Digitale Schaltungstechnik

Frontmatter

1. Einführung in das Fachgebiet

Zusammenfassung

Das Niveau einer modernen Gesellschaft und ihr Entwicklungstempo hängen immer stärker davon ab, wie effektive Informationstechnologien in nahezu allen Bereichen verfugbar sind und eingesetzt werden. Träger der Information sind dabei vorrangig elektrische Signale, die in elektronischen Schaltungen erzeugt werden bzw. durch Wandlung aus anderen Energieformen entstehen. Die Verarbeitung und Weiterleitung dieser Signale erfolgt ebenfalls mit Hilfe elektronischer Schaltungen, ehe sie zur Darstellung oder zur Steuerung von Anlagen und Prozessen wieder in andere Energieformen gewandelt werden.

Werner Groß

2. Schaltstufen als Grundelemente digitaler Schaltungen

Zusammenfassung

Die Grundprinzipien von Schaltstufen mit Transistoren wurden bereits im Abschnitt 1.2.1 (Bild 1–6) dargelegt. Ersetzt man die gesteuerten Schalter durch Bipolar- bzw. Feldeffekt-Transistoren, so führt das auf die in Bild 2-1 dargestellten üblichen Schaltstufen, die nachfolgend näher untersucht werden.

Werner Groß

3. Kombinatorische Grundschaltungen

Zusammenfassung

Kombinatorische Grundschaltungen bilden logische Grundfunktionen nach, damit vollständige Schaltfunktionssysteme entstehen. Sie werden aus Schaltstufen durch Hinzufugen weiterer Schaltungsteile entwickelt, so daß die Verknüpfung mehrerer Eingangssignale ermöglicht wird.

Werner Groß

4. Kippschaltungen

Zusammenfassung

Kippschaltungen sind digitale Schaltungen mit sprungartigen Übergängen zwischen den beiden Zuständen, die durch intern vorhandene Rückkopplungen (Mitkopplungen) bewirkt werden. Der Ausgangszustand einer Kippschaltung hängt von ihren inneren Zuständen und von äußeren Eingangssignalen ab. Bild 4-1 macht das Schaltungspiinzip deutlich, indem über den Rückkopplungsvierpol ein Teil der Ausgangsspannung auf den Eingang rückgekoppelt wird, so daß bei gleicher Ausgangsspannung U_a die Eingangsspannung U_E verringert werden kann.

Werner Groß

5. Interfaceschaltungen

Zusammenfassung

Interfaceschaltungen sollen das Zusammenwirken digitaler Schaltungen an ihren Schnittstellen und den Übergang von oder zu analogen Pegeln problemlos ermöglichen. Aus dieser grundsätzlichen Aufgabe können folgende Teilaufgaben abgeleitet werden:

1.

Anpassung der internen Pegel von Schaltkreisfamilien an Standardpegel, um Schaltkreise aus unterschiedlichen Technologien in einem Gesamtsystem betreiben zu können. Der gebräuchlichste Standardpegel ist der TTL-Pegel mit folgenden Grenzwerten:

$$\matrix{ {{U_E}{{({\rm{L}})}_{\max }} = 0,8{\rm{V,}}\;\;\;\;{U_E}{{({\rm{H}})}_{\min }} = 2,0{\rm{V,}}} \cr {{U_A}{{({\rm{L}})}_{\max }} = 0,4{\rm{V,}}\;\;\;\;{U_A}{{({\rm{H}})}_{\min }} = 2,4{\rm{V}}{\rm{.}}} \cr } $$

 

Werner Groß

6. Speicher

Zusammenfassung

Speicher sind spezielle sequentielle Schaltungen. Sie dienen dazu, große Mengen von Informationen (Daten, Programme) meist über einen längeren Zeitraum zu erhalten (zu speichern). Zur Wiederauffindung der Daten sind die meisten Speicher adressierbar.

Werner Groß

7. Kombinatorische Schaltungen im MSI-Niveau

Zusammenfassung

Mit den im Kapitel 3 behandelten kombinatorischen Grundschaltungen können größere Schaltungskomplexe im MSI-Niveau wie Kodewandler, Multiplexer, Demultiplexer, Addierer, Komparatoren, Komplementbildner, Subtrahierer, Multiplizierer u.s.w. aufgebaut werden, die ihrerseits neben den im Kapitel 8 zu besprechenden sequentiellen Schaltungen wieder Grundzellen für LS WLSI-Schaltungen darstellen.

Werner Groß

8. Sequentielle Schaltungen im MSI-Niveau

Zusammenfassung

Im folgenden Kapitel werden Schaltungen mit taktflankengesteuerten Flip-Flop behandelt und zwar Frequenzzähler, Frequenzteiler, Register und Taktgeber. Sie werden je nach der Verzögerung zwischen dem taktflankengesteuerten Eingang und den Ausgängen in synchrone, teilsynchrone oder asynchrone Schaltungen unterteilt.

Werner Groß

9. Stromversorgung digitaler Schaltungen

Zusammenfassung

Die Betriebsspannung U₀ digitaler Schaltungen wird entweder aus dem Wechselstromnetz oder aus Batterien entnommen. Letzteres gilt vor allem für tragbare Geräte oder für Anlagen, die ohne Netzanschlüsse auskommen müssen. In diesem Abschnitt wird nur auf einige einfache Netzteile eingegangen, tiefergehende Erläuterungen sind spezieller Literatur zur Stromversorgung zu entnehmen. Weiterhin werden Hinweise zur Stromversorgung auf der Leiterplatte und auf dem Chip gegeben.

Werner Groß

10. Lösungen

Zusammenfassung

Für die am Ende der Kapitel 1 bis 9 angegebenen Aufgaben werden in diesem Kapitel die Lösungen angegeben. Dabei werden nur die wichtigsten Schritte aus den Komplexen Lösungsansatz, -weg und Ergebnis dargestellt, auf die Angabe einfacher Zwischenschritte wird also verzichtet. Bei Syntheseaufgaben muß auf Grund der Vielfalt der Lösungsmöglichkeiten die angegebene Lösung nicht unbedingt mit der des Studenten übereinstimmen. Der Autor empfiehlt dem Lernenden, zunächst die jeweilige Aufgabe ohne Kenntnis der Lösung selbständig zu bearbeiten und erst danach oder bei größeren Schwierigkeiten im Kapitel 10 nachzuschlagen.

Werner Groß

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