Volladdierer - Digitaltechnik
Technologische Grundlagen digitaler integrierter Bausteine in Bipolar und CMOS Technik; Entwicklung digitaler Schaltungen: Schaltnetze, Speicherelemente, synchrone- und asynchrone Schaltwerke, Simulation, Synthese, Funktionstest; Realisierung digitaler Schaltungen mit programmierbaren Logikbausteinen (PLD). Der theoretische Teil wird durch praktische Übungen im Labor ergänzt. Technologische Grundlagen digitaler integrierter Bausteine in Bipolar und CMOS Technik.
Lerne die Grundlagen der Digitaltechnik kennen. Übungsaufgaben findest du weiter unten. Übersicht über die Funktionsweise eines Volladdierer `s.
Volladdierer
Ein Volladdierer ist eine Schaltung in der Digitaltechnik, die zwei Binärzahlen (in der Regel einer Länge von n Bit) addieren kann, um das Ergebnis in einer Summen- und einer Carry-Ausgangsstelle zu liefern. Die Carry-Ausgangsstelle gibt an, ob bei der Addition ein Übertrag auf die nächsthöhere Bit-Position auftritt.
Ein Volladdierer besteht aus drei Einzelbit-Halbaddierern und einem Gatter für die Carry-Eingangsstelle. Die Halbaddierer werden verwendet, um die Summen- und Carry-Ausgangsstellen für die n-1 niedrigstwertigen Bits zu erzeugen, während der Carry-Eingang des Volladdierers verwendet wird, um den Übertrag von der vorherigen Bit-Position zu berücksichtigen.
Die Funktionsweise des Volladdierers kann durch die folgende Wahrheitstabelle veranschaulicht werden:
A | B | C_in | Sum | C_out |
|---|---|---|---|---|
0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Hier sind A und B die Eingänge für die Binärzahlen, C_in ist der Übertrag von der vorherigen Bit-Position, Sum ist die Ausgangsstelle für die Summe und C_out ist die Ausgangsstelle für den Übertrag zur nächsten Bit-Position.
Der Volladdierer ist eine grundlegende Komponente in der Arithmetikschaltung und wird häufig in CPU-Prozessoren, Mikrocontrollern und anderen digitalen Systemen eingesetzt, die arithmetische Operationen ausführen müssen.
CMOS
CMOS steht für Complementary Metal-Oxide-Semiconductor und ist ein wichtiges Herstellungsverfahren für integrierte Schaltungen in der Halbleitertechnologie. CMOS-Schaltungen bestehen aus einer Kombination von N-Kanal-MOS-Transistoren (NMOS) und P-Kanal-MOS-Transistoren (PMOS), die auf einem einzigen Substrat hergestellt werden. Die Kombination von NMOS- und PMOS-Transistoren ermöglicht es, Schaltungen mit geringem Stromverbrauch, hoher Geschwindigkeit und hoher Schaltkapazität herzustellen.
In einer CMOS-Schaltung wird Strom nur dann verbraucht, wenn eine Schaltung tatsächlich arbeitet. Wenn die Eingänge inaktiv sind, fließt kein Strom, was zu einem sehr geringen Stromverbrauch führt. Dies macht CMOS-Schaltungen ideal für Anwendungen, bei denen eine lange Batterielebensdauer erforderlich ist, wie z.B. in tragbaren elektronischen Geräten.
Die Herstellung von CMOS-Schaltungen ist ein komplexer Prozess, der mehrere Schritte umfasst, darunter die Abscheidung von dünnen Schichten aus Siliziumdioxid (SiO2) und Polysilizium, die Dotierung des Siliziumsubstrats mit Bor und Phosphor, die Belichtung der Schaltungsmaske zur Herstellung der Transistoren und die Metallisierung zum Verbinden der Transistoren.
CMOS-Schaltungen haben mehrere Vorteile gegenüber anderen Herstellungstechnologien wie Bipolar- oder NMOS-Schaltungen. Sie haben einen geringen Stromverbrauch, hohe Geschwindigkeit, hohe Zuverlässigkeit, geringe Rauschempfindlichkeit und sind in der Lage, auf kleinem Raum eine große Anzahl von Schaltungen unterzubringen. CMOS-Technologie wird häufig in der Herstellung von integrierten Schaltkreisen wie CPUs, Mikrocontrollern, Speicherchips und vielen anderen elektronischen Geräten verwendet.
PLD - Programmable Logic Device
PLD steht für Programmable Logic Device (programmierbares Logikbauelement) und bezieht sich auf eine Familie von integrierten Schaltungen, die verwendet werden, um digitale Schaltungen zu implementieren. PLDs sind in der Regel ICs, die aus einer Matrix von logischen Gattern und Speicherzellen bestehen, die programmierbar sind und es ermöglichen, eine benutzerdefinierte logische Schaltung zu erstellen.
PLDs umfassen in der Regel zwei Arten von Bauelementen: PALs (Programmable Array Logic) und CPLDs (Complex Programmable Logic Devices). PALs bestehen aus einer festen Anzahl von Eingangs- und Ausgangs-Pins sowie einer Matrix von programmierbaren UND- und ODER-Gattern. CPLDs sind dagegen komplexere Geräte, die eine größere Anzahl von Gattern und Speicherzellen aufweisen und mehrere Programmiermöglichkeiten bieten, um benutzerdefinierte logische Schaltungen zu erstellen.
PLDs werden in der Regel zur Implementierung von digitalen Schaltungen verwendet, wie z.B. in der Telekommunikations- und Netzwerktechnik, in der Steuerungstechnik, in Automobilanwendungen und vielen anderen Bereichen, in denen schnelle und komplexe digitale Schaltungen erforderlich sind. PLDs bieten eine effektive Möglichkeit, logische Schaltungen zu entwerfen und zu implementieren, die an die spezifischen Anforderungen einer Anwendung angepasst sind.
Downloads:
-
digi.doc 50 KB
Links:
http://www.digitalsimulator.de/
Link zum Digitalsimulator, der ist ganz praktisch fürs Praktikum. Man kann alle möglichen Schaltungen simulieren.
Hinweis:
Trotz sorgfältiger inhaltlicher Kontrolle übernehme ich keine Haftung für die Inhalte und deren Richtigkeit.