'10' \)~' q-j 0 l '"":K) ' 'l, ",)',"\,)' Elektronik 4 Klaus Beuth 13 überarbeitete Auflage unter Mitarbeit von Olaf Beuth Vogel Buchverlag
Inhaltsverzeichnis Vorwort 1 Grundbegriffe 11 Analoge und digitale Größendarstellung 111 Analoge Größendarstellung 112 Digitale Größendarstellung 12 Binäre und logische Zustände 13 Lernziel-Test 2 Logische Verknüpfungen 21 Grundfunktionen und Grundglieder (Grundelemente) 211 UND-Verknüpfung (Konjunktion) und UND-Glied (UND-Element) 212 ODER-Verknüpfung (Disjunktion) und ODER-Glied (ODER-Element) 213 Verneinung (Negation) und NICHT-Glied (NICHT-Element) 2 1 4 Grundglieder (Grundelemente) 22 Zusammengesetzte Glieder (Elemente) 221 NANO-Glied (NANO-Element) 222 NOR-Glied (NOR-Element) 223 ÄQUIVALENZ-Glied (ÄQUIVALENZ-Element) 224 ANTIVALENZ-Glied (EXKLUSIV-ODER-Glied, XOR-Glied) 225 Verknüpfungsmöglichkeiten bei Gliedern mit zwei Eingängen 23 Glieder mit drei und mehr Eingängen 24 Lernziel-Test 3 Schaltungsanalyse 31 Wahrheitstabelle und Digitalschaltung 311 Wahrheitstabelle einer Digitalschaltung mit 2 Eingängen 312 Wahrheitstabelle einer Digitalschaltung mit 3 Eingängen 32 Funktionsgleichung und Digitalschaltung 321 Bestimmung der Funktionsgleichung einer gegebenen Digitalschaltung 322 Darstellung einer Digitalschaltung nach gegebener Funktionsgleichung 33 Soll-Verknüpfung und Ist-Verknüpfung 331 Bestimmung der Ist-Verknüpfung 332 Fehlerbestimmung 34 Lernziel-Test 4 Schaltalgebra 41 Variable und Konstante 42 Grundgesetze der Schaltalgebra 5 15 15 15 17 18 22 23 23 23 24 25 26 27 27 28 29 30 32 33 35 37 37 37 38 40 40 42 43 43 45 46 49 49 50 Inf liek Der Onlineservice InfoClick bietet unter wwwvogel-buchverlagde nach Codeeingabe zusätzliche Informationen und Aktualisierungen zum Buch 308403603013 7
43 Rechenregeln der Schaltalgebra 51 431 Theoreme 51 432 Kommutativgesetz und Assoziativgesetz 53 433 Distributivgesetz 54 434 Morgansche Gesetze 56 435 Bindungsregel 58 44 NAND- und NOR-Funktion 59 45 Rechenbeispiele 64 46 Lernziel-Test 69 5 Schaltungssynthese 71 51 Aufbau von Verknüpfungsschaltungen nach vorgegebenen Bedingungen 71 52 Normalformen 74 521 ODER-Normalform 74 522 UND-Normalform 78 53 Vereinfachung und Umformung der ODER-Norma1form mit Hilfe der Schalt- 54 55 56 57 algebra 531 Vereinfachung der ODER-Normalform 532 Umformung der ODER-Normalform KV-Diagramme 541 KV-Diagramme für 2 Variable 542 KV-Diagramme für 3 Variable 543 KV-Diagramme für 4 Variable 544 KV-Diagramme für 5 Variable 545 KV-Diagramme für mehr als 5 Variable Berechnung von Verknüpfungsschaltungen 551 Allgemeine Hinweise 552 Digitale Wechselschaltung 553 Zwei-aus-Drei-Schaltung 554 Geradeschaltung 555 Schwellwertschaltung 556 Vergleichsschaltung (Komparator) 557 Transistor-Sortierschaltung Aufgaben zum Schaltungsentwurf 561 Steuerschaltung 562 Ungeradeschaltung 563 Majoritätsschaltung 564 Verriegelungsschaltung 565 Flugabwehr-Auslöseschaltung Lernziel-Test 79 79 80 82 82 87 90 94 97 99 99 99 101 103 105 106 107 109 109 109 110 110 111 111 6 Schaltkreisfamilien 113 61 Allgemeines 113 62 Binäre Spannungspegel 115 63 Positive und negative Logik 117 64 Schaltungseigenschaften 119 641 Leistungsaufnahme 119 642 Pegelbereiche und Übertragungskennlinie 119 643 Schaltzeiten 121 644 Lastfaktoren 122 645 Störsicherheiten 123 646 Wired-Verknüpfungen 125 8
65 DTL-Schaltungen 127 651 Allgemeines 127 652 Standard-DTL-Schaltungen 127 653 LSL-Schaltungen 130 66 TTL-Schaltungen 133 661 Aufbau und Arbeitsweise von TTL-Gliedern 133 662 Standard-TTL 140 6621 Schaltungen 140 6622 Grenzdaten und Kenndaten 143 6623 Kennlinien 146 6624 Leistungsbedarf 152 663 Low-Power-T'I'L (LTTL) 152 664 High-Speed-TTL (HTTL) 153 665 Schottky-TTL (STTL) 153 666 Low-Power-Schottky-T'l'L (LSTTL) 155 667 Advanced-Schottky-T'l'L (ASTTL) 156 668 Advanced-Low-Power-Schottky-TTL (ALSTTL) 156 669 Zusammenstellung wichtiger Eigenschaften 156 67 ECL-Schaltungen 157 68 MOS-Schaltungen 161 681 Gefahr durch statische Aufladung 162 682 PMOS 162 683 NMOS 165 684 emos 167 685 Highspeed-CMOS (HCMOS) 175 686 HCTMOS 175 687 Advanced-CMOS (ACMOS) 175 688 Verlustleistungen TTL-CMOS 176 689 Kombinierte Bausteine (BiCMOS) 176 6810 Low- Voltage-Technology (LVT) 176 69 Lernziel-Test 176 Zeitabhängige binäre Schaltungen 179 71 Allgemeines 179 72 Klassifizierung der Flipflop-Arten 184 73 Nicht-taktgesteuerte Flipflops 186 731 NOR-Flipflop (NOR-Latch) 186 732 NA ND-Flipflop (NAND-Latch) 187 74 Taktzustandsgesteuerte Flipflops 188 741 SR-Flipflop 189 742 SR-Flipflop mit dominierendem R-Eingang 191 743 E-Flipflop 192 744 D-Flipflop 192 745 Datenblätter 193 75 Taktflankengesteuerte Flipflops 195 751 Impulsglieder 198 752 Einflankengesteuerte SR-Flipflops 199 753 Einflankengesteuerte T-Flipflops 20 I 754 Einflankengesteuerte JK-Flipflops 203 755 Einflankengesteuerte D-Flipflops 207 756 Zweiflankengesteuerte SR-Flipflops 209 757 Zweiflankengesteuerte JK-Flipflops 211 758 Weitere Flipflop-Schaltungen 215 9
76 Zeitablauf-Diagramme 216 77 Charakteristische Gleichungen 220 78 Monostabile Kippstufen 226 79 Verzögerungsglieder 231 710 Lernziel-Test 235 8 Binäre Kodes und Zahlensysteme 239 81 Allgemeines 239 82 Duales Zahlensystem 239 821 Aufbau des dualen Zahlensystems 239 822 Umwandlung von Dualzahlen in Dezimalzahlen 241 823 Umwandlung von Dezimalzahlen in Dualzahlen 241 824 Dualzahlen mit KommasteIlen 242 825 Addition von Dualzahlen 243 826 Subtraktion von Dualzahlen 245 8261 Direkte Subtraktion 245 8262 Subtraktion durch Addition des Komplements 246 827 Negative Dualzahlen 249 83 BCD-Kode 251 831 ZahlendarsteIlung im BCD-Kode 251 832 Addition im BCD-Kode 253 833 Subtraktion im BCD-Kode 254 84 Weitere Tetraden-Kodes 256 841 3-Exzeß-Kode 257 842 Aiken-Kode 258 843 Gray-Kode ', 260 85 Hexadezimales Zahlensystem ')62 851 Aufbau des Hexadezimalsystems 262 852 Umwandlung von Hexadezimalzahlen in Dezimalzahlen 263 853 Umwandlung von Dezimalzahlen in Hexadezimalzahlen 264 854 Umwandlung von Dualzahlen in Hexadezimalzahlen 266 855 Umwandlung von Hexadezimalzahlen in Dualzahlen 269 86 Oktales Zahlensystem 269 861 Aufbau des Oktalsystems 269 862 Umwandlung von Oktalzahlen 270 87 Kodierung von Textzeichen 273 871 Kodes fester Wortlänge (Blockkodes) 273 872 Kodes variabler Wortlänge (Shannon-Fano-Code, Huffman-Code) 274 873 Rasterorientierte Kodes 278 88 Fehlererkennende Kodes 279 881 Begriff der Redundanz 779 882 Dualergänzter Kode 280 883 Zwei-aus-Fünf-Kodes 281 884 Drei-aus-Fünf-Kodes 283 885 Zwei-aus-Sieben-Kodes 284 89 Fehlerkorrigierende Kodes 284 891 Arbeitsweise 284 892 Hamming-Kode 285 81 0 Lernziel-Test 289 9 Kode- und Pegel-Umsetzerschaltungen 293 91 Kodeumsetzer 293 911 Berechnung von Kodeumsetzern 293 10
912 Dezimal-BCD-Kodeumsetzer 295 913 BCD-Dezimal-Kodeumsetzer 298 914 Dezimal-3-Exzeß-Kodeumsetzer 301 915 3-Exzeß-Dezimal-Kodeumsetzer 302 916 Dezimal-7-Segment-Kodeumsetzer 303 917 BCD-7-Segment-Kodeumsetzer 305 92 Pegelumsetzer 311 921 Allgemeines 311 922 Aufbau von Pegelumsetzern 312 923 Pegelumsetzer als integrierte Schaltungen 316 93 Lernziel-Test 316 10 Zähler und Frequenzteiler 101 Zählen und Zählerarten 102 Asynchronzähler Asynchrone Dualzähler Dual-Vorwärtszähler Dual-Rückwärtszähler Dualzähler mit umschaltbarer Zählrichtung Asynchrone BCD-Zähler BCD-Vorwärtszähler BCD-Rückwärtszähler BCD-Zähler mit umschaltbarer Zählrichtung Asynchrone Dekadenzähler BCD-Dekadenzähler Andere Dekadenzähler Asynchrone Module-n-Zähler Prinzip der Modulo-n-Zähler 1021 10211 10212 10213 1022 10221 10222 10223 1023 10231 10232 1024 10241 10242 10243 10244 1025 1026 Modulo-5-Zähler Modulo-60-Zähler Modulo-13-Zähler mit Wartepflicht Asynchrone Vorwahlzähler Asynchronzähler für den Aiken-Kode 1027 Asynchronzähler für den 3-Exzeß-Kode 103 Synchronzähler 1031 Das Synchronprinzip 1032 Synchrone Dualzähler 10321 Dual-Vorwärtszähler 10322 Dual-Rückwärtszähler 10323 Dualzähler mit umschaltbarer Zählrichtung 1033 Berechnung von Synchronzählern 10331 Berechnungsverfahren 10332 Berechnungsbeispiel 1034 Synchrone BCD-Zähler 10341 Berechnung eines Synchron-BCD-Vorwärtszählers 10342 Synchron-BCD-Vorwärtszählers als integrierte Schaltung 1035 Synchron-Zähler für den 3-Exzeß-Kode 104 Frequenzteiler 1041 Asynchrone Frequenzteiler mit festem Teilerverhältnis 1042 Synchrone Frequenzteiler mit festem Teilerverhältnis 1043 Frequenzteiler mit einstellbarem Teilerverhältnis 105 Lernziel-Test 317 317 319 319 319 326 329 331 331 334 335 337 337 337 338 338 338 340 341 341 342 342 343 343 344 345 346 349 349 349 350 355 355 361 361 366 366 370 370 374 11
11 Digitale Auswahl- und Verbindungsschaltungen 111 Datenselektor, Multiplexer, Demultiplexer 1111 4-Bit-zu-l-Bit-Datenselektor 1112 2 x 4-Bit-zu-4-Bit-Datenselektor 1113 4 x 8-Bit-zu-8-Bit-Datenselektor 1114 16-Bit-zu-1- Bit-Datenselektor-Multiplexcr 1115 I-Bit-zu-4-Bit-Demultiplexer 112 Adreßdekodierer 1121 2-Bit-Adreßdekodierer 1122 4-Bit-Adreßdekodierer 113 Digitaler Komparator 1131 I-Bit-Komparator 1132 3-Bit-Komparator für den BeD-Kode 1133 4-Bit-Komparator für den Dual-Kode 114 BUS-Schaltungen 1141 Aufbau und Arbeitsweise 1142 BUS-Standards 115 Lernziel-Test 375 375 375 376 377 378 378 381 381 382 382 383 384 387 389 389 391 392 12 Register- und Speicherschaltungen 121 Schieberegister 1211 Schieberegister für serielle Ein- und Ausgabe 1212 Schieberegister mit Parallelausgabe 1213 Schieberegister mit Parallelausgabe und Paralleleingabe 1214 R Ingregls t er 1215 Schieberegister mit umschaltbarer Schieberichtung 122 Speicherregister 123 Schreib-Lese-Speicher (RAM) 1231 Statische RAM (SRAM) 12311 RAM-Speicherelement in TTL-Technik 12312 RAM-Speicherelement in NMOS-Technik 12313 Aufbau einer RAM-Speichermatrix 1232 Dynamische RAM (DRAM) 12321 Speicherelement eines dynamischen RAM 12322 Besonderheiten dynamischer RAM 1233 Speicheraufbau und Speicherkenngrößen 12331 Speicheraufbau 12332 Speicherkenngrößen 12333 Ausgewählte RAM 124 Festwertspeicher (ROM) 125 Programmierbare Festwertspeicher (PROM), 126 Löschbare programmierbare Festwertspeicher 1261 Festspeicher EPROM und REPROM 1262 Festspeicher EEROM (EEPROM) und EAROM 127 Magnetkernspeicher 1271 Speicherringkerne 1272 Magnetkernspeicher-Matrix, 1273 Schreib- und Lesevorgang 128 Magnetblasenspeicher 1281 Magnetblasen 1282 Magnetblasenschleifen 1283 Einschreiben einer Information 1284 Lesen einer Information 393 393 393 397 398 399 400 401 403 404 404 406 407 408 408 409 410 410 412 413 423 428 429 429 437 438 438 439 440 441 441 442 445 446 12
1285 Aufbau eines Magnetblasenspeichers 446 129 Lernziel-Test 448 13 Digital-Analog-Umsetzer, Analog-Digital-Umsetzer 451 131 Digital-Analog-Umsetzer 451 1311 Prinzip der Digital-Analog-Umsetzung 451 1312 DA-Umsetzer mit gestuften Widerständen 452 1313 RI2R-DA-Umsetzer 454 132 Analog-Digital-Umsetzer 456 1321 Prinzip der Analog-Digital-Umsetzung 456 1322 AD-Umsetzer nach dem Sägezahnverfahren 459 1323 AD-Umsetzer nach dem Dual-Slope-Verfahren 461 1324 AD-Umsetzer nach dem Kompensationsverfahren 463 1325 AD-Umsetzer nach dem Spannungs-Frequenz-Verfahren 465 1326 AD-Umsetzer nach dem Direktverfahren 467 133 Lernziel-Test 468 14 Rechenschaltungen 469 141 Ha1baddierer 469 142 Volladdierer 471 143 Paralleladdierschaltung 474 144 Serielle Addierschaltung 475 145 Subtrahierschaltungen 477 1451 Halbsubtrahierer 478 1452 Vollsubtrahierer 478 1453 4-Bit-Subtrahierschaltung 481 1454 Subtrahierschaltung mit Volladdierern 482 146 Addier-Subtrahier-Werk 483 147 Multiplikationsschaltungen 486 1471 Paralle1-Multiplikationsschaltung 487 1472 Serielle Multiplikationsschaltung 490 148 Lernziel-Test 492 15 Mikroprozessoren und Mikrocomputer 493 151 Der Mikroprozessor als Universalschaltung 493 152 Arithmetisch-logische Einheit (ALU) 493 153 Akkumulator 497 154 Akkumulator mit Datenspeicher 499 155 Programmgesteuerter vereinfachter Rechner 501 156 Mikroprozessorbausteine 504 1561 Mikroprozessortypen 504 1562 Mikroprozessor SAB 8080A 505 1563 Zusatzbausteine für Mikroprozessoren 508 157 Mikrocomputer 511 158 Lernziel-Test 513 16 Programmierbare Logikschaltungen 5 15 161 Herstellerprogrammierte Logikschaltungen 515 162 Anwenderprogrammierbare Logikschaltungen 517 1621 Grundlagen 517 1622 PAL-Schaltungen 521 1623 GAL-Schaltungen 525 13
1624 FPLA-Schaltungen 529 1625 PROM-Schaltungen 531 1626 MACRO-Schaltungen 532 163 PLD-Typen 534 164 Programmierung von PLD 535 165 Lernziel-Test,,, 536 17 Lösungen der Aufgaben der Lernziel-Tests 539 Stichwortverzeichnis 561 14