---

Dies ist eine Vorlesung mit 3 SWS. 15 Vorlesungen und 5 Versuchen zu je 90 Minuten.

---

Diese Vorlesung kann online durchgeführt werden.
Führen Sie eine Aktivitätstabelle (Datum, Aktivität,Dauer), wie unten gezeigt, und erstellen Sie Notizen mit einer eigenen Zusammenfassung und Fragen.
Ihre Notizen werden im durchzuführenden Praktikum gesichtet und besprochen.

Da der Umfang der gesamten Vorlesung groß ist, nehmen Sie sich nicht zuviel auf einmal vor.

Folgende Aufgaben sollten Sie für eine Vorlesung in 90 min durchführen können.

• Wiederholen Sie den Stoff, den Sie bisher gelernt haben
  
  • Welche Vorlesungsthemen gab es bisher?
  • Welche Begriffe, Zusammenhänge und Kompetenzen wurden in der letzten Vorlesung bearbeitet?
• Arbeiten Sie bitte das Skript einer Vorlesung durch
  
  • Machen Sie sich Notizen, was Sie für wichtig halten.
  • Warum wird eine Folie, ein Bild gezeigt?
  • Was haben Sie gelernt?
  • Gibt es neue Begriffe, die Sie gelernt haben?
  • Gibt es noch Fragen?
• Sehen Sie das zusammenfassende Video an
  Machen Sie sich Notizen
• Sehen Sie das Video zu einer Aufgabe an
  Überlegen Sie am Ende, ob Sie alles verstanden haben.
  
• Rechnen Sie die Aufgabe aus dem Video nochmals selbständig
  Um Ihre Lösungsfähigkeit zu vertiefen und zu beschleunigen, rechnen Sie die selbe Aufgabe nach 1 Tag, nach 1 Woche, nach einem Monat (Karteikastenprinzip).
• Rechnen Sie mindestens eine weiter Übungsaufgabe

Fragen können Sie am Ende der Vorlesungen nach Ankreuzen der Begriffe eingeben.
Einmal die Woche werden die Fragen gesichtet und Antworten auf der Webseite präsentiert bzw. nach Start der Vorlesung in der Vorlesung besprochen.

Zu den Vorlesungen gibt es Übungsaufgaben
Dort gibt es auch Musterklausuren für 50 min Bearbeitungszeit.
Als erfahrener Profesor und Aufgabensteller wurde die Musterlösung in ca. 35 min erstellt.
Es hat sich gezeigt, daß eine erstmalige Aufgabenbearbeitung ungefähr 4 mal länger dauert als die geübte, optimale Lösung.
Eine wiederholte Lösung einer Aufgabe reduziert, gerade zu Anfang, die benötigte Zeit.

Datum	Aktivität	Dauer
	Übersicht Vorlesungen
	01 Einführung Skript
	01 Einführung Video Inhalt
	Fragen
	02 Schaltalgebra Skript
	02 Schaltalgebra Video Inhalt
	02 Schaltalgebra Video Aufgabe gesehen
	02 Schaltalgebra Aufgabe selbst nachgerechnet
	Fragen
	02 Schaltalgebra Übung Aufgabe xxx

---

Die Digitaltechnik beschäftigt sich mit Signalen, die eine begrenzte Anzahl von Zuständen annehmen können. In der binären Digitaltechnik verwendet man nur die Signale '1' und '0', 'WAHR' und 'FALSCH' oder 'TRUE' und 'FALSE'. Praktisch werden diese Signale elektronisch als 2 Spannungen dargestellt VDD und 0V, die mit CMOS Schaltungen verarbeitet werden. Dabei verringerte sich die Spannung VDD durch die Miniaturisierung der Schaltungen von 5V, 3.3V (1998, SDR), 2.5V (2001, DDR1), 1.8V (2004, DDR2), 1.5V (2007, DDR3) auf 1.2V (2014, DDR4).

Sehr komplexe Systeme lassen sich durch hierarchische Verwendung von einfachen Schaltungen darstellen.

Auf unterster Ebene befinden sich logische Verknüpfungen wie UND (AND), ODER (OR), NICHT (NOT), NAND und NOR. Dem NAND kommt eine besondere Bedeutung zu, da es sich vorteilhaft als CMOS Schaltung realisieren lässt.

Mit diesen Elementen realisiert man Addierer, Subtrahiere, Vergleicher, Multiplexer und Multiplizierer. Dabei verwendet man Wahrheitstabellen und Logikminimierung zur Realisierung.

Alle diese Elemente kommen ohne Rückkoppelung aus.

Speicherglieder haben eine Rückkoppelung. Im praktischen Einsatz wird ein testbares, flankengetriggertes D-Flip-Flop mit Clock Enable (CE), Reset und Testfunktion als Speicherglied verwendet (Scan-Flip-Flop).

Schaltungen mit Rückkoppelung werden Schaltwerke genannt und synchron von einem zentralen Takt (Clock, CLK) gesteuert. Damit werden zeitdiskrete Systeme aufgebaut.

Diese Speicherglieder findet man in Medwedew Automaten (Zustandsmaschinen). Neben den Medwedew-Automaten gibt es noch Mealy und Moore-Automaten. Im testbaren regulären Schaltungsentwurf finden heutzutage nur noch Medwedew-Automaten Anwendung. Man beschreibt eine Zustandsmaschine mit einer Zustandstabelle oder einem Zustandsdiagramm.
Viele Speicherzellen werden effizient in einem Speicherzellenfeld dargestellt. Es gibt SRAM, DRAM und Flash Speicher. Sie unterscheiden sich im Preis, der Fläche, der Zugriffszeit und dem Erhalt der Information bei Trennung der Versorgungsspannung (flüchtig (volatile), nichtflüchtig (non volatile)).

Zähler, Schieberegister und parallel-seriell Wandler (SERDES) sind die einfachsten Automaten.

Digitale Filter und lineare rückgekoppelte Schieberegister (Linear feed back shift register LFSR) werden als komplexere Zustandsmaschinen realisiert.

Die komplexeste Zustandsmaschine ist ein Mikroprozessor. Dabei steuert eine programmierbare Kontrolleinheit die Datenverarbeitung eines Datenpfades.

Logikgleichungen, Zustandstabellen und Zustandsdiagramme können in Schaltplänen oder in textueller Form dargestellt werden.

Es werden Hardware description languages (HDL) wie VHDL und Verilog zur textuellen Beschreibung der Schaltung und des Tests genutzt. Für komplexe Systeme setzt man auch grafische Entwicklungswerkzeuge (Matlab Simulink, Labview) und höhere Programmiersprachen (SystemC) ein.

Digitale Schaltungen können mit diskreten Logikbausteinen, programmierbaren Logikbausteinen (FPGA) oder als "application specific integrated circuit" (ASIC) aufgebaut werden.
Die Digitaltechnik optimiert nach einer Realisierung den Flächenbedarf, die Verarbeitungsgeschwindigkeit und den Energieverbrauch einer Schaltung.

Die Funktionsfähigkeit wird immer mit vollständigen Tests verifiziert, bei dem man alle möglichen Zustandsänderungen einer Schaltung überprüft. Dabei kann die Verifikation genauso aufwendig sein, wie der Schaltungsentwurf.

Findet neben der Hardwareentwicklung auch Softwareentwicklung statt, spricht man vom Systementwurf.

---

• Digitale Systeme und Systementwurf, Definitionen


• Boolesche Algebra, elektrische und logische Zustände
• Darstellung boolescher Verknüpfungen: Gleichung, Schaltzeichen, Wahrheitstabelle, Text
• Wahrheitstabelle und Grundschaltungen (UND, ODER, NICHT, NAND, NOR, XOR)
• NAND Baustein


• CMOS Schaltungen für logische Funktionen: NMOS, PMOS, Schaltermodell
• Verzögerungszeiten und Zeitverhalten
• Transistorarray CD4007


• Mehrstufige Logik
• Multiplexer
• VHDL Entity und Architecture


• Normalform, Karnaugh-Veitch Diagramm und Minimalform


• VHDL Simulation
• → Zahlenumwandlung: Dualzahlen, Hexadezimalzahlen, Dezimalzahlen


• Fliesskommazahlen


• Addition, Subtraktion, Multiplikation, Fliesskommazahlen und ASCII-Code
• Speicherglieder, D-Flip-Flop und Setup und Hold Zeiten


• Zustandsmaschinen, Zustandsdiagramm und Tabelle
• VHDL code, Zeitverhalten, Schaltplan und Wahrheitstabelle
• Setup und Hold Zeiten, Verzögerungszeiten und Zeitverhalten
• Problemtransfer in eine Zustandsmaschine
• → VGA controller
• Verständnisfragen

---

Treffpunkt: Vor Gebäude T, Sie werden abgeholt.
Tragen Sie eine Communitymaske und haben Sie eine zusätzliche dabei.
Bringen Sie bitte Kopfhörer mit, falls Sie das Video nochmals anhören möchten.

Gruppe A Nr Matrikel- nummer GrpNr Zeit 1 ***269, S A01 08:00 2 ***415, H A02 08:05 3 ***212, G A03 08:10 4 ***941, H A04 08:15 5 ***183, H A05 08:20 6 ***865, W A06 08:25 7 ***592, S A07 08:30 8 ***988, A A08 08:35 9 ***539, S A09 08:40 10 ***589, M A1 08:45 Termin: 8.5.2020

Gruppe B Nr Matrikel- nummer GrpNr Zeit 11 ***980, B B01 08:00 12 ***163, K B02 08:05 13 ***090, A B03 08:10 14 ***494, K B04 08:15 15 ***422, N B05 08:20 16 ***253, P B06 08:25 17 ***445, T B07 08:30 18 ***770, B B08 08:35 19 ***115, G B09 08:40 20 ***330, F B10 08:45 Termin: 15.5.2020

Gruppe C Nr Matrikel- nummer GrpNr Zeit 21 ***339, S C01 08:00 22 ***376, F C02 08:05 23 ***076, S C03 08:10 24 ***483, A C04 08:15 25 ***833, Z C05 08:20 26 ***510, G C06 08:25 27 ***810, R C07 08:30 28 ***819, H C08 08:35 29 ***540, M C09 08:40 30 ***989, B C10 08:45 31 ***212, G D01 08:50 2 Termine: 29.05.2020, 5.6.2020

Gruppe D Nr Matrikel- nummer GrpNr Zeit 32 ***, D02 33 ***, D03 34 ***, D04 35 ***, D05 36 ***, D06 37 ***, D07 38 ***, D08 39 ***, D09 40 ***, D10 Termin: 2

---

[1] de.wikibooks.org/wiki/Formelsammlung_Elektrotechnik:_Digitaltechnik
[2] Lehrbuch Digitaltechnik, Jürgen Reichardt, Oldenbourg Verlag, ca. 40 Euro
[3] Digitaltechnik, Fricke, Springer Verlag, ca 35.- Euro
[4] Digitaltechnik, Bier, Kroenig, Springer Verlag, ca 30.- Euro (Verilog)
      http://www.digitaltechnik.org/
[5] https://de.wikipedia.org/wiki/Digitaltechnik
[6] http://www.fpga4fun.com/ FPGA for fun, Verilog examples of Ethernet HDMI, SRAM, Pong
[7] Karnaugh-Veitch Diagramme und Quine und McCluskey Algorithmus zur Minimierung:
      Quine und McCluskey Algorithmus, Universität Marburg
      Karnaugh-Veitch, Universität Marburg

---

[1] http://www.netzmafia.de/skripten/digitaltechnik/, Digitaltechnik, Hochschule München, Plate
[2] Getting Started with VHDL for Digital Circuit Design , All About Circuits
[3] Digitaltechnik Universität Marburg
[4] Karnaugh Veitch Map Universität Marburg
[5] Digitaltechnik , Hochschule Mittweida
[6] Analog- und Digitaltechnik, Hochschule Münster
[2] https://rze-falbala.rz.e-technik.fh-kiel.de/~dispert/digital/digital/dig0_01.htm, FH Kiel, Porf. Dispert, Prof. Heuck