Martin Häßler Hans-Werner Sträub Grundlagen und Anwendungen Mit 257 Abbildungen Franzis
1 Übersicht 13 1.1 Analog - kontinuierliche Signale 13 1.2 Digital - abzählbare Elemente 14 1.3 Fuzzy-unscharfe Logik 18 2 Zahlensysteme 20 2.1 Zahlendarstellungen 20 2.2 Zahlensystem-Umwandlungen 23 2.3 Grundrechenarten im Dualsystem 27 3 Codes.. 34 3.1 Tetradische Codes 34 3.1.1 Binäre Codes (BCD- oder 8.4.2.1-Code) 35 3.1.2 Selbstinvertierende Codes (Excess-3 - oder Stibitz-Code) 38 3.1.3 Einschrittige, zyklische Codes (Gray-Code) 39 3.2 Redundante Codes 41 3.2.1 Redundanz und Fehlererkennung 41 3.2.2 Parity, dual ergänzter Code 42 3.2.3 "M aus N"- Codes 42 3.2.4 Fehlerkorrigierende Codes 43 3.3 Andere Codes 46 3.4 Verschlüsselung und Datensicherheit 51 3.5 Fehlerkorrektur und Fehlerverschleierung 53 4 Logische Verknüpfungen 62 4.1 Grundverknüpfiingen 63 4.2 Erweiterte Grundverknüpfiingen...,..' 65 5 Schaltalgebra 71 5.1 Rechenregeln und Theoreme 71 5.1.1 Postulate. : 71 5.2.2 Theoreme der Schaltalgebra... 72 5.2.3 Kommutativgesetz und Assoziativgesetz 73 5.2.4 Distributivgesetz 74 5.2.5 DeMorgansche Gesetze 74 5.2.6 Bindungsregel.75 5.2.7 Die Bedeutung von NAND und NOR 76 5.2 Normalformen (DNF, KNF) 78 5.3 Methoden der Schaltungsvereinfachung 81
5.3.1 Algebraische Vereinfachung 81 5.3.2 Graphische Umformung: KV-Diagramme 82 5.3.3 Algorithmische Umformung: Quine-McClusky (QM) 87 6 Schaltnetze 93 6.1 Codeumsetzer (Codierschaltungen) 94 6.2 Datenselektor, (De-)Multiplexer 97 6.3 Adreßdekoder 99 6.4 Rechenschaltungen 100 6.4.1 Halbaddierer 100 6.4.2 Volladdierer 101 6.4.3 Addierschaltungen 102 6.4.4 Halbsubtrahierer, Vollsubtrahierer 103 6.4.5 Mehrstellige Subtrahierer 104 6.4.6 Addierer und Subtrahierer in einer Schaltung 105 6.5 Komparator 106 6.6 Programmierbare Schaltnetze 108 7 Schaltkreisfamilien 111 7.1 Allgemeines 111 7.2 Baustein-Kenndaten 113 7.2.1 Übertragungskennlinien, Störabstände 113 7.2.2 Laufzeiten 114 7.2.3 Leistungsaufnahme.- 115 7.2.4 Eingangs-und Ausgangslastfaktoren 115 7.2.5 Schaltungsprinzip der Verknüpfungen 115 7.3 DTL-Schaltungen 117 7.4 TTL-Schaltungen 119 7.4.1 Grundschaltungen der TTL-Familie 119 7.4.2 Vergleich der TTL-Logikfamilien 120 7.5 ECL-Logikbausteine 123 7.6 MOS-Logik 124 7.6.1 NMOS 125 7.6.2 CMOS 126 7.6.3 TTL-Bausteine in CMOS realisiert 128 7.6.4 BICMOS... 129 7.7 GaAs-Logik 130 7.8 Besondere Ausgangsstufen 132 7.9 Beschaltung der Ein- und Ausgänge 133 7.10 Mischung von Schaltkreisfamilien 135 8
8 Flipflops (Kippstufen) 138 8.1 Basis-Flipflop (RS-Flipflop) 139 8.2 Taktzustandsgesteuerte Flipflops 142 8.3 Taktflankengesteuerte Flipflops 145 9 Zähler und Frequenzteiler 150 9.1 Theoretische Grundlagen für Schaltwerke : 150 9.2 Allgemeines 150 9.3 Dualzähler, dualer Frequenzteiler 151 9.4 Modulo-N-Zähler 153 9.5 Synchronzähler... 154 9.6 Frequenzteiler 157 10 Registerschaltungen 159 10.1 Latch-Register (Speicherregister) 159 10.2 Schieberegister 160 10.3 FIFOundLIFO 163 11 Sonstige Kippschaltungen 165 11.1 Monoflops und Verzögerungsglieder 165 11.2 Schmitt-Trigger 169 11.3 Kippgliederund Taktgeneratoren 169 12 Schaltungsdesign 173 12.1 Aufteilung der Leiterplatte 173 12.2 Leiterbahnführung 174 12.3 Stromversorgung, Stützkondensatoren 176 12.4 Ein- und Ausgänge einer Leiterplatte 178 12.5 Analog und Digital gemischt 178 12.6 EMV auf der Leiterplatte >. 179 12.7 Prüfkriterien, Testbarkeit 180 13 Umwandlung Analog <-> Digital 182 13.1 Allgemeines 182 13.2 Analog-Digital-Wandler 195 13.2.1 Integrationsverfahren 195 13.2.2 Kompensationsverfahren 197 13.2.3 Direktverfahren 199 13.2.4 Delta-Sigma-Verfahren 200 13.3 Bearbeitung digitaler Signale... 201 13.4 Digital-Analog-Wandlung 204
14 Schnittstellen zur Umwelt 228 14.1 Schaltkontakte und Kontaktprellen 228 14.2 Leistungsausgänge 229 14.3 Displays 231 14.3.2 LCD-Anzeigen 233 14.3.3 Plasma-Anzeigen 236 14.3.4 Fluoreszenz-Anzeigen, 236 14.3.5 CRT-Anzeigen (Monitor) 237 15 Speicher ; 240 15.1 Adressierungsformen.242 15.2 Schreib-Lese-Speicher (RAM)...244 15.3 Festwertspeicher (ROM) 251 15.3.1 ROM/PROM 251 15.3.2 EPROM 253 15.3.3 EEPROM/EAROM 256 15.4 Sonstige Speicherprinzipien 258 15.4.1 Magnetkernspeicher 258 15.4.2 Magnetblasenspeicher 259 15.4.3 Optische und magnetooptische Speicher 261 15.4.4 Zukünftige Speicherprinzipien 262 16 Mikroprozessoren 264 16.1 Aufbau von Mikroprozessoren 264 16.2 Einsatz von Mikroprozessoren 268 17 Datenübertragung ; 271 17.1 Parallele Datenübertragung 271 17.2 Serielle Datenübertragung '. 271 17.3 Kombinationen und Allgemeines 272 17.4 Parallel-Seriell-und Seriell-Parallel-Wandler 274 17.5.1 Die PCM 278 17.5.2 DieD-PCM 278 17.5.3 DiePWM ; 279 17.5.4 DiePW 281 17.5.5 Die PPM 282 17.5.6 DiePDM 282 18 Datenbussysteme 284 18.1 Bustreiberschaltungen 285 10
18.2 DerI2C-Bus 288 18.3 Andere Bussysteme 294 19 Datenreduktion 297 19.1 Grundlagen 297 19.2 Verschiedene Verfahren 300 19.2.1 Das MASCAM-Verfahren 300 19.2.2 Das OCF-und das MSC-Verfahren 301 19.2.3 Das PASC-Verfahren 304 19.2.5 Das MUSICAM- Verfahren 305 19.3 Datenreduktion in der Bildverarbeitung 306 20 Digitale TV-Signalverarbeitung 308 20.1 Grundlagen 308 20.2 Übersicht der digitalen Bildverarbeitung 309 20.3 loohz-technik 317 21 Service und Wartung 320 21.1 Methoden der Fehlersuche 320 21.2 Hinweise zum Umgang mit SMD-Bauteilen 328 22 Zukunftsperspektiven 333 22.1 Möglichkeiten der digitalen TV-Übertragung 333 22.2 Zukunftsvisionen., 336 22.3 Schlußwort 340 Anhang341 A Lösungen der Aufgaben 341 B Glossar 345 C Stichwortverzeichnis (Index), 350 11