs soll nicht behandelt e können behandelt werden kombinatorische Schaltung (z.b. Codewandler) Zählerschaltung (z.b. Synchronzähler Punkt 2) Ablaufsteuerung Auf PLA, PAL, FPLA u.a. soll nur noch eingegangen werden, falls diese Bausteine noch von Bedeutung sind. X. RAM-Speicher Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME10) (Dauer: 6 Std.) Schreib-Lese-Bausteine unterscheiden und selbständig anwenden. statisches RAM dynamisches RAM Blockschaltbild Speicheradresse Steuersignale kann ein RAM-Baustein mit Daten eines Sinussignals gefüllt werden, um beim 4/8

5 Schreib- und Lesevorgang Bezeichnungen Kenndaten: Speicherkapazität, Zugriffszeit, Refreshing, Speicherorganisation Auslesen einen Sinusgenerator zu simulieren. XI. ROM-Speicher Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME11) (Dauer: 6 Std.) Nur-Lese-Bausteine unterscheiden und selbständig anwenden. ROM PROM EPROM EEPROM EAPROM Blockschaltbild des EPROMs Kenndaten Bezeichnungen Programmier- und Löschvorgang Programmiergerät und Umgang mit einer Programmiersoftware kann das vorherige Beispiel mit einem EPROM wiederholt werden Die Programmierung soll über einen PC erfolgen. XII. Codes- und Codewandler Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME12) Codes mit besonderen Eigenschaften kennen und in Codewandlern anwenden. Gray-Code Hammingcode Hammingdistanz Codewandler Es kann z.b. ein Codewandler Gray-binär in GAL-Ausführung realisiert XIII. Negative Dualzahlen, Subtraktion von Dualzahlen Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME13) Im Dualsystem mit negativen Zahlen rechnen. Direkte Subtraktion Subtraktion mittels Addition des 2er-Komplements Negative Dualzahlen darstellbarer Zahlenbereich 5/8

6 XIV. 4-Bit-Rechenwerk, ALU Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME14) 4-Bit-Rechenwerk entwerfen und handelsübliche ALU anwenden. Subrahierschaltung bestehend aus Volladdierern Inkrementbildung Komplementbildung Steuersignale (Wahrheitstabelle) Dieses Ziel dient als Übergang zur Mikroprozessortechnik XV. Signalgenerator Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME15) Signalgeneratorbauelement Funktionsweise anhand eines Blockschaltbildes Es sollen Sinus-, Rechteck-, und Dreiecksignal behandelt Das gleiche Bauelement soll zu einem späteren Zeitpunkt in einer Lernaufgabe (Funktionsgenerator) eingesetzt XVI. PLL Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME16) PLL-Funktion in einer vorgegebenen Schaltung ermitteln. Blockschaltbild Phasendetektor Halte-, Fang-, Ziehbereich Filterschaltung VCO, z.b. Frequenzsynthese, Taktregenerierung, Drehzahlregelung Als vorgegebene Schaltung kann z.b. das Frequenzsyntheseverfahren bei einem handelsüblichen FM- Empfänger benutzt XVII.Blockschaltbild eines Mikrokomputers Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME17) 6/8

7 Funktionsweise eines Mikrocomputersystems anhand eines Blockschaltbildes erklären. Mikroprozessor Ein-/Ausgabeeinheiten Speichereinheit (RAM, ROM) Bussystem Adress-, Daten-, Steuerbus In diesem Ziel soll ein globales Blockschaltbild benutzt Die Blockschaltbilder der einzelnen Komponenten werden später behandelt. XVIII.Bedeutung der einzelnen Busleitungen Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME18) An einem realen 8bit-System die Bedeutung der einzelnen Busleitungen erkennen. Adressleitungen Bezeichnung (A15-A0) Adressierungsbereich Leitungszustände Datenleitungen Bezeichnung (D7-D0) Wertebereich Leitungszustände Steuerleitungen Bezeichnung IO/M, RD/WR Es sollen elementare Schreib- / Leseoperationen ohne Mikroprozessor manuell an einem Experimentiersystem durchgeführt Es sollen nur die Steuersignale, die für dieses Ziel benötigt werden, behandelt Die restlichen Steuersignale werden zu einem späteren Zeitpunkt behandelt. XIX. Architektur des 8085-Mikroprozessors Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME19) Interne Architektur des Mikroprozessors erklären. ALU Akkumulator Datenregister Registerbreite Doppelregister Programmzähler Befehlsdecoder Es sollen nur die Komponenten der internen Architektur behandelt werden, die unbedingt notwendig sind, um den Ablauf eines ersten Programms (siehe Punkt 20) verstehen zu können.. XX. Programmation im Maschinencode Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME20) Erstes Programm in Maschinencode erstellen und ausführen. Minimaler Befehlssatz Maschinencode Mnemocode Befehlsgruppen Es soll ein Programm erstellt werden, das die gleichen Operationen wie in Punkt 18 durchführt. 7/8

8 Befehlsarten Dieses Ziel dient als Veranschaulichung der Arbeitsweise eines Mikroprozessors. XXI. Programmation in Assembler Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME21) Erstes Programm in Assembler erstellen und selbständig am Lerngerät ausführen. Handhabung des Lerngerätes Assembler Dissassembler Tracer Editor Systemeigene Hilfsprogramme Es soll die gleiche Aufgabe wie unter Punkt 20 behandelt XXII.Ein-/Ausgabeeinheit Referenz Rahmenlehrplan - Ziel: Mikroelektronik (ME22) (Dauer: 6 Std.) Erste Programme, die die parallele Ein-/Ausgabeeinheit mit einbeziehen, erstellen und am Lerngerät selbständig ausführen. Ein-/Ausgabebaustein 8255 Blockschaltbild Betriebsarten Initialisierung im Modus 0 IN- und OUT-Befehl Zu diesem Zeitpunkt soll nur die Betriebsart 0 des PIO-Bausteins behandelt Als Programm kann z.b. ein laufender Lichtzeiger behandelt Manuel(s) facultatif(s): Einführung in die Elektronik 3 - Mikrocomputer Block Stam, H., GmbH, Verlag ISBN Einführung in die Mikrocomputertechnik Scholze Teubner, B.G., GmbH ISBN Elektronik IV D, Digitale Steuerungstechnik - Pflaum, Richard, Verlag GmbH & Co. KG ISBN Mikrocomputertechnik mit dem Prozessor 8085 A Schmitt Oldenburg, R., Verlag GmbH ISBN Le programme est valable pour les classes suivantes: T2EC 8/8

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