Disitaltechni. Klaus Fricke. Lehr- und Übungsbuch für Elektrotechniker und Informatiker 6., überarbeitete Auflage Mit 210 Abbildungen und 103 Tabellen
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1 Klaus Fricke Disitaltechni Lehr- und Übungsbuch für Elektrotechniker und Informatiker 6., überarbeitete Auflage Mit 210 Abbildungen und 103 Tabellen STUDIUM VIEWEG+ TEUBNER
2 VII Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung.1 2 Codierung und Zahlensysteme Codes Dualcode Festkomma-Arithmetik im Dualsystem Ganzzahlige Addition im Dualsystem Addition von Festkommazahlen Einerkomplementdarstellung Zweierkomplementdarstellung Subtraktion in Zweierkomplementdarstellung Bereichsüberschreitung Multiplikation Division Hexadezimalcode Oktalcode II 2.6 Graycode BCD-Code Alphanumerische Codes : Übungen 13 3 Schaltalgebra Schaltvariable und Schaltfunktion Zweistellige Schaltfunktionen ' Rechenregeln : Vereinfachte Schreibweise Kanonische disjunktive Normalform (KDNF) Kanonische konjunktive Normalform (KKNF) Darstellung von Funktionen mit der KKNF und KDNF Minimieren mit Hilfe der Schaltalgebra Schaltsymbole Grundsätzlicher Aufbau der Symbole Die Abhängigkeitsnotation Die UND-Abhängigkeit (G) Die ODER-Abhängigkeit (V) : Die EXOR-Abhängigkeit (N).l :6 Die yerbindungs-abhängigkeit'(z) Die Übertragungs-Abhängigkeit (X) Übungen 30 i 4 Verhalten logischer Gatter ; Positive und negative Logik Definition der Schaltzeiten ' Übertragungskennlinie, Störabstahd 34
3 VIII Inhaltsverzeichnis 4.4 Ausgänge Offener Kollektor (Open Collector) Tri-State-Ausgang Übungen 38 5 Schaltungstechnik CMOS Fan-Out Grundschaltungen NAND und NOR Transmission-Gate Tri-State-Ausgang CMOS-Eigenschaften TTL Belastung der Ausgänge Emitter-Coupled Logic (ECL) Integrierte Injektions-Logik (I 2 L) Verlustleistung und Schaltverhalten von Transistorschaltern Übungen 51 6 Schaltnetze Minimierung mit Karnaugh-Veitch-Diagrammen Minimierung der KDNF Minimierung der KKNF Karnaugh-Veitch-Diagramme für 2 bis 6 Eingangsvariablen Unvollständig spezifizierte Funktionen Das Quine-McCluskey-Verfahren Andere Optimierungsziele Umwandlung UND/ODER-Schaltnetz in NAND-Schaltnetz : Umwandlung ODER/UND-Schaltnetz in NOR-Schaltnetz Laufzeiteffekte in Schaltnetzen Strukturhazards Funktionshazards Klassifizierung von Hazards Übungen 69 7 Asynchrone Schaltwerke Prinzipieller Aufbau von Schaltwerken Analyse asynchroner Schaltwerke Systematische Analyse Analyse unter Berücksichtigung der Gatterlaufzeit Speicherglieder RS-Flipflop RS-Flipflop mit Takteingang Taktpegelgesteuertes D-Flipflop Flankengesteuertes D-Flipflop Zweiflankensteuerung JK-Flipflop..86 $7.5.7 T-Flipflop 88 '*7.5.8 Beispiel.' 88
4 Inhaltsverzeichnis " IX Zusammenfassung Flipflops Übungen ; 90 8 Synchrone Schaltwerke Beispiel 1: Schaltwerk Binärzähler" Moore-Schaltwerk Mealy-Schaltwerk Beispiel 2: Mealy-Schaltwerk Maschinensteuerung" Realisierung'der Maschinensteuerung als Moore-Schaltwerk Zustandskodierung Binäre Kodierung Kodierung nach dem Gray-Kode Ausgangsorientierte Kodierung One-Hot"-Kodierung Wahl der Flipflops Zeitverhalten von Schaltwerken Übungen Multiplexer und Code-Umsetzer Multiplexer, Multiplexer-Realisierung von Funktionen Code-Umsetzer., Der BCD/Dezimal-Code-Umsetzer 7442, Demultiplexer Erzeugung von Funktionsbündeln Analoge Multiplexer und Demultiplexer ; Übungen Digitale Zähler Asynchrone Zähler Mod-8-Binärzähler Mod-6-Zähler Asynchrone Rückwärtszähler Zeitverhalten asynchroner Zähler Synchrone Zähler Bit-Dualzähler Mod-6-Zähler im Gray-Code Der synchrone 4-Bit Aufwärts/Abwärts-Binärzähler Übungen Schieberegister ; Zeitverhalten von Schieberegistern Schieberegister Rückgekoppelte Schieberegister 135 ' * Moebius-Zähler, Johnson-Zähler Pseudo-Zufallsfolgen Übungen..; 140
5 X Inhaltsverzeichnis I 12 Arithmetische Bausteine Volladdierer ' Serienaddierer... '.' Ripple-Carry-Addierer.' ' Carry-Look-Ahead Addierer Kaskadierung von Carry-Look-Ahead-Addierem Vergleich der Addierer Arithmetisch-logische-Recheneinheiteh (ALU) Beispiele für Operationen Komparatoren Bit-Komparator Kaskadierbare Komparatoren Übungen Digitale Speicher Prinzipieller Aufbau von Speicherbausteinen ROM PROM ' EPROM ~ EEPROM EAROM : NOVRAM Statisches RAM (SRAM), Aufbau eines SRAM Beispiel SRAM Dynamisches RAM (DRAM)! Aufbau eines DRAM Beispiel DRAM SDRAM (Synchrones DRAM) ' DDR-RAM (Double Data Rate DRAM) Eimerkettenspeicher Beispiel eines FIFOs Kaskadierung von Speichern Erweiterung der Wortlänge Erweiterung der Speicherkapazität Volldekodierung Teildekodierung Lineare Dekodierung Übungen Programmierbare Logikbausteine ^ASIC-Familien Programmierbare Logik-IC (PLD) PLD-Typen ROM, EPROM, EEPROM PLA PAL 199 % GAL 201
6 Inhaltsverzeichnis. ' X I 14.7 Programmierung von PLD-Bausteinen '. ; Test : '. * Field Programmable Gate An-ays (FPGA) Aufbau eines FPGA ' Konfigurierbare Logik-Blöcke (CLB)." lo-block Verbindungsleitungen Programmierung eines FPGA CPLD ' Aufbau einer CPLD Logik-Array Blöcke (LAB), lo-steuerung Größe der CPLD Gate-Arrays Aufbau von Channelled Gate-Arrays Standardzellen-ASIC Vollkundendesign-ASICs Übungen VHDL Entwurfsverfahren für digitale Schaltungen ; Die Struktur von VHDL Typen Operatoren : Entity Architecture Prozesse Struktureller Entwurf Busse Übungen Mikroprozessoren Prinzip kooperierender Schaltwerke Der Von-Neumann-Rechner Operationswerk Leitwerk Speicher Ein- und Ausgabe Betrieb Architektur des 68HC Anschlüsse des 68FIC Funktionsabläufe bei der Befehlsausführung CPU-Register Speicher Assembler-Programmierung Adressierungsarten Befehlssatz Konventionen Transfer-Befehle : 249 i
7 XII Inhaltsverzeichnis Speicher-Befehle Lade-Befehle Arithmetische Befehle: Negation Arithmetische Befehle: Addition Arithmetische Befehle: Subtraktion Arithmetische Befehle: Inkrement und Dekrement Arithmetische Befehle: Vergleich Logische Operationen Sch'iebe- und Rotations-Befehle Bitmanipulations-Befehle Absolut adressierter Sprung Relativ adressierter Sprung Bedingte Sprünge Befehle für Unterprogramme Assembleranweisungen Interrupt-Bearbeitung Übungen 270 A Anhang 271 A.l Die Abhängigkeitsnotation 271 A.2 Befehlssatz des 68HC A.3 Lösungen der Aufgaben 283 A.4 Literatur 309 A.5 Sachwortregister 313
Inhaltsverzeichnis. 1 Einleitung 1
vn 1 Einleitung 1 2 Codierung und Zahlensysteme... 3 2.1 Codes... 3 2.2 Dualcode....4 2.3 Festkonnna-Arithmetik im Dualsystem... 5 2.3.1 Ganzzahlige Addition im Dualsystem... 5 2.3.2 Addition von Festkommazahlen...
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