Inhaltsverzeichnis. Inhaltsverzeichnis

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1 Inhaltsverzeichnis Hinweis: Inhalte, die weiterführend herausforderndere und schwierigere Themen aufgreifen, sind vorrangig für bereits erfahrene Leser bestimmt und können bei einer ersten Befassung durchweg übersprungen werden. Gestuft für zunehmende Herausforderung sind sie mit ( ) oder mit ( ) gekennzeichneten. 1. Einführung Hintergrund Methodik wozu ein weiteres Lehrbuch Digitaltechnik? Lehrmittel und Lernziele für eine breite Leserschaft Überblick über die Inhalte des Buchs Bausteine, grundlegende Konzepte und Verfahren Begriffe, Bausteine und Elemente Basis-Verknüpfungen und -Operatoren, Notation Methoden der Schaltungsanalyse Überführung Schaltungsdiagramm boolescher Ausdruck Überführung boolescher Ausdruck Schaltungsdiagramm Überführung boolescher Ausdruck Wertetabelle Überführung Wertetabelle boolescher Ausdruck Überführung Schaltungsdiagramm Wertetabelle Überführung Signaldiagramm Wertetabelle bzw. Wertetabelle Signaldiagramm Kleine Übungen Umformung und Vereinfachung von booleschen Ausdrücken Verfahren der Booleschen Algebra Beispiel zur konjunktiven (AND, ) Verknüpfung ( ) Beispiel zur Umformung der XOR-Operation Beispiel zur Umformung der Äquivalenz-Operation Weitere Umformungsübungen Verfahren nach Karnaugh-Veitch (KV-Verfahren) Vollkonjunktion und ODER-Normalform KV-Diagramm Päckchen Vereinfachungsregeln mit Päckchen Erweiterung auf fünf und mehr Variable ( ) Don t Cares Zusammenfassung KV-Vereinfachungsverfahren

2 2.4.3 Übungen und Zusammenfassung Kapitel Übungen Gesamtdarstellung der Umformungs- und Überführungsverfahren, am Beispiel von 3 Variablen Spezielle Kodierungen und ihre Anwendung Binär-Kodierungen von Zahlenwerten, Addition und Subtraktion Darstellung von natürlichen Zahlenwerten Umwandlung Polyadische Kodierung mit Basis der Form 2 n Polyadische Kodierung mit Basis der Form 2 m Umwandlung Polyadische Kodierung Dezimalwert D Umwandlung Dezimalwert D Polyadische Kodierung Darstellung von rationalen Zahlenwerten Additionsverfahren in Dual-Kodierung Darstellung und Verarbeitung von negativen rationalen Zahlenwerten Zweier-Komplement mit Vorzeichen Subtraktion mittels Zweier-Komplement mit Vorzeichen ( ) Vier-Quadranten-Addition mittels Zweier-Komplement mit Vorzeichen ( ) Subtraktion mittels Zweier-Komplement ohne Vorzeichen Zusammenfassende Hinweise zur Addition und Subtraktion von 2K mit Vorzeichen und ohne Vorzeichen Darstellung negativer Zahlenwerte als vorzeichenbehaftete Dualzahl (Signed-Binary) ( ) Darstellung negativer Zahlenwerte als Offset-Binary ( ) Einer- und Zweier-Komplement in HEX-Kodierung Weitere Binärkodierungen Binary Coded Decimal (BCD) Einschrittige Codes (Gray Code) Zusammenfassung numerische Binär-Codes ( ) Gleitkomma-Kodierung ( ) Alpha-numerische Kodierung Grafische Kodierung Strich- oder Balken-Codes ( ) Farb-Kodierung ( ) Matrix-Codes, 2 und 3D Codes Redundante und Disparity-Kodierung ( ) Überführung von nicht-digitalen in digitale Werte ( ) Kodierung analoger (kontinuierlicher) Messwerte ( ) Winkelwert-Kodierung ( ) Einige Grundlagen aus der Kombinatorik ( )

3 4 Entwurf kombinatorischer Schaltungen an Beispielen Lichtschrankenschaltung Zufahrtskontrolle Füllstandanzeige Code-Wandler-Schaltungen Code-Wandler Eins-aus-X oder One-Hot Weitere Beispiele für Eins-aus-X oder One-Hot-Kodierung Übungsaufgabe Code-Wandler für Segment-Anzeige Auswahlschaltungen (MUX) und Verzweigungsschaltungen (DEMUX) Multiplexer und Demultiplexer Multiplexer Elementare 1-Bit-Auswahlschaltung (MUX) Bit-nach-1 2-Bit-MUX Bit-nach-1 1-Bit-MUX Bit-nach-1 2-Bit-MUX ( ) Weitere MUX-Konfigurationen ( ) Demultiplexer Elementare 1-Bit-Verzweigungsschaltung (DEMUX) Bit-nach-2 2-Bit-DEMUX Bit-nach-4 1-Bit-DEMUX Bit-nach-4 2-Bit-DEMUX ( ) Bit-nach-16 2-Bit-DEMUX ( ) Simulation und Testung Zusammenfassung Fehlerkodierung Parität und Paritäts-Bits Parität und XOR Fehlererkennung mit zeilenweiser Paritätsbestimmung (Zeilenprüfung) Fehlererkennung und -korrektur mit Paritätsbestimmung im Block (Blockprüfunng) Redundanz Hamming-(n,k)-Kodierung Bestimmung der Paritäts-Bits (Encoder) Überblick über das gesamte Verfahren Fehlereintrag Decoder Fehlerberechnung ( ) Fehlerkorrektur ( ) Gesamtschaltung ( ) Allgemeine Anmerkungen zur Hamming-(n,k)-Kodierung

4 5. Speicherbasierte und sequenzielle Schaltungen Grundlagen, Bausteine und Methoden der Schaltungsentwicklung Bistabile Kippschaltungen Dominanz-Vorschaltungen Takt-Kontrolle Tabellendarstellung für Flipflops Charakteristische Flipflop-Bedingung Die wichtigsten Typen flankengesteuerter Flipflops Umwandlung einer Flipflop-Funktion in eine andere ( ) Verfahren für Flipflop-Funktions-Umwandlungen ( ) Vergleich Taktzustandssteuerung und Taktflankensteuerung beim D-Flipflop Zähler und einfache Automaten Zähler Synchroner 2-Bit-Dual-Vorwärtszähler Verfahrensschritte für 2-Bit-Dual-Vorwärtszähler Übung Gray-Vorwärtszähler Übung 2-Bit-Dual-Vorwärtszähler mit SR-Flipflops ( ) Übung 2-Bit-Dual-Vorwärtszähler mit TH-Flipflops ( ) Übung 3-Bit-Dual-Vorwärtszähler Mehr-Bit-Dual-Vorwärtszähler Kaskadierte Mehr-Bit-Dual-Zähler Dual-Rückwärtszähler Zähler mit erweiterten Funktionen Automaten ( ) Überblick Tabellenverfahren Beispiel Eingabe-Sperr- und Synchronisier-Schaltung Übungen Asynchrone Zähler Asynchroner Dual-Rückwärtszähler Asynchroner Dual-Vorwärtszähler Setz- und Rücksetzmöglichkeiten Verzögerungseffekt und Clock Skew Frequenzteiler Schieberegister Seriell-serielle Datenspeisung mit n-takt-verzögerung Seriell-parallele Datenspeisung Parallel-serielle Datenspeisung Ringschieberegister

5 5.5 Speicherregister Speicher-Schieberegister ( ) Speicher-Architektur Bit-Speicher-Element Speicher-Kaskadierung, Busse, Bus-Breiten und Ansteuerung Bit-Speicher-Architekturen Adress-Enkodierung und Adress-Dekodierung Bit-Speicherzelle Speicher-Erweiterung, 16 8-Bit- und 32 4-Bit-Speicher Gegenüberstellung Random-Access-Memory (RAM) und Read-Only-Memory (ROM) Realisierung von Digitalschaltungen auf Speicher-Basis ( ) Weiterführende Anwendungen Rechenwerke Addition Halbaddierer Volladdierer Ripple-Carry-Addierwerk Subtraktion ( ) Halbsubtrahierer Vollsubtrahierer Ripple-Borrow-Subtrahierwerk Addier-Subtrahierwerke ( ) Kleinprojekt ALU ( ) Komparator Bit-Komparator Mehr-Bit-Komparator ( ) Serielle Rechenwerke Serielles Addierwerk Seriell-paralleles Addierwerk ( ) Serielles Subtrahierwerk ( ) Serieller Komparator ( ) Multiplikation Rückblick Dezimal-Multiplikation Bit 1-Bit-Dual-Multiplikation Mehr-Bit-Dual-Multiplikation Bit 2-Bit-Dual-Multiplikation ( ) Bit-Schiebe-Multiplikation Signalgenerierung Akkumulator

6 6.2.2 Sägezahn Einfacher speicherbasierter digitaler Funktionsgenerator ( ) Kleinprojekt Sinus-Signalgenerator ( ) Pulsweiten-Modulation (PWM) Kleinprojekt PWM-Generator ( ) Hinweise und Lösungen zu den Übungen Stichwortverzeichnis