Grundlagen der Digitaltechnik - Gerd Walter Wöstenkühler - E-Book

Grundlagen der Digitaltechnik E-Book

Gerd Walter Wöstenkühler

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23,99 €

Beschreibung

Dieses Lehrbuch vermittelt die Grundlagen digitaler Funktionen und Steuerungen mit ihren elementaren Komponenten und Strukturen. Es richtet sich an Studierende der elektrotechnischen Bachelor-Studiengänge und bietet einen schrittweisen Einstieg in die Grundlagen der Digitaltechnik. Ausgehend von den logischen Verknüpfungen werden zunächst die Grundlagen der Schaltalgebra erläutert. Anschließend erfolgt die Darstellung der digitalen Schaltungssynthese, mit der logische Verknüpfungsschaltungen für Steuerungs- und Rechenzwecke entworfen werden. Weitere Kapitel beschreiben Schaltnetze als Basis-Funktionseinheiten digitaler Schaltungen über Wahrheitstabellen oder Schaltfunktionen, Flipflop-Typen, sequentielle Schaltungen und getaktete Schaltwerke. Abschließend werden die Schaltkreisentwicklung mit ihren physikalischen Randbedingungen erläutert und Hardwarefragen besprochen. Das Verständnis digitaler Grundlagen wird durch eine schrittweise Vertiefung und umfangreiche Übungsmöglichkeiten vermittelt. Über 50 Aufgaben mit Lösungen ermöglichen vorlesungsbegleitend selbständiges Lernen und eine grundlegende Prüfungsvorbereitung.Die 2. Auflage wurde komplett durchgesehen und aktualisiert.

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Seitenzahl: 300

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Gerd Wöstenkühler

Grundlagen der Digitaltechnik

Elementare Komponenten, Funktionen

und Steuerungen

2., aktualisierte Auflage

Mit 320 Bildern, 119 Tabellen und 56 Aufgaben mit Lösungen

Die Autoren:

Prof. Dr.-Ing. Gerd Wöstenkühler, Hochschule Harz, Fachbereich Automatisierung und Informatik

Alle in diesem Buch enthaltenen Informationen, Verfahren und Darstellungen wurden nach bestem Wissen zusammengestellt und mit Sorgfalt getestet. Dennoch sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Aus diesem Grund sind die im vorliegenden Buch enthaltenen Informationen mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgendeiner Art verbunden. Autoren und Verlag übernehmen infolgedessen keine juristische Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Art aus der Benutzung dieser Informationen – oder Teilen davon – entsteht.

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Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches, oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren) – auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung – reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden.

© 2016 Carl Hanser Verlag Münchenwww.hanser-fachbuch.de

Lektorat: Franziska Jacob, M. A. Herstellung: Dipl.-Ing. (FH) Franziska Kaufmann Umschlagdesign: Marc Müller-Bremer, www.rebranding.de, München Umschlagrealisation: Stephan Rönigk

ISBN: 978-3-446-44396-9 E-Book ISBN: 978-3-446-44531-4

Verwendete Schriften: SourceSansPro und SourceCodePro (Lizenz) CSS-Version: 1.0

Inhalt

Titelei

Impressum

Inhalt

Vorwort zur zweiten Auflage

1 Einleitung

1.1 Analoge und digitale Darstellungsformen

1.1.1 Analoge Größendarstellung

1.1.2 Digitale Größendarstellung

1.2 Binäre und logische Zustände

1.3 Zahlensysteme

1.4 Codierungen

1.4.1 Binär Codierte Dezimalziffer

1.4.2 Gray-Code

1.5 Verarbeitungsgeschwindigkeit

2 Logische Verknüpfungen

2.1 Grundfunktionen und Grundglieder

2.1.1 UND-Verknüpfung

2.1.2 ODER-Verknüpfung

2.1.3 NEGATION

2.1.4 Verstärker

2.2 Zusammengesetzte Elemente

2.2.1 NAND-Verknüpfung

2.2.2 NOR-Verknüpfung

2.2.3 ANTIVALENZ-Verknüpfung

2.2.4 ÄQUIVALENZ-Verknüpfung

2.2.5 Implikation

2.2.6 Inhibition

2.2.7 Verknüpfungen bei Gliedern mit zwei Eingängen

2.2.8 Wichtige Glieder mit mehr als zwei Eingängen

2.3 Schaltungsanalyse

2.4 Aufgaben

3 Schaltalgebra

3.1 Variable und Konstante

3.2 Rechenregeln

3.2.1 Postulate

3.2.2 Theoreme der Schaltalgebra

3.2.3 Kommutativgesetz

3.2.4 Assoziativgesetz

3.2.5 Distributivgesetz

3.2.6 De-Morgansche-Gesetze

3.2.7 Bindungsregel

3.3 Aufgaben

4 Schaltungssynthese

4.1 Normalformen

4.1.1 Disjunktive Normalform

4.1.2 Konjunktive Normalform

4.2 Schaltungsvereinfachung

4.2.1 Algebraische Vereinfachung

4.2.2 Grafische Vereinfachung

4.2.3 Algorithmische Umformung (Quine-McClusky)

4.3 Aufgaben

5 Schaltnetze

5.1 Darstellung

5.2 Codeumsetzer

5.3 Datenselektor

5.4 Demultiplexer

5.5 Adressdecoder

5.6 Addierer

5.6.1 Halbaddierer

5.6.2 Volladdierer

5.7 Komparator

5.8 Aufgaben

6 Zeitabhängige binäre Schaltungen

6.1 Übersicht

6.2 RS-Flipflop (RS-FF)

6.2.1 Realisierung mit NOR-Gatter

6.2.2 Realisierung mit NAND-Gatter

6.3 Taktzustandsgesteuerte Flipflops

6.3.1 RS-FF (taktzustandsgesteuert)

6.3.2 D-FF (taktzustandsgesteuert)

6.3.3 JK-FF (taktzustandsgesteuert)

6.3.4 JK-MS-FF (taktzustandsgesteuert)

6.4 Taktflankengesteuerte Flipflops

6.4.1 RS-FF (einflankengesteuert)

6.4.2 D-FF (einflankengesteuert)

6.4.3 JK-FF (einflankengesteuert)

6.4.4 T-FF (einflankengesteuert)

6.4.5 RS-MS-FF (zweiflankengesteuert)

6.4.6 JK-MS-FF (zweiflankengesteuert)

6.5 Charakteristische Gleichung

6.6 Synthese-Tabellen

6.7 Monostabile Kippstufen

6.8 Taktgeneratoren

6.9 Aufgaben

7 Einfache sequenzielle Schaltungen

7.1 Zählerschaltungen

7.1.1 Asynchronzähler

7.1.2 Synchronzähler

7.2 Frequenzteiler

7.3 Schieberegister

7.4 Aufgaben

8 Getaktete Schaltwerke

8.1 Einführung

8.2 Mealy-Automat

8.3 Moore-Automat

8.4 Aufgaben

9 Hardware

9.1 Einführung

9.2 Schaltkreisentwicklung

9.3 Physikalische Randbedingungen

9.3.1 Spannungsbereiche

9.3.2 Strombereiche

9.3.3 Geschwindigkeitsbereiche

9.3.4 Gehäuse

9.4 Spezielle Ausgänge

9.4.1 Tri-State-Ausgang

9.4.2 Open-Kollektor-Ausgang

9.5 Spezielle Eingänge

9.6 Strukturen komplexer Bausteine

10 Musterlösungen

10.1 Lösungen zu Kapitel 2

10.2 Lösungen zu Kapitel 3

10.3 Lösungen zu Kapitel 4

10.4 Lösungen zu Kapitel 5

10.5 Lösungen zu Kapitel 6

10.6 Lösungen zu Kapitel 7

10.7 Lösungen zu Kapitel 8

Literatur

Verzeichnis von Formelzeichen und Abkürzungen

Vorwort zur zweiten Auflage

Unsere Welt wird in zunehmendem Maße digitalisiert. Moderne Verfahren ermöglichen den Einsatz immer komplexerer Bausteine. Hiermit können vorhandene Realisierungen preiswerter erstellt, mit zusätzlichen Funktionen ausgestattet und/oder durch digitale Steuerungen ersetzt werden. Die Werkzeuge zur Erstellung dieser digitalen Funktionen und Steuerungen verwenden immer häufiger Abstraktionen. Die Kenntnisse der elementaren Grundschaltungen ermöglichen eine effektivere Nutzung der eingesetzten Tools.

Dieses Buch vermittelt die Grundlagen digitaler Funktionen und Steuerungen. Es ist nicht das Ziel, komplexe Entwurfswerkzeuge durch manuelle Synthese zu ersetzen, sondern die Kenntnisse über elementare Komponenten und Strukturen zu vermitteln, mit denen moderne Entwurfswerkzeuge effizienter eingesetzt werden können.

Die Inhalte des Buches basieren auf dem Lehrplan der Grundlagen-Vorlesungen „Digitaltechnik“ und „Digitale Systeme“, die ich seit vielen Jahren an der Hochschule Harz in Wernigerode halte. Zielgruppe sind Studierende elektrotechnischer Bachelor-Studiengänge, aber auch interessierte Studierende anderer technischer Ausbildungsrichtungen. Das Verständnis digitaler Grundlagen wird durch eine schrittweise Vertiefung und umfangreiche Übungsmöglichkeiten vermittelt. Das Buch eignet sich neben der Vorlesungsbegleitung auch zur Prüfungsvorbereitung und zum Selbststudium.

Mein Dank geht an die Mitarbeiter des Hanser Verlages, Frau Mirja Werner, die dieses Werk initiiert hat, Herrn Dr. Martin Feuchte für die Betreuung während der Abschlussphase der ersten Auflage und Frau Franziska Jacob für die Betreuung der zweiten Auflage sowie Frau Franziska Kaufmann für die technische Realisierung. Auch bedanke ich mich bei meiner Frau für die Unterstützung bei der Korrektur des Manuskripts und ihr Verständnis, dass ich viel Zeit in dieses Buch investiert habe.

Paderborn, Oktober 2015Gerd Wöstenkühler
1Einleitung
2Logische Verknüpfungen