B. Kainka und L. Gollub:

Digitale Elektronik im Experiment

Elektor-Verlag, 2009

Vorwort

Digitale Elektronik steht im Mittelpunkt moderner Technik. Wenn man sich aktuelle Geräte ansieht, findet man hauptsächlich hochintegrierte Schaltungen, Mikrocontroller, programmierbare Logikbausteinen usw. Was man eher selten findet sind einfache digitale ICs wie den 4001 oder 4093. Man könnte meinen, der Umgang mit solchen Bausteinen sei schon überholt. Sollte man nicht gleich mit einem Mikrocontroller beginnen? Da ist ja eigentlich alles drin was man an digitaler Elektronik braucht. Und trotzdem haben wir uns entschieden, gerade die ganz einfachen Schaltungen mit Gattern, Flipflops und Zählern aus der CMOS-Reihe 4000 in den Mittelpunkt zu stellen. Hier liegen die eigentlichen Ursprünge der digitalen Schaltungstechnik. Nur wer wirklich verstanden hat wie ein digitaler Schaltkreis arbeitet kann auch erfolgreich mit höher integrierten Bausteinen umgehen. Wenn man sich das Datenblatt eines Mikrocontrollers anschaut wird klar, dass der Hersteller dieses Bausteins selbstverständlich davon ausgeht, dass der Leser die Grundlagen digitaler Elektronik versteht. Es ist voll mit Detailschaltbildern einzelner digitaler Baugruppen. Auch um einen Mikrocontroller überhaupt programmieren zu können, muss man logische Funktionen und Verknüpfungen verstanden haben.

Zwar gibt es zahlreiche Bücher, die das theoretische Wissen vermitteln, aber das Studium der Grundlagen geht am besten mit praktischen Versuchen. Der Aufbau digitaler Schaltungen soll nicht nur Wissen vermitteln sondern auch Spaß machen. Viele der hier vorgestellten 50 Schaltungen sind auch praktisch einsetzbar. Wer den Überblick hat findet für jede Aufgabe die einfachste und preiswerteste Lösung. Zum Überblick gehören auch digitale CMOS-ICs, die wir hier in praktischen Experimenten vorstellen. Bei der Arbeit an diesem Buch haben wir uns die Aufgaben geteilt: Lars Gollub hat alle Versuche entwickelt und die Schaltbilder sowie die Aufbaubilder gezeichnet. Burkhard Kainka hat den Text geschrieben.

Wir wünschen viel Freude bei den Experimenten!
Burkhard Kainka und Lars Gollub




Inhalt:

1 Einleitung    8
1.1 Bauteile    9
2 Grundlagen der Digitaltechnik    13
2.1 Bits und Binärzahlen    13
2.2 Digitale Grundfunktionen    14
2.3 IC-Familien    16
3 Gatterfunktionen    17
3.1 NAND-Gatter    19
3.2 NAND-Gatter als Inverter    23
3.3 AND-Gatter    26
3.4 NOR-Gatter    28
3.5 NOR-Gatter als Inverter    30
3.6 OR-Gatter    34
3.7 Aus NOR wird AND    36
3.8 Aus NOR wird NAND    38
3.9 Aus NAND wird OR    40
3.10 Aus NAND wird NOR    42
3.11 XOR    44
3.11 XNOR    46
3.12 Mehrheitsfunktion    48
4 Flipflops    50
4.1 RS-Flipflop mit NOR-Gattern    50
4.2 RS-Flipflop mit NAND-Gattern    52  (Beispielkapitel)
4.3 JK-Flipflop als RS-Flipflop    54
4.4 Das JK-Flipflop    56
4.4 Schieberegister   58
4.5 Ring-Schieberegister    63
5 Zähler    65
5.1 Zähler bis 3    65
5.2 4-Bit-Zähler    68
5.3 Synchronzähler   70
5.5 Vorwärts/Rückwärtszähler    73
6 Die Ziffernanzeige    76
6.1 Ziffern-Segmente    76
6.2 7-Segment-Dekoder    78
6.3 Zähler 0 … 9    80
6.4 Countdown 9 … 0    82
7 Oszillatoren    84
7.1 Blinklicht    84
7.2 Wechselblinker    87
7.3 Metronom    88
7.4 Tongenerator    90
8 Anwendungen    92
8.1 Lichtgesteuerter Ton    92
8.2 Miniorgel    94
8.3 Sirene    96
8.4 Dämmerungsschalter    98
8.5 Alarmanlage    100
8.6 Lichtgesteuerte Alarmanlage    102
8.7 Lauflicht    104
8.8 Ampelsteuerung    108
8.9 Ausschaltverzögerung    111
8.10 Einschaltverzögerung    112
8.11 Zeitschalter    114
8.12 Flurlichtautomat    116
8.13 Einfacher  Zufallsgenerator    118
8.14 Roulette    120
8.15 Digitaler Würfel    122
9 Angang: Datenblätter  125
4001  125
4027  133
4093  141
4511  147

Hinweis: Elektor bietet den kompletten Bauteilesatz zum Buch an:
http://www.elektor.de/products/books/others/starterkit-zum-buch-digitale-elektronik-im.7137.1131912.lynkx