Martin V. Künzli Marcel Meli. Vom Gatter zu VHDL. Eine Einführung in die Digitaltechnik. : iasms!wil5i-8sb*l!f. 3. Auflage. zh aw

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1 Martin V. Künzli Marcel Meli Vom Gatter zu VHDL Eine Einführung in die Digitaltechnik : iasms!wil5i-8sb*l!f 3. Auflage zh aw

2 Inhaltsverzeichnis 1. Begriffe und Definitionen Logische Zustände Darstellung logischer Verknüpfungen Die Wahrheits-Tabelle Das Venn-Diagramm Zahlendarstellung im Binärsystem Zahlendarstellung in Hexadezimal und Oktal Zahlenumwandlungen Binär zu Hexadezimal Binär zu Oktal Hexadezimal oder Oktal zu Binär Binär zu Dezimal Dezimal zu anderem System Darstellung von gebrochenen Zahlen Darstellung negativer Zahlen Binäre Arithmetik Übungsaufgaben Kombinatorische Logik und Schaltalgebra Der Begriff der kombinatorischen Logik Elementare logische Verknüpfungen Die NOT-Funktion Die AND-Funktion Die OR-Funktion Die NAND-Funktion Die NOR-Funktion DieEX-OR-Funktion DieEX-NOR-Funktion Schaltalgebra Einführung Axiome der Schaltalgebra Theoreme der Schaltalgebra Logische Funktionen und ihre Darstellung Die disjunktive Normalform Die konjunktive Normalform Vereinfachung logischer Funktionen Vereinfachung mit Hilfe der Schaltalgebra 30

3 x Inhaltsverzeichnis Vereinfachung mit Karnaugh-Diagramm Karnaugh-Diagramm für unvollständige Wahrheitstabellen Die Methode von Quine /McCluskey Beispiele für kombinatorische Schaltungen Code-Wandler Addierschaltungen Multiplexer Übungsaufgaben Speicherbausteine Das RS-Flip-Flop Das ungetaktete RS-Flip-Flop Das taktzustandsgesteuerte RS-Flip-Flop Das Master-Slave RS-Flip-Flop Dasflankengetriggerte RS-Flip-Flop Das D-Flip-Flop Das JK-Flip-Flop Ergänzungen und Anwendungen Preset und Clear Der Takt Gebräuchliche Typen Anwendungs-Beispiele Übungsaufgaben Zähler Synchrone Zähler Elektronischer Würfel (Version 1) Elektronischer Würfel (Version 2) Dekadenzähler mit D-Flip-Flops Binärzähler Asynchrone Zähler Asynchroner Dekadenzähler Übungsaufgaben Register und Schieberegister Schieberegister Grundschaltung Universelle Schieberegister Rückgekoppelte Schieberegister Grundlagen Ringzähler Johnson-Zähler 700

4 Inhaltsverzeichnis xi Lineare Schieberegister Übungsaufgaben Automaten Der Moore-Automat Synchronisierschaltungen Synchronisation von Impulsen Synchrones Monoflop Synchroner Anderungsdetektor Synchroner Taktumschalter Normierschaltung Der Mealy-Automat Übungsaufgaben Programmierbare Logik Programmierbare Speicher PAL-Bausteine PLA-Bausteine Die GAL-Architektur Übersicht über das GAL16V Die Output Logic Macro Cell (OLMC) Die Programmierung Die Architektur des GAL22V Komplexere Bausteine CPLD (Complex Programmable Logic Devices) FPGA (Field Programmable Gate Array) Rechnerunterstützter Schaltungsentwurf Entwurf und Programmierung Klassische Entwurfs-Software VHDL Schaltungsentwicklung mit VHDL Editieren (Design Entry) Kompilieren Simulieren Synthese Programmieren Programmierung von Schaltungen Prinzip des Programmiervorgangs Programmiergeräte In System Programming 760

5 xii Inhaltsverzeichnis 9. Hasards Definition Beispiele Einfache Hasards der Konjunktiv-Form Einfache Hasards der Disjunktiv-Form Beispiel mit 3 Eingängen Beispiel mit 4 Eingängen Klassifizierung Statische Hasards (Ausgang soll statisch bleiben) Dynamische Hasards Logikhasards Funktionshasards Konsequenzen und Vermeidung von Hasards Vermeidung von Logikhasards Vermeidung von Funktionshasards Übungen Einführung in VHDL Aufbau einer VHDL-Schaltungsbeschreibung Schnittstellenbeschreibung (Entity) Die Funktionsbeschreibung (Architecture) Grundelemente von VHDL Bezeichner (Identifier Kommentare Daten-Objekte Daten-Typen Operatoren Weitere Sprachkonstrukte Entwurfsbeispiele Decodierer für einen Hex-Tastaturblock Realisierung eines JK-Flip-Flops Elektronischer Würfel (Version 3) Binärzähler Übungsaufgaben Mehr über VHDL Mehr über Datentypen und Operatoren Extended-Data-Typen Concatenation (Verkettung, Verknüpfung) Aggregates J Slices Aliases 797

6 Inhaltsverzeichnis xiii 11.2 Simulation Befehle für Simulation Strukturelle Beschreibung Modellierung von Automaten Grundgedanken, Initialisierung Moore/Mealy Mehr Beispiele 214 Symbole und Anschlussbilder 225 IEC-Symbole und Anschlussbilder 225 Ältere Symbole 227 Lösungen der Aufgaben 229