Nachrichtenverarbeitung Entwurf Digitaler Schaltwerke

ISBN-13: 9783519300526 / Niemiecki / Miękka / 1987 / 223 str.

G. Schaller; W. Nuchel

Opis

Dieses Skriptum enthalt den stoff tiber das Teilgebiet "Ent wurf digitaler Schaltwerke" der an der FH Koln im FB Nach richtentechnik gehaltenen Vorlesungen "Nachrichtenverarbei tung" bzw. "Digitaltechnik." Sein Verstandnis wird erleich tert durch die Kenntnis des im Skriptum Nachrichtenverar beitung, Teil 1 (Digitale Schaltkreise) behandelten Stoffes tiber binare Verkntipfungs- und Speicherschaltungen. Ziel dieses Skriptums ist es, die Studenten an den systema tischen Entwurf von Schaltnetzen und Schaltwerken heranzu ftihren. 1m Gegensatz zu intuitiven Verfahren mit rein zufal ligen Losungen werden klare Methoden aufgezeigt, die eine ingenieurwissenschaftliche Behandlung und Losung gestellter Entwurfsaufgaben ermoglichen. Dabei wird besonderer Wert ge legt auf eine Eintibung in die Entwurfsverfahren durch eine Vielzahl ausfUhrlich behandelter Beispiele. FUr weitere Ubungsaufgaben werden die Losungen im Anhang angegeben. Es wird ausschlieBlich das funktionelle Verhalten von Schaltwerken betrachtet, wobei der physikalische Aufbau der Schaltglieder selbst unberticksichtigt bleibt. Dadurch solI vermieden werden, daB der Stoffinhalt durch das Tempo der modernen Bauelementeentwicklung allzu schnell veraltet. Zur Darstellung der Schaltglieder werden vorwiegend die in DIN 40 900 festgelegten Schaltzeichen benutzt, die unabhangig von einer physikalischen Realisierung sind. In einigen Fal len werden auch mehrere Schaltglieder durch einen allgemei nen Funktionsblock dargestellt. Dadurch solI der Student daran gewohnt werden, in Funktionsblocken zu denken, zumal man eben diese Funktionsblocke heute vielfach als Bausteine kaufen kann (z.B. ein Volladdierer).

Spis treści

1 Grundlagen zum Entwurf digitaler Verknüpfungsschaltungen.- 1.1. Grundzüge der Schaltalgebra.- 1.1.1. Wesen der binären Logik.- 1.1.2. Logische Verknüpfungen und Symbole.- 1.1.3. Postulate der Schaltalgebra.- 1.1.4. Rechenregeln der Schaltalgebra.- 1.1.5. Normalformen von Schaltfunktionen.- 1.2. Schaltkreisvereinfachungen.- 1.2.1. Vereinfachungen mit schaltalgebraischen Rechenregeln.- 1.2.2. Vereinfachungen mit KV-Tafeln.- 1.2.2.1. Minterm-Methode.- 1.2.2.2. Maxterm-Methode.- 1.2.2.3. Berücksichtigung frei wählbarer Terme.- 2. Analyse und Synthese von Schaltnetzen.- 2.1. Analyse von Schaltnetzen.- 2.2. Synthese von Schaltnetzen mit Und-, Oder- und Nicht-Gliedern.- 2.3. Synthese von Schaltnetzen mit Nor- und Nand-Gliedern.- 2.3.1. Grundfunktionen mit Nor- und Nand-Gliedern.- 2.3.2. Synthese mit Nor-Gliedern.- 2.3.3. Synthese mit Nand-Gliedern.- 3. Binäre Codes.- 3.1. Binär codierte Darstellung von Dezimalziffern.- 3.1.1. Vier-Bit-Codes.- 3.1.1.1. 8-4-2-1-Code.- 3.1.1.2. Exzeß-3-Code (Stibitz-Code).- 3.1.1.3. 2-4-2-1-Code (Aiken-Code).- 3.1.2. Dekadische Codes mit Prüfmöglichkeit.- 3.1.3. Korrigierbare Codes.- 3.2. Codes zur digitalen Weg- und Winkelmessung.- 3.2.1. Nichtdekadische Codes.- 3.2.1.1. Reiner Dualcode.- 3.2.1.2. Gray-Code.- 3.2.2. Dekadische einschrittige Codes.- 4. Systematischer Entwurf von Schaltnetzen.- 4.1. Codierschaltungen.- 4.2. Decodierschaltungen.- 4.3. Codeumsetzerschaltungen.- 4.4. Beispiele für weitere einfache Schaltnetze.- 4.4.1. Ziffernanzeige mit Leuchtbalken.- 4.4.2. Vergleicherschaltungen.- 4.4.3. Prüfschaltungen.- 4.4.4. Überwachungs- und Verriegelungsschaltungen.- 4.5. Entwurf von Schaltnetzen mit MSI-Schaltungen.- 4.5.1. Schaltnetze mit Multiplexern.- 4.5.2. Schaltnetze mit Decodierern.- 4.5.3. Realisierung von Schaltfunktionen mit Majoritätsgliedern.- 4.6. Schaltnetze mit programmierbaren LSI-Schaltungen.- 4.6.1. Grundstruktur programmierbarer Logikschaltungen.- 4.6.2. Realisierung logischer Funktionen mit Festwertspeichern (PROMs).- 4.6.2.1. Realisierungsprinzip.- 4.6.2.2. Innere Struktur eines PROMs.- 4.6.2.3. Erweiterungsmöglichkeiten.- 4.6.3. Realisierung logischer Funktionen mit programmierbaren Logik-Arrays (FPLAs).- 4.6.3.1. Aufbau und Programmierung.- 4.6.3.2. Erweiterungen.- 5. Systematischer Entwurf von Zählschaltungen.- 5.1. Speicherglieder.- 5.1.1. Allgemeine Kennzeichen.- 5.1.2. Zeitglieder.- 5.1.3. Flipflops.- 5.1.3.1. Ungetaktete Flipflops.- 5.1.3.2. Taktflankengesteuerte Flipflops.- 5.2. Zählschaltungen.- 5.2.1. Allgemeine Struktur.- 5.2.2. Darstellung der Zählfolge durch ein Zustandsdiagramm.- 5.2.3. Synchrone Zählschaltungen.- 5.2.3.1. Zehnerzähler.- 5.2.3.2. Modulo-n-Zähler.- 5.2.3.3. Ringzähler.- 5.2.3.4. Johnson-Zähler.- 5.2.4. Asynchrone Zählschaltungen.- 5.2.4.1. Binäruntersetzer.- 5.2.4.2. Asynchroner Zehnerzähler im 8-4-2-1-Code.- 5.2.4.3. Schaltzeiten bei asynchronen Zählern.- 6. Registerschaltungen.- 6.1. Register.- 6.2. Schieberegister.- 6.3. Serien-Parallel-Umsetzer.- 6.4. Parallel-Serien-Umsetzer.- 7. Entwurf von Schaltwerken nach der Programmablaufplan-Methode.- 7.1. Beschreibung von Schaltwerken durch den Programmablaufplan.- 7.1.1. Elemente des Programmablaufplans.- 7.1.2. Aufstellen des Programmablaufplans.- 7.2. Ermittlung des Schaltwerks aus einem vorgegebenen Programmablaufplan.- 7.2.1. Beschreibung des Programmablaufplans.- 7.2.2. Entwicklung des Schaltwerks aus dem Programmablaufplan.- 7.2.2.1. Schaltfunktionen für Zähl- und Sprungbefehle.- 7.2.2.2. Schaltfunktionen für die Eingangsvariablen der Flipflops.- 7.2.2.3. Vereinfachungen der Schaltfunktionen.- 7.2.2.4. Schaltplan.- 7.3. Beispiele für den Entwurf von Schaltwerken.- 7.3.1. Impulsfolgeüberwachung.- 7.3.1.1. Aufgabenstellung.- 7.3.1.2. Programmablaufplan.- 7.3.1.3. Verwirklichung im Schaltwerk.- 7.3.2. Einstellbare Ausgabezeiten.- 7.3.2.1. Aufgabenstellung.- 7.3.2.2. Programmablaufplan.- 7.3.2.3. Verwirklichung im Schaltwerk.- 7.3.3. Steuerung einer Zifferneingabe.- 7.3.3.1. Aufgabenstellung.- 7.3.3.2. Aufstellen des Programmablaufplans.- 7.3.3.3. Schaltung des Schaltwerks zur Steuerung der Zifferneingabe.- 8. Schaltwerke mit MSI- und LSI-Schaltungen.- 8.1. Schaltwerke mit getrennten Speicher- und Verknüpfungseinheiten.- 8.1.1. Allgemeine Schaltwerksstruktur.- 8.1.2. Steuerbarer Zähler.- 8.1.3. Schaltwerk nach vorgegebenem Programmablaufplan.- 8.2. Freiprogrammierbare Folgeschaltungen (FPLSs).- 8.3. Anwendungsspezifische Schaltungen (ASICs).- 8.3.1. Abgrenzung zu Schaltwerken mit Standardbausteinen.- 8.3.2. Varianten anwendungsspezifischer Schaltungen.- 8.3.2.1. Gate Arrays.- 8.3.2.2. Standardzellenschaltungen.- 8.3.2.3. Vollkundenspezifische Schaltungen.- 8.3.3. Entwurfsverfahren.- 8.3.4. Logiksimulation.- 9. Funktionseinheiten digitaler Rechenanlagen.- 9.1. Speicherwerke.- 9.1.1. Schreib-Lese-Speicher mit wahlfreiem Zugriff.- 9.1.2. Festwertspeicher.- 9.2. Leitwerke.- 9.2.1. Aufgabe von Leitwerken.- 9.2.2. Leitwerke mit Festwertspeichern.- 9.2.3. Befehlsliste eines Mikroprogramms.- 9.2.4. Mikroprogramm Nullenunterdrückung.- 9.2.4.1. Aufgabenstellung.- 9.2.4.2. Programmablaufplan.- 9.2.4.3. Auflistung des Mikroprogramms.- 9.3. Rechenwerke.- 9.3.1. Halbaddierer.- 9.3.2. Volladdierer.- 9.3.3. Dezimaladdierer für den Exzeß-3-Code.- 9.3.4. Dualaddierer.- 9.3.4.1. Paralleladdierer mit durchlaufendem Übertrag.- 9.3.4.2. Paralleladdierer mit Carry-Look-Ahead-Generator.- 9.3.5. Arithmetisch-logische Einheit.- Weiterführende Literatur.- Lösungen zu den Übungsaufgaben.- Formelzeichen.- Schaltzeichen.- Sachweiser.