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Digitaltechnik

Modulbezeichnung: Digitaltechnik
Modulbezeichnung (engl.): Digital Electronics
Studiengang: Elektro- und Informationstechnik, Bachelor, ASPO 01.10.2018
Code: E2105
SWS/Lehrform: 2V+1U+1P (4 Semesterwochenstunden)
ECTS-Punkte: 5
Studiensemester: 1
Pflichtfach: ja
Arbeitssprache:
Deutsch
Prüfungsart:
Klausur, Praktische Prüfung mit Ausarbeitung (unbewertet)
Zuordnung zum Curriculum:
E2105 Elektro- und Informationstechnik, Bachelor, ASPO 01.10.2018, 1. Semester, Pflichtfach
Arbeitsaufwand:
Die Präsenzzeit dieses Moduls umfasst bei 15 Semesterwochen 60 Veranstaltungsstunden (= 45 Zeitstunden). Der Gesamtumfang des Moduls beträgt bei 5 Creditpoints 150 Stunden (30 Std/ECTS). Daher stehen für die Vor- und Nachbereitung der Veranstaltung zusammen mit der Prüfungsvorbereitung 105 Stunden zur Verfügung.
Empfohlene Voraussetzungen (Module):
Keine.
Als Vorkenntnis empfohlen für Module:
E2610 Integrationsgerechte Schaltungstechnik


[letzte Änderung 18.07.2019]
Modulverantwortung:
Prof. Dr. Albrecht Kunz
Dozent: Prof. Dr. Albrecht Kunz

[letzte Änderung 10.09.2018]
Lernziele:
Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage, eigenständig digitale Systeme (Schaltnetze und Schaltwerke) zu entwerfen und praxisgerecht zu realisieren.
Die Studierenden beherrschen die Methoden der Schaltalgebra zur Beschreibung und Vereinfachung von Schaltfunktionen.
Sie können Rechnungen im dualen Zahlensystem in den vier Grundrechenarten durchführen sowie Zahlen von einem Zahlensystem in ein anderes Zahlensystem umrechnen (Dual-, Oktal-, Hexadezimalsystem).
Sie nutzen grafische Verfahren (KV-Diagramme) und rechnerische Verfahren (Quine-McCluskey) zur Schaltungsvereinfachung und können die daraus gewonnenen Schaltungen übersichtlich zeichnen.
Die Studierenden kennen Eigenschaften und Anwendungen verschiedener Codes (z.B. BCD, Aiken, Gray, ASCII).
Die Studierenden begreifen den Aufbau und die Funktion von Flip-Flops zur Realisierung von Bauelementen der Digitaltechnik (z.B. Zähler, Codeumsetzer, Schieberegister).
Sie sind mit Rechenschaltungen, Auswahl- und Verbindungsschaltungen vertraut, was für das Verständnis von CPU Architekturen in darauf aufbauenden Vorlesungen wichtig ist (z.B. Mikrocontroller, Embedded Systems).
Sie beherrschen die Grundzüge der Automatentheorie und können einfache Automaten entwerfen.
Im Praktikum bauen die Studierenden in kleinen Gruppen selbständig digitale Schaltungen auf bzw. simulieren digitale Schaltungen und verifizieren ihre Funktionalität. Durch die gemeinsame Durchführung der Praktikumsversuche haben die Studierenden kooperatives Verhalten erlernt.

[letzte Änderung 18.07.2019]
Inhalt:
1. Einführung und Grundlagen der Digitaltechnik
2. Mathematische Grundlagen:
  boolsche Funktion, boolsche Algebra, Zahlensysteme (Dezimal, Dual, Oktal, Hexadezimal)
  Addition, Subtraktion, Multiplikation, Division von Dualzahlen
3. Codierverfahren
  Zweck der Codierung, Darstellung verschiedener Codes
4. Darstellung, Synthese und Analyse boolscher Funktionen
  Disjunktive und konjunktive Normalform, graphische Schaltungssynthese (KV-Diagramm), Minimierungsverfahren nach Quine-McCluskey
5. Optimierung von Schaltnetzen
  Schaltgatter der Digitaltechnik, Verknüpfung mehrerer Gatter, Substitution durch NOR / NAND Gatter
6 Schaltungsentwurf am Beispiel der 2- aus 3-Schaltung
7. Flip-Flop Schaltungen
  Aufbau und Arbeitsweise von Flipflops, taktzustands- und taktflankengesteuerte Flipflops,
  Charakteristische Gleichung
8. Register- und Speicherschaltungen
  Entwurf von Asynchron- und Synchronzählern
9. Rechenschaltungenen
  Halbaddierer, Volladdierer, Carry-look-ahead-Addierer, Subtrahierschaltungen, Multiplikationsschaltungen
10.Digitale Auswahl und Verbindungsschaltungen
  Multiplexer, Demultiplexer, Komparatorschaltungen, AD und DA Wandler
11. Automatentheorie
  Moore und Mealy Automaten, Zustandsübergangsgraph, Automatentafel, Programmablaufplan

[letzte Änderung 18.07.2019]
Lehrmethoden/Medien:
Skript, Präsentation mit Tafel und Beamer während der Vorlesung und ßbung, Verwendung von Laborequipment (Signalgenerator, Oszilloskop, digitale Multifunktionsmessgeräte, Einplatinenrechner) während des Praktikums

[letzte Änderung 13.12.2018]
Literatur:
Becker, Jürgen; Lipp, Hans-Martin: Grundlagen der Digitaltechnik, De Gruyter Oldenbourg, 2010, 7. Aufl., ISBN 978-3486597479
Beuth, Klaus: Digitaltechnik (XXXX), Vogel, (akt. Aufl.)
Fricke, Klaus: Digitaltechnik - Lehr- und ßbungsbuch für Elektrotechniker und Informatiker, Vieweg + Teubner
Meuth, Hermann: Digitaltechnik: Eine anschauliche und moderne Einführung, VDE, 2017, ISBN 978-3800736379
Tietze, Ulrich; Schenk, Christoph: Halbleiterschaltungstechnik, Springer, (akt. Aufl.)
Woitowitz, Roland; Urbanski, Klaus; Gehrke, Winfried: Digitaltechnik: Ein Lehr- und ßbungsbuch, Springer, (akt. Aufl.)

[letzte Änderung 18.07.2019]
[Fri May 29 09:31:05 CEST 2020, CKEY=e3E2105, BKEY=ei, CID=E2105, LANGUAGE=de, DATE=29.05.2020]