Grundschaltungen der Digitaltechnik

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Karola Weiß
vor 9 Jahren
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1 & >= Grundschaltungen der Digitaltechnik naloge und digitale Signale Ein analoges Signal kann beliebige Spannungswerte annehmen, währenddem ein digitales Signal nur zwei verschiedene Werte annehmen kann. Diese beiden Werte sind nur in einem bestimmten ereich gültig. 5V 4V V V Spannung ereich Zustand Digital nalog Verbotener ereich ereich Zustand Je nach nwendung und Logik werden die beiden Zustände wie folgt bezeichnet: richtig falsch true false ja nein Low (L) High (H) t Kombinationsmöglichkeiten: Ein digitales Signal (eine Leitung) kann nur zwei Zustände ( oder ) annehmen. Mit zwei Leitungen sind vier verschiedene Kombinationen möglich mit drei Signalen acht Kombinationen usw. Mit n Signalen (Leitungen) können in der Digitaltechnik somit 2 n Zustände dargestellt werden. C Kombination Damit sicher alle Kombinationen in einer abelle vorkommen, wird die Spalte mit,,,,, die Spalte mit,,,,, und die Spalte C mit,,,,,,, ausgefüllt. nwendungen nalog- Digitaltechnik: naloge Schaltungen: ei unseren nwendungen in der Digitaltechnik ist es üblich, dass man von den beiden Zuständen und Warum digitale Signale? Ein analoges Spannungssignal kann beliebige Werte annehmen und könnte dementsprechend auch beliebig viele Zahlenwerte darstellen. Leider bedingt die Speicherung und uswertung analoger Informationen in der Elektronik sehr aufwändige Schaltungen. Digitale Signale können mit elektronischen Schaltungen viel einfacher gespeichert und ausgewertet werden als analoge Signale. Digitale Schaltungen:.Wamister, Seite

2 Darstellung digitaler Grundfunktionen Die Digitaltechnik basiert auf verschiedenen Grundfunktionen. Diese Grundfunktionen werden in der Elektronik mit sogenannten oren (Gatter, Gates) ausgeführt. Ein or kann mehrere Eingänge haben (, ), es hat jedoch immer nur einen usgang (). Die Einund usgänge werden mit uchstaben bezeichnet. Die Funktion eines solchen ores können wir auf verschiedene rten definieren: durch das Schaltsymbol mit einer Funktionstabelle durch eine Formel anhand einer eschreibung mit Worten mit einem Zustands-Zeitdiagramm Logikpegel or mit zwei Eingängen und einem usgang Wir verwenden in den meisten Fällen die sogenannte positive 5V-Logik, d.h: Je nach yp können in den ICs verschiedene Funktionen untergebracht sein. Wir verwenden häufig das Dualinline (zwei Reihen) Gehäuse. Hier sind die nschlüsse nummeriert. Eine Markierung gibt an, wo der nschluss (Pin) Nr. ist. Die Zählrichtung der nschlüsse ist normiert und immer gleich Der Hersteller der integrierten Schaltung gibt in einem Datenblatt (Datasheet) alle für den nwender wichtigen Eigenschaften der Schaltung an. In diesem Datenblatt finden wir auch die nschlussbelegung der einzelnen Pins. Hier ein uszug aus einem solchen Datenblatt (Pinbelegung 74HC): Eine positive Spannung von 5V entspricht dem Zustand und eine Spannung von V (GND) entspricht dem Zustand. Wo finde ich digitale Grundschaltungen? Digitale ore kann man als integrierte Schaltungen (IC) kaufen. In diesen Käfern sind die ore mit Halbleiterelementen aufgebaut. Wir brauchen nicht zu wissen wie die Innereien eines solchen Käfers aussehen. Es reicht, wenn wir wissen, wie solche integrierte Schaltungen von aussen angeschlossen und betrieben werden. Je nach yp können in den ICs verschiedene Funktionen untergebracht sein. Die nschlüsse für die Speisung sind in dieser IC- Familie (74HCxx) auch normiert. ei 4 poligen ICs ist +5V (VDD) am Pin Nr.4 und V (GND oder VSS) am Pin Nr.7 anzuschliessen..wamister, Seite 2

3 Die digitalen Grundschaltungen Wir wollen nun die verschiedenen digitalen Grundschaltungen kennen lernen. Dazu verwenden wir ein Simulationsprogramm mit welchem wir die Funktion der einzelnen Gatter ausprobieren können. Einen solchen einfachen Digitalsimulator findet man im Internet: Wir können dieses Programm (Version 4. reicht aus!) herunterladen und auf unserem PC starten. Die edienung ist sehr einfach: Im Register Gatter finden wir die Schaltungen welche wir untersuchen wollen. Wir schalten am des Gatters zwei digitale Schalter an (Register Schalter) und am usgang eine digitale nzeige (Register nzeigen). ufgabe: Finden Sie nun mit dem Digitalsimulator heraus, wie die usgangssignale der verschiedenen Gatter (auch ore) auf unterschiedliche szustände reagieren. Ergänzen Sie laufend die lätter auf den folgenden Seiten und geben Sie jeweils ein eispiel aus dem lltag an, welches dieser Verknüpfungsart entspricht..wamister, Seite 3

4 Die ODER - Verknüpfung (OR) Symbol: usgang >= Liniendiagramm: Zeit t eschreibung in Worten: eispiel aus dem lltag:.wamister, Seite 4

5 Die UND - Verknüpfung (ND) Symbol: usgang & Liniendiagramm: Zeit t eschreibung in Worten: eispiel aus dem lltag:.wamister, Seite 5

6 Die NICH - Verknüpfung (NO) Symbol: usgang Liniendiagramm: Zeit t eschreibung in Worten: eispiel aus dem lltag:.wamister, Seite 6

7 Die NICH- ODER - Verknüpfung (NOR) Symbol: usgang >= Liniendiagramm: Zeit t eschreibung in Worten: eispiel aus dem lltag:.wamister, Seite 7

8 Die NICH- UND - Verknüpfung (NND) Symbol: usgang & Liniendiagramm: Zeit t eschreibung in Worten: eispiel aus dem lltag:.wamister, Seite 8

9 Die EXCLUSIV - ODER Verknüpfung (EXOR, antivalenz) Symbol: usgang = Liniendiagramm: Zeit t eschreibung in Worten: eispiel aus dem lltag:.wamister, Seite 9

10 Die NICH - EXCLUSIV - ODER Verknüpfung (EXNOR, äquivalenz) Symbol: usgang = Liniendiagramm: Zeit t eschreibung in Worten: eispiel aus dem lltag:.wamister, Seite

11 EXOR or aus ND, OR und NO aufgebaut Die EXOR Funktion kann aus den Grundfunktionen ND, OR und NO aufgebaut werden. Entwerfen Sie zwei verschiedene Schaltungen und geben Sie die Formel an. Prüfen Sie die Funktion indem Sie die Wahrheitstabelle ausfüllen. Schaltung : usgang Schaltung 2: usgang.wamister, Seite

12 ore mit mehr als 2 Eingängen In der Praxis werden oft Gatter mit mehr als 2 Eingängen eingesetzt. Hier zwei eispiele. Ergänzen Sie die Wahrheitstabelle und geben Sie die Formel an. C D & C D >= D C D C.Wamister, Seite 2

13 Die 6 möglichen Verknüpfungen mit zwei Eingängen ezeichnung: Schaltung (Symbol) Wamister, Seite 3

14 Schaltzeichen digitaler Schaltungen nach verschiedenen internationalen Normen.Wamister, Seite 4

15 Übung: Ergänzen Sie die abelle Name: = >= Der usgang hat den Zustand, falls der den Zustand hat. NND NOR EXOR EXNOR.Wamister, Seite 5

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