Franzis Ingenieur-Elektronik Jan Hendrik Jansen Anwendung digitaler Bausteine Beispiele komplexer Teilschaltungen aus digitalen Bausteinen Mit 258 Abbildungen Franzis
1 Verdrahtungstechniken und Verbindungssysteme 11 1.1 Einleitung 11 1.2 Verbindungssysteme für experimentelle Zwecke 13 1.3 Verteilung von Speisespannung und Erde auf einer Platine mit Hilfe von Sammelschienen ' 19 1.4 Mehrschicht-Platinen und doppelseitig bedruckte Platten 23 1.5 Das Europa-Bausystem 23 1.6 Steckverbindung zwischen den Rahmengestellen und Verbindungssysteme zur Außenwelt 27 1.7 Das Piercing" Steckverbindersystem IDC 31 1.8 Leistungs-Steckverbindungen 36 1.9 Glasfaser (optical fibers) 38 1.10, Brechung von Lichtstrahlen 38 1.11 Aufbau der Glasfaser 41 1.12 Fasertypen 43 1.13 Lichtstreuung und Absorption..., 45 1.14 Qualität der Glasfaser 46 1.15 Glas gegen Kunststoff 48 1.16 Koppelelemente für Glasfasern 49 1.17 Lichtemitter und Lichtempfänger 52 1.18 Signalverzweigung bei der Glasfaserkommunikation 54 2 Logische Schaltungen und deren Verwendungsbereiche - kombinatorische Logik 59 2.1 Einleitung 59 2.2 Messen an logischen Schaltungen 66 2.3 Die Verwendung eines Oszilloskops beim Messen an digitalen Schaltungen... 69 2.4 Anzeige logischer Spannungswerte mittels lichtemittierender Dioden (LED).. 71 2.5 Testklemmen zum Messen an DIL-Anschlüssen 73 2.6 Langsamer Clockoszillator mit NE555 74 2.7 Montagematerial für praktische Versuche 75 2.8 Stabilisierte + 5 V-Spannungsversorgung zur Speisung einer digitalen Schaltung. 76 2.9 Einzelne und kombinatorische Funktionen mit UND-, ODER-, NAND- und NOR-Schaltungen 78
2.10 Der SN74LS00N zur Realisierung einer NAND-Funktion für H und einer NOR- Funktion für L 79 2.11 Der SN74LS00N als einfache Dekodierschaltung 81 2.12 Zwei NAND-Schaltungen aus dem SN74LS00N als Flip-Flop geschaltet... 82 2.13 UND-Schaltungen - Vermehrung von Eingängen 85 2.14 SN74LS02N (SN7402N) zur Realisierung einer NOR-Funktion für H und einer NAND-Funktion für L.. 85 2.15 Zwei NOR-Schaltungen aus dem SN74LS02 als Flip-Flop geschaltet 87 2.16 ODER-Schaltungen - Vermehrung von Eingängen 88 2.17 Schalter mit nachschwingfreien Ausgangssignalen in beiden Polaritäten 90 2.18 Diodenmatrix zum Umsetzen eines Schaltvorganges in einen binären Code - Kodierschaltung 91 2.19 Kodierschaltung von dezimal nach binär, erhalten durch ODER-Funktionen fürl 93 2.20 Das Übernehmen binärer Information (Zahlen) in Flip-Flop-Register 95 2.21 Mustergenerator zur Erzeugung von Zeitsignalen 98 2.22 Beispiele zur Erzeugung von Zeitsignalen... 100 2.23 TTL mit offenem Kollektorausgang 102 2.24 Totem-pole mit Three-state-Ausgang 107 2.25 Bus-Puffertore, Sendeempfänger, Transceiver 108 2.26 Schaltung zum Umsetzen paralleler Information in serielle Form 115 2.27 Kombinatorische Funktionen mit UND-ODER-NICHT-Schaltungen 117 2.28 Selektoren, Kanalwähler, Multiplexer 119 2.29 Ein einfacher Kanalwähler mit SN745IN 121 2.30 Praktischer Einsatz eines Kanalwählers am Eingang eines aus Flip-Flops bestehenden Registers 122 2.31 Doppelter Kanalwähler in MSI 124 2.32 Exklusive ODER-Schaltung, logischer Addierer und Vergleichsschaltung (Comparator) 126 2.33 Vergleichsschaltungen mit UND-ODER-NICHT-Schaltungen 128 2.34 Vergleichsschaltung mit 3 x 74LS01N und einer verdrahteten ODER-Funktion. 129 2.35 Dekodierschaltungen.. 131 2.36 Abhängigkeitsnotierung bei kombinatorischen Funktionen 133 2.37 Darstellung kombinatorischer Funktionen in Flußdiagrammen 137 2.38 Schnelle CMOS-74HC-Serie 140 2.39 Einige Eigenschaften der 74HC-Bausteine 141 3 Speicherelemente 148 3.1 Einleitung 148 3.2 RS-Flip-Flop 149 3.3 Einseitiges und doppelseitiges Einlesen eines RS-Flip-Flops 151 8
3.4 4-bit-Register aus RS-Flip-Flops mit einseitiger Einlesung 157 3.5 Aufsetzzeit, Haltezeit, Freigabezeit und Übernahmezeit 159 3.6 Multiplett oder mehrfache Speicherschaltung 160 3.7 SRT-Flip-Flop * 164 3.8 Symbolik für die verschiedenen Typen von SRT-Flip-Flops mit Steuereingang. 168 3.9 JK-Flip-Flop 170 3.10 Untersuchung eines aus NAND-Schaltungen zusammengesetzten JK-Flip-Flops 172 3.11 Flanken- und Impulstriggerung bei einem JK-Flip-Flop 175 3.12 Die Begriffe Eingabefaktor, Aufsetzzeit und Haltezeit bei JK-Flip-Flops... 180 3.13 Binärzähler mit zwei JK-Flip-Flops 181 3.14 D-Flip-Flop 183 3.15 D-Flip-Flop, aus NAND-Schaltungen zusammengestellt 184 3.16 Flankengetriggertes D-Flip-Flop."... 185 3.17 Zweiteiler mit flankengetriggertem D-Flip-Flop 187 3.18 Vierteiler mit flankengetriggerten D-Flip-Flops 188 3.19 Schieberegister mit flankengetriggerten D-Flip-Flops 188 3.20 Verwendung von D-Flip-Flops in Schieberegistern 191 3.21 Ein-und Ausgaberegister mit D-Flip-Flops 194 3.22 Übersicht über die Steuersymbolik für Speicherelemente gemäß IEC 200 4 Zähler und Frequenzteiler 202 4.1 Einleitung 202 4.2 Binäre Zählerschaltungen 208 4.3 Synchronisierter Binärzähler 210 4.4 Dekadenzähler, Modulo-10-Zähler oder Zehnteiler 213 4.5 Synchronisierter Dekadenzähler 215 4.6 Vorwärts und rückwärts zählen 217 4.7 Zähler mit Programmiereingängen 221 4.8 Kaskadenschaltungen binärer und binär-dezimaler Zähler 223 4.9 Johnsonzähler 225 4.10 Gray-Code-Zähler mit SRT-Flip-Flops 228 4.11 Steuerkreise, Steuereinheiten, TCR's 231 4.12 Binär- und Dekadenzähler aus dem TTL-Programm 238 4.13 Synchronisierte Zähler aus dem TTL-Programm 241 4.14 IEC-Symbolik für Zähler-und Teilerschaltungen 247 4.15 Praktische Zähler-und Teilerschaltungen 250 4.16 Zehnzähler mit Anzeige 251 4.17 Sechzehnzähler mit Zifferanzeige 254 4.18 Taktgenerator mit Sechzehnzähler und Dekodierschaltung 254 4.19 Sechzehnzähler zur Erzeugung eines einmaligen Signals mit präziser Zeitdauer. 257
4.20 Eichgenerator mit Eichpunkten auf einem Raster von 10,100 und 500 khz... 258 4.21 Frequenzmesser für einen KW-Empfänger 262 4.22 Programmierung des Frequenzmessers 265 4.23 Hf-Kopplung mit dem Empfänger 267 4.24 Programmierbare Johnsonzähler zur Frequenzsynthese-Verwendung 271 4.25 Programmierung der Zähler 271 4.26 Digitaler Abstimmer basierend auf Frequenzsynthese 273 4.27 Entwurf eines digitalen Uhrwerks mit binären Zählern 275 4.28 Der Minuten-und Stundenzähler 277 4.29 Das Richtigstellen der Digitaluhr 279 4.30 Das Ablesen der Uhrzeit 280 4.31 Der elektronische Wecker 282 5 Register 284 5.1 Einleitung 284 5.2 Verwendung von Registern. 287 5.3 Register in einem Mikroprozessor 288 5.4 Informationsübertragung zwischen Registern untereinander sowie zwischen Registern und anderen Datenquellen 290 5.5 Serielle Informationsübertragung zwischen Registern 296 5.6 Register mit adressierbaren Flip-Flops 299 5.7 First-in-first-out-Register(FIFO) 301 5.8 Last-in-first-out-Register(LIFO) 302 5.9 Parallelregister für 4 und 8 bits 302 5.10 Register mit Eingangsselektion 303 5.11 Register mit Datenfreigabe-Eingang und Three-state-Ausgang 304 5.12 8-bit-Register mit Three-state-Ausgängen und Taktselektion 306 5.13 Schieberegister 307 5.14 Die Kaskadenschaltung von Schieberegistern... 309 5.15 Schieberegister mit seriellen und parallelen Eingängen bzw. Ausgängen... 310 5.16 8-bit-Universalschieberegister mit serieller und paralleler Ein- und Ausgabe und Three-state-Ausgängen 312 5.17 Registergruppen in einem DIL 315 5.18 Register mit adressierbaren Flip-Hops, Typ 74LS259 317 5.19 Lange Schieberegister 319 5.20 Umlaufendes Licht mit Schieberegister und LED-Anzeige 322 5.21 Abtasten von Datensignalen-Sampling, Strobing 324 5.22 IEC-Symbolik für Register im allgemeinen 326 5.23 Übersicht erhältlicher Register in TTL 329 Sachverzeichnis 330 10