Inhalt Einleitung............................. 9 Kurze Einführung in die Grundlagen der digitalen Elektronik........................ 10 1.1 Was versteht man unter analog und was unter digital?.... 10 1.2 Analoge Systeme. 10 1.3 Digitale Systeme.. 10 1.4 Binäres System 11 1.5 Wie kann die digitale Technik angewendet werden?........................ 12 1.6 Was versteht man unter einer Verknüpfung?. 12 1.6.1 Beispiel aus der analogen Technik 13 2 Verknüpfungsglieder.............. 14 2.1 Das UND-Gatter........... 14 2.1.1 UND-Gatter mit Schaltern 14 2.1.2 UND-Gatter mit elektronischen Bauclemen~n.................. 15 2.1.3 Wie arbeitet ein mit Dioden aufgebautes UND-Gatter?.................. 16 2.1.4 UND-Symbol................. 17 2.1.5 UND-Gatter mit mehr als zwei Eingängen 18 2.1.6 Anwendungsbeispiel für eine UND-Verknüpfung................ 18 2.2 Das ODER-Gatter................ 19 2.2.1 Das ODER-Gatter mit Schaltern 19 2.2.2 Das ODER-Gatter mit elektronischen Bauelementen................ 19 2.2.3 Wie arbeitet das mit Dioden aufgebaute ODER-Gatter?.............. 21 2.2.4 Das ODER-Symbol............ 21 2.2.5 ODER-Gatter mit mehr als zwei Eingängen.................... 21 2.2.6 Anwendungsbeispiel für eine ODER- Funktion.................. 22 4
2.3 Die Umkehrstufe (Nicht-Funktion)....... 22 2.3.1 Die Umkehrstufe mit einem Relais..... 22 2.3.2 Die Umkehrfunktion mit elektronischen Bauelementen.............. 23 2.3.3 Wie arbeitet diese Umkehrstufe? 23 2.3.4 Das Symbol der Umkehrstufe 24 2.4 Bootesche Gleichungen.... 24 2.4.1 UND-Verknüpfung.. 24 2.4.2 ODER-Verknüpfung.. 25 2.4.3 Umkehrfunktion.... 25 2.5 Das NAND-Gatter................ 25 2.5.1 Signalschema für das NAND-Gatter 2.5.2 NAND-Funktion.... 2.6 Das NOR-Gatter.... 2.6.1 Signalschema für das NOR-Gatter 2.6.2 NOR-Funktion.... 26 26 27 27 28 3 Einfluß der Eingangssignale auf die Eigenschaften der Gatter............................ 29 3.1 Signalgeber...................... 29 3.2 Eigenschaften eines NAND-Gatters...... 30 3.2.1 0-1-Signale am Eingang eines NANO- Gatters................ 30 3.2.2 1-0-Signale am Eingang eines NAND- Gatters.................. 31 3.2.3 Umwandlung von Verknüpfungen 31 3.3 Das de Morgan 'sehe Theorem...... 32 4 Flipflops................. 34 4.1 Eigenschaften eines Flipflops 34 4.2 RS-Fiipflop aus NAND-Gattern 34 4.3 Funktionsweise des RS-Fiipflops 35 4.4 Getaktetes Flipflop.......... 35 5 Allgemeine Betriebsdaten für integrierte Schaltungen. 37 5.1 Aufbau von integrierten Digitalbausteinen 37 5.2 Erfassung der Betriebsdaten einer integrierten Schaltung........................ 37
6 Das Experimentiersystem für integrierte Digitalbausteine................. 39 6.1 Die Experimentiermethode 40 6.1.1 Signaleingabe. 40 6.1.2 Anzeige......... 40 6.1.3 Fehlerprüfung..... 41 6.1.4 Oszillografische Messung 41 6.1.5 Strommessung...... 41 7 Die Schaltung des Experimentiergerätes 43 7.1 Möglichkeiten der Signaleingabe 43 7.2 Prellfreier Schalter.......... 45 7.3 Multivibratoren als Signalgeber.. 46 7.3.1 Astabiler Multivibrator aus NANO- Gattern.................... 46 7.3.2 Multivibrator zur Darstellung von digitalen Vorgängen mit dem Oszillografen. 47 7.3.3 Signalgeber zur Oszillografischen Darstellung von Funktionstabellen 48 7.4 Die Signalanzeige................ 51 7.4.1 Die optische Anzeige.......... 51 7.4.2 Optische Anzeige bei IS mit offenem Ausgang.................... 52 7.4.3 Durch einen Mehrkanal-Oszillografen 53 7.4.4 Die Stromversorgung.......... 53 7.5 Die Verdrahtung des Testers......... 55 7.6 Inbetriebnahme des Experimentiergerätes 57 8 Experimentier-Schaltungen.............. 58 8.1 Die NAND-Gatter des SN 7400........ 58 8.2 Die Funktionstabelle eines NAND-Gatters 59 8.3 Serienprüfung von NAND-Gattern...... 60 8.4 NAND-Gatter mit offenem Ausgang SN 7401 62 8.5 Die Funktionstabelle eines NOR-Gatters 62 8.6 Serienprüfung von NOR-Gattern........ 63 9 Darstellung der Grundfunktionen aus NANO-Gattern 65 9.1 Das NAND-Gatter 65 9.2 Das UND-Gatter. 66 9.3 Das ODER-Gatter 68 6
9.4 Das NOR-Gatter.... 9.5 Exklusiv-ODER (Antivalenz).. 9.6 Die Äquivalenzschaltung 9.7 Bau eines Logik-Trainers... 69 70 72 74 10 Zusammengesetzte Verknüpfungsglieder 79 10.1 Das Wired OR-Gatter........ 79 10.2 Die Additionsstufe.......... 82 10.2.1 Wie werden zwei Dualzahlen mit- 10.2.2 10.2.3 10.2.4 einander addiert?..... Der Volladdierer.... Experimentelle Erprobung des 2 Bit Volladdierers SN 7 482 Parallel-Addierer 83 85 87 90 11 Flip-Flop-Schaltungen...... 92 11.1 Das RS-Flipflop...... 92 11.2 Getaktetes RS-Flipflop.. 94 11.3 Flipflop mit Vorbereitungseingängen 95 12 Zählschaltungen................ 99 12.1 Der Binärzähler SN 7493...... 99 12.2 Dekadischer Binärzähler SN 7490 102 12.2.1 über einen prellfreien Schalter 102 12.2.2 über den eingebauten 2-Hz-Multivibrator...... 103 12.2.3 über den eingebauten 5-kHz-Multivibrator...... 103 12.3 Der Binärzähler SN 7492.............. 104 13 Zahlenanzeige............ 106 13.1 Aufbau der Ziffernanzeige 106 13.2 Anzeigeträgheit.......... 106 13.3 BCD-Dezimal-Decodierer.... 107 13.4 Einbau dieser Baugruppe in das Experimentiergerät............................. 109 14 Decodiervorgang 112 14.1 Arbeitsweise des BCD-Dezimal-Decodierers 112 7
15 Zähldekade....... 115 15.1 Zählvorgang 116 15.2 Reset-Eingänge 116 16 Speicherverhalten eines Flipflops 117 16.1 Der Baustein SN 7476 als Speicher 118 16.2 Der Baustein SN 7475 als Speicher 119 17 Schieberegister................. 12 2 17.1 Schieberegister, aufgebaut mit zwei integrierten Bausteinen vom Typ SN 7474 122 17.2 Das Auffüllregister........ 125 17.3 Das Schieberegister SN 7495.. 126 17.4 Serienschaltung von zwei Schieberegistern SN 7495..................... 129 18 Fehlerhaftes Verhalten einer integrierten Schaltung 132 Literaturhinweis 133 Sachverzeichnis. 134 Wichtiger Hinweis Die in diesem Buch wiedergegebenen Schaltungen und Verfahren werden ohne Rücksicht auf die Patentlage mitgeteilt. Sie sind ausschließlich für Amateur- und Lehrzwecke bestimmt und dürfen nicht gewerblich genutzt werden. Alle Schaltungen und technischen Angaben in diesem Buch wurden vom Autor mit größter Sorgfalt erarbeitet bzw. zusammengestellt und unter Einschaltung wirksamer Kontrollmaßnahmen reproduziert. Trotzdem sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Der Verlag sieht sich deshalb gezwungen, darauf hinzuweisen, daß er weder eine Garantie noch die juristische Verantwortung oder irgendeine Haftung für Folgen, die auf fehlerhafte Angaben zurückgehen, übernehmen kann. Für die Mitteilung eventur.ll~r Fehler sind Autor und Verlag jederzeit dankbar. 8