Skip to content

Digitaltechnik

Logikpegel

  • Elektrischen Spannungen werden logische Zustände zugeordnet.
  • Die eigentliche Spannung auf einer elektrischen Leitung ist in der Digitaltechnik nicht mehr vom Interesse.
Zustand Physikalische Größe Pegel Logischer Wert Boolescher Ausdruck
Ein \(5\si V\) H (High) \(1\) true
Aus \(0\si V\) L (Low) \(0\) false
  • Bei der Eingabe und Ausgabe eines Digitalsignals gibt es verschiedene Toleranzen:

alt: "Typische Digitalpegel", src: "allaboutcircuits.com", w:50

Analog-Digital-Wandler

Flash-Wandler

alt: "Aufbau eines Flash-ADC", w:30

Aufgabe

Die folgenden Abbildung zeigt das Blockschaltbild eines ADCs mit einem Messbereich von 0 bis 5 V. Welche OPV-Ausgänge werden aktiviert, wenn eine Eingangsspannung von 4,5 V angelegt wird?

Abbildung siehe oben

ADC mit Sukzessive-Approximation

alt: "Aufbau eines SAR-ADCs", src: "Wikipedia-Commons", w:66

alt: "Funktionsweise eines SAR-ADCs", src: "sascha.uni-saarland.de", w:33

alt: "Möglicher Aufbau eines DACs", src, "learnabout-electronics.org", w:33

Logikgatter

Theorie

UND / AND

alt: "AND-Gate", w:75

ODER / OR
alt: "OR-Gate", w:75

Negator / Inverter
alt: "Inverter", w:75

Exlusiv-Oder / XOR
alt: "XOR-Gate", w:50

Elektrotechnischer Aufbau

RTL-Schaltung
Am Beispiel eines NAND-Gatters:
alt: "NAND-Gatter als RTL-Schaltung", w:33

CMOS-Schaltung
- CMOS = complementary metal-oxide-semiconductor
- Integrierte Schaltungen, die sowohl p- als auch n-Kanal-MOSFETs verwenden.

alt: "CMOS-Inverter", src: "Wikipedia-Commons", w:33

alt: "CMOS-UND-Gatter", src:"allaboutcircuits.com", w:50

Integrierte Schaltkreise
alt: "Pinbelegung eines CD4001", src: "Wikipedia-Commons", w:33

Aufgabe

An vier Digitalschaltungen werden jeweils die Eingangssignale \(A\) und \(B\) angeschlossen. Die Ausgangssignale der Digitalschaltungen sind im Bild mit \(X_1\) bis \(X_4\) angegeben. Zeichnen Sie den Aufbau der vier Digitalschaltungen.

w:33

Aufgabe

Die folgenden Eingangssignale \(A\) und \(B\) werden an die folgenden Schaltung angelegt. Zeichnen Sie das resultierenden Ausgangssignal \(X\).

w:50

Aufgabe

Erstellen Sie den Schaltplan der Digitalschaltung, die die folgenden Wahrheitstabelle erfüllt.

w:25

Flip-Flops

RS-Flip-Flop

  • Ein RS-Flip-Flop kann mit zwei NAND-Gattern aufgebaut werden

alt: "Aufbau eines RS-Flip-Flops", w:33

alt: "Signalverlauf eines RS-Flip-Flops", w:33

1 Unbekannter Zustand
2 Setzen
3 Halten
4 Löschen
5 Halten

D-Flip-Flop

  • Ein D-Flip-Flop besitzt einen Dateneingang (D) und einen Takteingang (T).
  • Der Zustand des Dateneingangs wird für einen Taktzyklus gespeichert und am Ausgang ausgegeben.

alt: "Aufbau eines D-Flip-Flop", w:50

Frequenzteiler mit D-Flip-Flop

alt: "Aufbau eines Frequenzteilers", src: "electronics-tutorials.ws", w:33

alt: "Signalverlauf des Frequenzteilers", src: "theorycircuit.com", w:50

Rechentechnik

Aufbau einer CPU

alt: "Typischer Aufbau einer CPU", src: "geeksforgeeks.org", w:66

Aufbau eines Mikrocontrollers

alt: "Aufbau eine Mikrocontrollers am Beispiel des ATmega328p", src: "theengineeringprojects.com", w:66

Digitale Signalverarbeitung

Signalflussplan

alt: "Digitale Signalverarbeitung - Typischer Signalfluss", w:75

Abtastfrequenz

  • Das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem beschreibt den Effekt, dass in der Folge \(x[n]\) nur dann die vollständige Information des analogen Signalverlaufs enthalten sein kann, wenn dessen höchsten Frequenzanteile \(f_{S,max}\) kleiner als die halbe Abtastfrequenz \(f_A\) sind.
\[f_A > 2\cdot f_{S,max} \]
  • Wird das Abtasttheorem nicht eingehalten, so entstehen Aliasing-Effekte.
    alt: "Aliaseffekte", src: "Wikipedia-Commons", w:50