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I Fachhochschule Karlsruhe

Hochschule fu"r Technik Fachbereich Nachrichtentechnik

Skript fu"r Digitaltechnik I

(N1)

Stand: 18.04.1997 Prof. Dr.-Ing. J. Sto"ckle Geb. E, Raum 307, Tel. (0721) 925-1574%%[ Page: 1 ]%%


II Inhaltsverzeichnis Kapitel Bezeichnung Seite 0 Einfu"hrung und U"berblick 1 0.1 Analog und Digital; Abgrenzung und Vergleich 1 0.2 Was ist ein Bit ? 1 0.3 Anwendungen in der Digitaltechnik 2

1 Zahlensysteme 3 1.1 Polyadische Zahlensysteme 4 1.2 Zahlenumwandlung 4 1.3 Arithmetik im Dualsystem 6 1.4 Darstellung negativer Zahlen 7 1.4.1 Einser-Komplement 8 1.4.2 Zweier-Komplement 8

2 Kodierung 10 2.1 Numerische Codes 12 2.1.1 Wortcodes 12 2.1.1.1 Dualcode 12 2.1.1.2 Gray-Code 13 2.1.2 Zifferncodes 14 2.1.2.1 8-4-2-1-Code 14 2.1.2.2 BCD-Za"hlcode 15 2.1.2.3 Aiken-Code 15 2.1.2.4 1-aus-10-Code 16 2.1.2.5 Stiebitz- (3-Excess-) Code 16 2.1.2.6 Libow-Craig-Code 17 2.1.2.7 Ziffernsicherungscode Nr.3 17 2.2 Alphanumerische Codes 18 2.2.1 ASCII-Code 18 2.2.2 Fernschreibcode Nr.2 (Boudot-Code) 19 2.3 Codesicherung 19 2.3.1 Fehlererkennungs-Codes 20 2.3.1.1 Parity-Check (Parita"tskontrolle) 20 2.3.1.2 m-aus-n-Codes 21 2.3.2 Fehlerkorrigierende Codes 21 2.3.2.1 Verfahren der Blocksicherung 21 2.3.2.2 Hamming-Codes 21%%[ Page: 2 ]%%


III Kapitel Bezeichnung Seite 3 Schaltalgebra 24 3.1 Schaltvariable und Schaltfunktion 24 3.2 Rechenregeln 24 3.2.1 Rechenregeln fu"r Konstanten 25 3.2.2 Rechenregeln fu"r Variablen und Konstanten 25 3.2.3 Verknu"pfungen und Schaltsymbole 26 3.2.4 Vorrangregeln (DIN 66000) 31 3.2.5 Normalformen 32 3.2.5.1 Disjunktive Normalform 33 3.2.5.2 Konjunktive Normalform 34

4 Logisch-physikalische Zusammenha"nge 35 4.1 Verwendung von Logikpegeln 35 4.2 Zuordnung von logischen Zusta"nden zu Logikpegeln 36 4.3 Verwendung von Polarita"tsindikatoren 37

5 Minimieren von Schaltfunktionen mit dem KV-Diagramm 38 5.1 KV-Diagramme fu"r zwei Schaltvorga"nge 38 5.2 KV-Diagramme fu"r mehr als zwei Variablen 39 5.3 Redundanz 39 5.4 Konjunktive Minimalform 40 5.5 entfa"llt 5.6 Vorgehen bei der Minimierung 40

6 Elektronische Realisierung der Schaltelemente 41 6.1 Relais-Logik 41 6.2 Dioden-Logik 42 6.3 Transistor-Logik 43 6.3.1 Resistor-Transistor-Logik (RTL) 43 6.3.2 Dioden-Transistor-Logik (DTL) 43 6.3.3 Transistor-Transistor-Logik (TTL) 44 6.3.4 Integrated Injection Logik (I 2 L) 44 6.3.5 Emitter-Coupled-Logik (ECL) 45 6.3.6 NMOS-Logik 45 6.3.7 CMOS-Logik 46 6.4 Ausgangsschaltungen 47 6.5 Eingangsschaltungen 51 6.6 Schaltkreisfamilien 51 6.7 Zusammenschalten verschiedener Familien 52 6.8 EGB-Schutzmassnahmen 53%%[ Page: 3 ]%%


IV Kapitel Bezeichnung Seite 7 Analyse von Schaltnetzen 54

8 Synthese von Schaltnetzen 58 8.1 Minimalformen 58 8.2 Ha"ufig benutzte Schaltnetze 60 8.2.1 Vergleicher 60 8.2.2 Code-Umsetzer 63 8.2.3 Multiplexer 65 8.2.4 Demultiplexer 67 8.2.5 Rechenschaltungen 68 8.3 Normalformen 69 8.3.1 Realisierung mit MUX 69 8.3.2 Realisierung mit ROM 72

9 Schaltwerke 74 9.1 Einfu"hrung 74 9.1.1 Schaltnetze und Schaltwerke 74 9.1.2 Zustandsdiagramme und Zustandsfolgetabelle 74 9.1.3 Struktur von Schaltwerken 77 9.1.4 Asynchroner und synchroner Betrieb 78 9.2 Flipflop's (FF's) 79 9.2.1 RS-Flipflop 79 9.2.2 FF's mit Taktsteuerung 81 9.2.2.1 Taktzustandsgesteuerte Einspeicher-FF 81 9.2.2.2 Taktzustandsgesteuerte Zweispeicher-FF 83 9.2.2.3 Taktflankengesteuerte FF's 85 9.2.3 Konvertierung von FF's 87 9.2.4 U"berblick 88 9.3 Za"hler 89 9.3.1 Synchrone Za"hler 89 9.3.2 Asynchrone Za"hler 90 9.4 Register 91 9.4.1 Auffangregister (Latch) 91 9.4.2 Schieberegister 92 9.4.3 Schieberegister mit Ru"ckfu"hrung 93

Anhang A Index-Verzeichnis 96%%[ Page: 4 ]%%


1 Digitaltechnik 0 Einfu"hrung und U"berblick 0.1 Analog und Digital; Abgrenzung und Vergleich