Inhaltsverzeichnis
Schreibweise und Formelzeichen der wichtigsten Größen
1. Einleitung
1.1 Analoge und digitale Signale
1.1.1 Analoge Signale
1.1.2 Digitale Signale
1.2 Aufgaben digitaler Schaltungen
1.3 Vorteile der digitalen Signalverarbeitung
1.4 Realisierung digitaler Systeme
1.4.1 Verdrahtungs- und speicherprogrammierte Signalverarbeitung
1.4.2 Verknüpfungs- und Arbeitsprinzipien
1.4.3 Kombinations- und Folgeschaltungen
1.4.4 Standard- und Kundenschaltungen
1.5 Entwicklung der digitalen Schaltungstechnik

2. Zahlendarstellung und Grundrechenarten
2.1 Zahlendarstellung in der Digitaltechnik
2.1.1 Zahlensysteme
2.1.1.1 Dualsystem (natürliches Binärsystem)
2.1.1.2 Oktalsystem
2.1.1.3 Hexadezimalsystem (Sedezimalsystem)
2.1.1.4 BCD-Zahlen
2.1.2 Bipolare Darstellung
2.1.2.1 Vorzeichen und Betrag
2.1.2.2 Offsetbinäre Darstellung
2.1.2.3 Einerkomplement-Darstellung
2.1.2.4 Zweierkomplement-Darstellung
2.2 Grundrechenarten im Dualsystem
2.2.1 Addition
2.2.2 Subtraktion
2.2.3 Multiplikation
2.2.4 Division

3. Logikgatter
3.1 Positive und negative Logik
3.2 Pegelbereiche
3.3 Elementare Grundgatter
3.4 Beispiele für erweiterte Grundgatter.
Verdrahtete Logik
3.5 Kenngrößen von Logikgattern
3.5.1 Statische Kenngrößen
3.5.2 Dynamische Kenngrößen

4. Schaltungsfamilien
4.1 Bauelemente in monolithischen integrierten Schaltungen
4.2 Bipolare integrierte Schaltungen
4.2.1TTL-Schaltungen
4.2.1.1 Überblick
4.2.1.2 Standard-TTL und Varianten
4.2.1.3 Low-Power-Schottky-TTL-Familie (LS-TTL)
4.2.1.4 Schottky-TTL-Familie (S-TTL)
4.2.1.5 Advanced Low-Power-Schottky (ALS)-
und Advanced Schottky-(AS-)TTL-Familien
4.2.2 I2L-Schaltungen
4.2.3 ECL-Schaltungen
4.3 MOS-Schaltungen
4.3.1 Statische Einkanal-MOS-Schaltungen
4.3.2 CMOS-Schaltungen (Komplementäre MOS-Technik)
4.3.2.1 Inverter
4.3.2.2 Verknüpfungsprinzipien, Grundschaltungen
4.3.2.3 CMOS-Baureihe 4000 (Metall-Gate)
4.3.2.4 Hochgeschwindigkeitsreihen HC/HCT
4.3.2.5 Advanced CMOS-Reihe AC/ACT
4.3.2.6 Advanced High-Speed CMOS-Reihe AHC/AHCT
4.3.2.7 Herstellungstechnologie
4.3.2.8 Trend
4.3.3 Dynamische MOS-Schaltungen
4.4 BiCMOS-Schaltungen
4.5 Schaltkreisreihen mit 3,3 V Betriebsspannung
(Low-Voltage-Baureihen)
4.6 Vergleich der Schaltungsfamilien
4.7 Interfaceschaltungen
4.7.1 Allgemeines
4.7.2 Interface-Schaltkreise für die Ansteuerung großer Lasten
4.8 Weitere Entwicklung der Technologie und der Leistungsfähigkeit von integrierten Schaltungen

5. Rückgekoppelte Kippschaltungen
5.1 Einführung
5.2 Schmitt-Trigger (Schwellwertschalter)
5.2.1 Schmitt-Trigger mit Operationsverstärker bzw. Analogkomparator
5.2.2 Schmitt-Trigger mit Einzeltransistoren
5.2.3 Integrierte Schaltungen
5.3 Flipflop-Stufen
5.3.1 Wirkprinzip. Grund-Flipflop
5.3.2 Flipflops mit Freigabeeingang (AuffangFlipflops)
5.3.3 Zähl-Flipflops (Zwischenspeicher-Flipflops)
5.3.4 Systematik der Flipflop-Stufen
5.3.4.1 Unterscheidung hinsichtlich der
Wirkungsweise des Taktimpulses
5.3.4.2 Unterscheidung hinsichtlich des logischen Verhaltens
5.4 Univibratoren (Monoflops)
5.5 Multivibratoren (astabile Multivibratoren)
.5.1 Aufbau mit diskreten Bauelementen
5.5.2 Aufbau mit Operationsverstärkern
5.5.3 Aufbau mit logischen Gattern; integrierte Multivibratoren
5.6 Frequenzverdoppler, Frequenzvervielfacher
5.7 Sperrschwinger

6. Kodewandler und Multiplexer
6.1 Kodewandler
6.1.1 Dekodierer
6.1.2 Kodierer, Prioritäts-Dekoder
6.2 Multiplexer und Demultiplexer
6.2.1 Multiplexer
6.2.1.1 Grundstruktur
6.2.1.2 Zusammenschalten von Multiplexern
6.2.1.3 Anwendung
6.2.2 Demultiplexer
6.2.2.1 Grundstruktur
6.2.2.2 Zusammenschalten von Demultiplexern
6.2.2.3 Anwendung

7. Zähler und Frequenzteiler
7.1 Dualzähler
7.1.1 Asynchrone Dualzähler
7.1.1.1 Reiner Binärzähler
7.1.1.2 Rückwärtszähler
7.1.1.3 Vorwärts-Rückwärts-Zähler
7.1.2 Synchrone Dualzähler
7.2 Dezimalzähler (8-4-2-1-BCD-Zähler)
7.3 Zähler und Teiler für beliebige Teilerverhältnisse
7.4 Vorwahl-Voreinstellung
7.5 Mehrstufige Zähler
7.6 Integrierte Schaltungen
7.7 Anwendungen

8. Anzeigeelemente und ihre Ansteuerschaltungen
8.1 Digitale Anzeigeelemente
8.1.1 Projektionseinheiten
8.1.2 Gasentladungsanzeigeröhren. Plasma-Displays
8.1.3 Lumineszenzdiodenanzeigen (LED)
8.1.4 Flüssigkristallanzeigen (LCD)
8.1.5 Vakuumfluoreszenzanzeigen (VFD)
8.1.6 Kaltkatodenfluoreszenzlampen (CCFL)
8.1.7 Elektrolumineszenzanzeigen (ELD)
8.1.8 Ferroelektrische Displays (FLCDs)
8.1.9 Feldemissions-Displays (FEDs)
8.1.10 Digital Mirror Devices (DMD)
8.2 Ansteuerung digitaler Anzeigeelemente
8.2.1 Grundprinzip
8.2.2 Multiplexbetrieb von Anzeigeeinheiten
8.2.3 Ansteuerung von LCD
8.3 Quasianaloganzeigen

9. Halbleiterspeicher
9.1 Gruppen von Halbleiterspeichern
9.2 Parallelregister
9.3 Schieberegister
9.3.1 Wirkungsweise
9.3.2 Varianten
9.3.3 Umlaufspeicher
9.3.4 Dekadische Ringzähler
9.3.5 Takt-, Wort- und Zufallsgeneratoren
9.3.6 Anwendungen
9.4 Ladungsgekoppelte Anordnungen (CCD-Speicher)
9.4.1 Wirkungsweise
9.4.2 Technische Realisierung
9.5 Matrixspeicher
9.5.1 Festwertspeicher (ROM)
9.5.1.1 Struktur
9.5.1.2 Programmierbare Festwertspeicher(PROM, EPROM, EEPROM,FLASH-EEPROM)
9.5.2 Schreib-/Lese-Speicher (RAM)
9.5.2.1 Statische RAMs
9.5.2.2 Dynamische RAMs
9.5.2.2.1 Funktion und Architektur
9.5.2.2.2 Varianten zur Verkürzung der Zugriffszeit
9.5.2.2.3 64-Mbit-/1-Gbit-DRAM
9.5.3 Assoziativspeicher (CAM)
9.6 Weitere Speicherprinzipien

10. Anwendungen von Festwertspeichern
10.1 Kombinatorische ROM-Anwendungen (Schaltnetze)
10.1.1 Tabellenspeicher (Look-up-Table)
10.1.2 Funktionsgeneratoren
10.1.3 Kodewandler
10.1.4 Zeichengeneratoren
10.1.5 Sequenzgeneratoren
10.1.6 ROM-Schaltnetze (kombinatorische Schaltungen) allgemein
10.2 Sequentielle ROM-Anwendungen (Schaltwerke)
10.2.1 Prinzip
10.2.2 Beispiele

11. Anwendungsspezifische Schaltkreise (ASICs)
11.1 Überblick
11.2 Programmierbare Logikanordnungen (PLDs)
11.2.1 Prinzipielle Struktur einer PLA
11.2.2 Wirkungsweise einer PLA
11.2.3 Entwurfsmethodik für die PLA-Programmierung
11.2.4 EPLDs (Erasable Programmable Logic Devices)
11.2.4.1 Makrozellenstruktur
11.2.4.2 Zustandsmaschinen mit EPLDs
11.2.4.3 Programmentwicklungswerkzeuge
11.2.5 GALs (Generic Array Logic)
11.3 Komplexe programmierbare
Logikanordnungen (CPLDs)
11.4 Feldprogrammierbare Gate Arrays (FPGAs)
11.4.1 Architektur
11.4.2 XILINX-LCAs
11.4.2.1 Architektur
11.4.2.1.1 Konfigurierbare Logikblöcke
11.4.2.1.2 E/A-Block
11.4.2.1.3 Programmierbare Verbindungen
11.4.2.2 Entwicklungssystem
11.4.3 ACTEL-FPGAs
11.4.3.1 Architektur
11.4.3.2 Logikmodule und Verbindungstechnik
11.4.3.3 Entwicklungssystem
11.5 Gate Arrays
11.5.1 Aufbau von Gate Arrays
11.5.2 Entwurf von Gate Arrays
11.5.3 Industrielle Beispiele
11.5.4 Analoge und gemischte Analog-/Digitalschaltungen
11.6 Standardzellen
11.6.1 Aufbau
11.6.2 Entwurf
11.7 Anwendungsspezifische Standardprodukte

12. Arithmetische Grundschaltungen
12.1 Binäre Komparatoren
12.2 Addierer und Subtrahierer für Dualzahlen
12.2.1 1-bit-Addierer
12.2.2 Mehrstellige Addierer und Subtrahierer
12.3 Arithmetik-Logik-Einheit
12.4 Fehlererkennung (Parität)

13. Mikroprozessoren und Mikrorechner
(Hardware)
13.1 Struktur und Funktion eines Mikrorechners
13.1.1 Idealer Mikrorechner
13.1.2 Struktur des Mikrorechners
13.1.3 Bussystem
13.1.4 Arbeitsweise eines Mikrorechnerminimalsystems
13.2 Mikroprozessor
13.2.1 Architektur
13.2.2 Funktion
13.2.2.1 Arbeitszyklen des Prozessors
13.2.2.2 Abarbeitung eines Befehls
13.3 Anschluß von Speichern
13.3.1 Allgemeines
13.3.2 Anschluß von ROMs
13.3.3 Anschluß von RAMs
13.4 Eingabe-/Ausgabe-Verfahren
13.4.1 Adressierung des Peripheriegerätes
13.4.1.1 Getrennte (isolierte) Adressierung und Speicheradressierung (memory mapped E/A)
13.4.1.2 Dual kodierte und lineare Adressenauswahl
13.4.2 Datenaustausch
13.4.2.1 Programmierter Datenaustausch
13.4.2.1.1 Synchroner (unbedingter) Datenaustausch
13.4.2.1.2 Asynchroner (bedingter) Datenaustausch (Handshake-Methode)
13.4.2.2 Interruptbetrieb (Programmunterbrechung)
13.4.2.2.1 Interrupt-Realisierungsmöglichkeiten
13.4.2.2.2 Mehrfachinterrupt
13.4.2.2.3 Interruptarbeitsweise
13.4.2.3 Direkter Speicherzugriff (DMA)
13.4.3 Serielle Datenübertragung
13.4.4 Beispiele industrieller E/A- und Zusatzschaltungen
13.4.4.1 überblick
13.4.4.2 Einfache Interfaceschaltungen
13.4.4.3 Schaltkreis für parallele Ein- und Ausgabe Z80-PIO
13.4.4.4 Schaltkreis für serielle Ein- und AusgabeZ80-SIO
13.4.4.5 Zähler/Zeitgeber Z80-CTC
13.5 Beispiele industrieller Mikroprozessoren/Mikrorechner
13.5.1 Übersicht und Trend
13.5.2 8-bit-Mikroprozessoren
13.5.2.1 Intel 8080
13.5.2.1.1 Architektur
13.5.2.1.2 Arbeitszyklen des Prozessors
13.5.2.1.3 Typischer Mikrorechner mit dem Mikroprozessor 8080
13.5.2.2 Z80
13.5.2.2.1 Architektur
13.5.2.2.2 Adressierungsarten, Befehle
13.5.2.2.3 Interface zum 8080-System
13.5.2.2.4 Mikrorechner mit der CPU Z80
13.5.2.2.5 CMOS-Familie Z80-CMOS
13.5.2.3 Intel 8085 A
13.5.3 16-bit-Mikroprozessoren
13.5.3.1 Intel 8086
13.5.3.2 System 80286
13.5.4 32- und 64-bit-Mikroprozessoren
13.5.5 Einchipmikrorechner
13.5.5.1 Familien 8048/8051/8096
13.5.5.2 Z8
13.5.5.3 Anwendungsspezifische Einchipmikrorechner
13.5.5.4 Betriebsarten mit reduziertem Leistungsverbrauch
13.5.5.5 4-bit-Mikrocontroller
13.6 Multiprozessor- und Mehrrechnersysteme
13.7 Signalprozessoren
13.8 RISC-Architekturen
13.9 Transputer

14. Mikroprozessoren und Mikrorechner (Software)
14. 1. Einführung
14.2 Initialisierungsroutinen
14.3 Schritte bei der Programmerstellung
14.4 Flußdiagramme
14.5 Programmiersprachen
14.5.1. Maschinensprache (maschinenorientiert)
14.5.2 Assemblersprache
14.5.3 Höhere Programmiersprachen (anwendungs- oder problemorientiert)
14.5.4 Schreibweise von Assemblerprogrammen
14.6 Adressierungsarten
14.7 Befehle
14.8 Programmstrukturen
14.8.1 Offene Strukturen
14.8.2 Geschlossene Strukturen
14.9 Programmierungstechniken
14.9.1 Geradeausprogrammierung
14.9.2 Verteiler
14.9.3 Schleifentechnik
14.9.4 Unterprogrammtechnik
14.9.5 Makros
14.9.6 Bitmanipulation
14.10 Programmierbeispiel
14.11 Systementwurf mit Mikroprozessoren
14.12 Entwicklungshilfsmittel
14.12.1.Hardware-Entwicklungshilfsmittel
14.12.2 Software-Entwicklungshilfsmittel
14.12.2.1 Cross-Software
14.12.2.2 Residente Software

15. Hilfsschaltungen für digitale Systeme
15.1 Kontaktentprellung
15.2 Erzeugung von Nadelimpulsen
15.3 Synchronisation asynchroner Signale
15.4 Ausblenden einer Impulsgruppe
15.5 Takterzeugung
15.6 Hilfsspannungserzeugung
15.7 Busschalter und 5-V-/3-V-SpannungsÜbersetzer.Crossbar-Technologie (CBT)

16. Datenübertragung und Störeinflüsse
16.1 Bussysteme
16.1.1 Allgemeines
16.1.2 Einheitliche Busschnittstellen
16.1.2.1 Parallele Bussysteme
16.1.2.1.1 Multibus I (IEEE 796)
16.1.2.1.2 Multibus II
16.1.2.1.3 IEC-Bus
16.1.2.1.4 PC-Bussysteme
16.1.2.2 Serielle Bussysteme
16.2 Datenübertragung
16.2.1. Allgemeines
16.2.2 Einheitliche serielle Schnittstellen
16.3 Übertragungsleitungen
16.3.1 Ersatzschaltbild. Wellenwiderstand
16.3.2 Signalausbreitung auf der Leitung
16.3.3 Elektrisch kurze und elektrisch lange Leitung bei der digitalen Signalübertragung
16.4 Signalreflexionen
16.4.1 Rechtecksprung
16.4.2 Rechteckimpulse
16.4.3 Berechnung von Mehrfachreflexionen
16.4.3.1 Positiver Rechtecksprung (LH-Flanke)
16.4.3.2 Negativer Rechtecksprung (HL-Flanke) bei überlagerter Gleichspannung
16.4.4 Frequenzabhängiger Lastwiderstand
16.4.5 Maßnahmen zum Vermeiden von Signalreflexionen
16.5 Übersprechen zwischen zwei Leitungen
16.6 Interne und externe Störsignale
16.6.1. Interne Störsignale
16.6.1.1 Betriebsspannungs- und Masseleitungen
16.6.1.2 Stützkondensatoren (Bypaß-Kondensatoren)
16.6.1.3 Simultaneous Switching
16.6.1.4 Erdung und Masseverbindung
16.6.1.5 Weitere Maßnahmen
16.6.2 Externe Störsignale

17. Entwurf digitaler Systeme
17.1 Entwurf von Kombinationsschaltungen (Schaltnetze)
17.1.1 Beschreibungsmöglichkeiten von Kombinationsschaltungen
17.1.1.1 Schaltfunktion
17.1.1.2 Schaltbelegungstabelle (SBT)
17.1.1.3 Schaltbelegungstabelle und kanonische Normalformen
17.1.1.4 Karnaugh-Tafel
17.1.2 Vereinfachung (Minimierung) von Schaltfunktionen
17.1.2.1 Vereinfachung von Schaltfunktionen mit Regeln der Schaltalgebra
17.1.2.2 Vereinfachung von Schaltfunktionen mit Karnaugh-Tafeln
17.1.3 Praktische Realisierung von Kombinationsschaltungen
17.1.3.1 Realisierung mit logischen Gattern
17.1.3.2 Realisierung mit programmierbaren Logikfeldern
17.1.3.3 Realisierung mit Multiplexern (Demultiplexern)
17.1.3.4 Realisierung mit Festwertspeichern
17.2 Entwurf sequentieller Schaltungen (Folgeschaltungen, Schaltwerke)
17.2.1 Allgemeines
17.2.2 Beschreibungsmöglichkeiten sequentieller Schaltungen
17.2.2.1 Zustandsgraph
17.2.2.2 Automatentabelle (Zustandstabelle)
17.2.2.3 Karnaugh-Tafel
17.2.2.4 Überführungsfunktion(Zustandsgleichung)
17.2.2.5 Register-Transfer-Methode
17.2.3 Systementwurf. Allgemeiner Ablauf
17.2.3.1 Realisierung mit Gattern und Flipflops (verdrahtungsprogrammiert)
17.2.3.1.1 Hauptschritte
17.2.3.1.2 Allgemeingültige Ansteuergleichungen für Flipflops
17.2.3.1.3 Entwurf des Schaltnetzes zur Ansteuerung der Flipflops (Schaltznetz 1)
17.2.3.1.4 Ableitung der Überführungsfunktionen aus dem Zustandsgraphen
17.2.3.1.5 Herleitung des Schaltnetzes zur Erzeugung der Ausgangsvariablen (Schaltnetz 2)
17.2.3.2 Realisierung mit MSI-Schaltungen
17.2.3.3 Realisierung mit programmierbaren LSI-Schaltungen (speicherprogrammiert)
17.2.3.3.1 Mikroprozessorsystem
17.2.3.3.2 Mikroprogrammsteuerung
17.2.4 Realisierungsbeispiel
17.2.4.1 Verdrahtungsprogrammierte Realisierung
17.2.4.2 Realisierung mit PROM
17.2.4.3 Mikroprozessorvariante
Anhang 1 Befehlssatz des Mikroprozessors Z80 (Assemblersprache)
Anhang 2 Überblick über die Grundbefehle des Einchipmikrorechners Z8
Anhang 3 Befehlssatz des 16-bit-Mikroprozessors 8086/8088
Anhang 4 Befehlssatz des Mikrocontrollers 8051
Literaturverzeichnis