ίων βιβλία για κάθε επιστήμη, τέχνη και επάγγελμα

Σκοπός αυτού του συγγράμματος είναι να δώσει τη δυνατότητα στον σπουδαστή και το μηχανικό να αναλύει, σχεδιάζει και χρησιμοποιεί τα ψηφιακά συστήματα.

Ο συγγραφέας χρησιμοποιώντας την υπερδεκαπενταετή εμπειρία του στη διδασκαλία των ψηφιακών συστημάτων έκανε μια προσπάθεια οι διάφορες τεχνικές σχεδίασης να παρουσιαστούν με όσο πιο απλό και ευκολοκατανόητο τρόπο γίνεται. Αυτή η προσπάθεια υποβοηθείται και υποστηρίζεται από τα πολλά παραδείγματα και εφαρμογές που εμπεριέχονται στο σύγγραμμα.

Το βιβλίο αυτό αποτελεί ένα αυτοτελές σύγγραμμα και φιλοδοξεί να αποτελέσει ένα χρήσιμο βοήθημα στους σπουδαστές της τροβάθμιας εκπαίδευσης αλλά και στους μηχανικούς που αποφοίτησαν πριν από μερικά χρόνια και θέλουν να ανανεώσουν τις γνώσεις τους στη σχεδίαση ψηφιακών συστημάτων.

Η προηγούμενη γνώση ηλεκτρονικής είναι επιθυμητή δεν είναι όμως απαραίτητη για να κατανοηθεί το περιεχόμενο του.

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ:

Σύστημα αριθμών Παράσταση ενός φυσικού αριθμού. Δεκαδικό σύστημα. Δυαδικό σύστημα. Οκταδικό σύστημα. Δεκαεξαδικό σύστημα. Μετατροπές από ένα σύστημα σε άλλο. Μετατροπές από το δεκαδικό σύστημα σε άλλο σύστημα. Δυαδικό σε οκταδικό και το αντίστροφο. Δυαδικό σε δεκαεξαδικό και το αντίστροφο. Προσημασμένοι αριθμοί. Το συμπλήρωμα "ως προς ένα" ενός δυαδικού αριθμού. Το συμπλήρωμα "ως προς δύο" ενός δυαδικού αριθμού.

Πρόσθεση δυαδικών αριθμών. Αφαίρεση δυαδικών αριθμών. Χρησιμοποιώντας το συμπλήρωμα "ως προς 1". Χρησιμοποιώντας το συμπλήρωμα "ως προς 2". Πολλαπλασιασμός δυαδικών αριθμών. Διαίρεση δυαδικών αριθμών. Αριθμοί κινητής υποδιαστολής. Έλεγχος σφάλματος ψηφίου ισοτιμίας. Δυαδικοί κώδικες. Κώδικας BCD8421. Κώδικας Gray. Κώδικας Hamming. Αλλες μορφές δεκαδικών κωδίκων. Ερωτήσεις - ασκήσεις - προβλήματα. Λογικές πύλες - άλγεβρα Boole. Λογικές πύλες OR, AND, EXOR, NOT. Λογικές πύλες NOR, NAND, EXNOR. Θετική και αρνητική λογική.

Ιδιότητες και νόμοι της άλγεβρας Boole. Σχέσεις που ισχύουν στην άλγεβρα Boole. Πίνακες αληθείας. Κανονική μορφή λογικής συνάρτησης. Μετασχηματισμός λογικής συνάρτησης σε κανονική μορφή. Ελαχιστοποίηση λογικών συναρτήσεων με την μέθοδο των πινάκων Karnaugh. Απλοποίηση λογικών συναρτήσεων με τη συμπληρωματική μέθοδο. Αδιάφοροι όροι. Ελαχιστοποίηση λογικών συναρτήσεων με τη μέθοδο Quine-McCluskey. Ερωτήσεις - ασκήσεις - προβλήματα. Ψηφιακή τεχνολογία Το τρανζίστορ διπολικής επαφής σαν λογικός αναστροφέας. Το τρανζίστορ MOSFET. Σύγκριση διπολικού τρανζίστορ και MOSFET. Χαρακτηριστικές λογικών κυκλωμάτων. Λογικές στάθμες. Καθυστέρηση διάδοσης. Το γινόμενο ταχύτητας και κατανάλωσης ενέργειας. Ανοσία στο θόρυβο. Περιθώριο θορύβου. Ικανότητα οδήγησης. Τεχνολογία λογικής τρανζίστορ -τρανζίστορ(TTL). TTL με έξοδο totem pole. TTL με έξοδο ανοικτού συλλέκτη.

Υποκατηγορίες TTL. TTL υψηλής και χαμηλής ισχύος. Schottky TTL. Οικογένεια Schottky TTL 74S00/54S00. Συνθήκες λειτουργίας και χαρακτηριστικά των TTL. Σημεία που πρέπει να παίρνονται υπόψη στις εργασίες με πύλες TTL. Τεχνολογία λογικής συζευγμένου εκπομπού(Emitter Coupled Logic). Τεχνολογία (I2L). τεχνολογία MOS. Οδηγίες χειρισμού των υλικών MOS. Σημεία που πρέπει να παίρνονται υπόψη στις εργασίες με CMOS. Διασύνδεση μεταξύ λογικών οικογενειών. Διασύνδεση των TTL μεταξύ τους. TTL σε CMOS και CMOS σε TTL. TTL σε PMOS και PMOS σε TTL. TTL σε NMOS και NMOS σε TTL. TTL σε ECL και ECL σε TTL. TTL σε I2L και I2L σε TTL. Λογική τριών καταστάσεων. Ανάπτυξη νέων τεχνολογιών. Ψηφιακά σήματα.

Απαιτήσεις για τα σήματα εισόδου. Ερωτήσεις - ασκήσεις - προβλήματα. Συνδυαστικά λογικά κυκλώματα Ανάλυση και σύνθεση συνδυαστικών λογικών κυκλωμάτων. Λογική AND-OR και AND-NOR. Ισοδυναμίες πυλών. Ελαχιστοποίηση λογικών κυκλωμάτων με την τεχνική απαγόρευσης βρόχων. Σχεδίαση συνδυαστικών λογικών κυκλωμάτων. Αριθμητικά κυκλώματα. Ημιαθροιστής - πλήρης αθροιστής. Ημιαφαιρέτης - πλήρης αφαιρέτης. Αφαίρεση με τη χρήση αθροιστών. Πολλαπλασιαστής. Συγκριτές μεγέθους. Κωδικοποιητές. Αποκωδικοποιητές.

Ο αποκωδικοποιητής ως γεννήτρια συναρτήσεων. Πολυπλέκτες. Ο πολυπλέκτης ως γεννήτρια συναρτήσεων. Επέκταση πολυπλεκτών. Αποπλέκτης. Γεννήτρια και ελεγκτής ισοτιμίας. Ερωτήσεις - ασκήσεις - προβλήματα. Flip-Flop και συναφή κυκλώματα Καθυστέρηση διάδοσης. Δισταθή κυκλώματα (μανταλωτές, flip-flop). Set-Reset(S-R) flip-flop. Χρονιζόμενα flip-flop. S-R-CK flip-flop. D flip-flop. J-K flip-flop. T flip-flop. Master-slave(αφέντης-σκλάβος) flip-flop. Πυροδότηση των flip-flop. Χρονισμός των flip-flop. Προβλήματα με τα flip-flop. Απλά λογικά ρολόγια ή γεννήτριες παλμών. Πολυδονητές. Μονοσταθείς πολυδονητές. Ο χρονιστής 555. Κρυσταλικοί ταλαντωτές. Πυροδοτητές Schmitt. Ερωτήσεις - ασκήσεις - προβλήματα. Ακολουθιακά κυκλώματα Σύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα. Ανάλυση σύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων. Σχεδίαση σύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων. Ελαχιστοποίηση καταστάσεων. Εκχώρηση καταστάσεων.

Ελλειπώς καθοριζόμενα ακολουθιακά κυκλώματα. Αλγοριθμική μηχανή καταστάσεων. Ασύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα. Προβλήματα στα ασύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα. Κυνηγητά (Races). Σπινθήρες(Hazards). Ανάλυση ασύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων. Σχεδίαση ασύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων. Ακολουθιακά κυκλώματα βασικής μορφής. Ακολουθιακά κυκλώματα βασικής μορφής. Ερωτήσεις - ασκήσεις - προβλήματα. Μετρητές καταχωρητές. Μετρητές. Ασύγχρονοι μετρητές ή μετρητές κυμάτωσης (ripple counters). Προβλήματα των ασύγχρονων δυαδικών μετρητών. Ασύγχρονοι δυαδικοί μετρητές διαφόρων χωρητικοτήτων. Μετρητές χωρητικότητας 6 (MOD-6). Μετρητές χωρητικότητας 5 (MOD-5). Σύγχρονοι δυαδικοί μετρητές. Σχεδίαση σύγχρονων δυαδικών μετρητών. Αποκωδικοποίηση μετρητών. Καταχωρητές. Καταχωρητές εισόδου σειράς. Καταχωρητές ολίσθησης διπλής κατεύθυνσης.

Καταχωρητές παράλληλης εισόδου. Καταχωρητές ολίσθησης μετρητές. Κυκλικοί μετρητές (ring counters). Μετρητής Johnson. Μετατροπή δυαδικής πληροφορίας από παράλληλη σε σειριακή μορφή. Ερωτήσεις - ασκήσεις - προβλήματα. Κυκλώματα μνήμης. Εισαγωγή. Διαδικασία λειτουργίας της μνήμης. Τεχνολογίες της ημιαγωγού μνήμης. Μνήμη ROM. Αρχιτεκτονική μορφή της μνήμης ROM. Λειτουργικά χαρακτηριστικά της μνήμης ROM. Εφαρμογές της ROM. Μνήμη ημιαγωγού RAM. Η αρχιτεκτονική δομή της μνήμης RAM. Δυναμική μνήμη RAM. Μνήμη μαγνητικών φυσαλίδων. Μνήμη στοιχείων σύζευξης με φορτίο. Σπόνδυλοι μνήμης. Επέκταση μήκους λέξης και χωρητικότητας. Ερωτήσεις - ασκήσεις - προβλήματα.

Προγραμματιζόμενες λογικές συσκευές Τρόποι παράστασης των προγραμματιζόμενων λογικών συσκευών. Μεθοδολογία σχεδίασης με τη χρήση προγραμματιζόμενων λογικών συσκευών. Προγράμματα σχεδίασης. Η μνήμη ROM ως προγραμματιζόμενη λογική συσκευή. Υλοποίηση συναρτήσεων Boole με τη χρήση PROM. Επέκταση της PROM. Λογική προγραμματιζόμενων παρατάξεων (Programmable Array Logic ή PAL). Προγραμματιζόμενες στο χώρο εργασίας λογικές παρατάξεις (Field Programmable Logic Array ή FPLA). Ερωτήσεις - ασκήσεις - προβλήματα. Σύνδεση με τον αναλογικό κόσμο Ψηφιακή κωδικοποίηση αναλογικών σημάτων. Ποσοτοποίηση σε πλάτος και χρόνο. Ακρίβεια. Ψηφιακός σε αναλογικός μετατροπέας (Digital to Analog Converter ή DAC).

Τελεστικός ενισχυτής. Κυκλώματα μετατροπής ψηφιακού σε αναλογικό. Αναλογικός σε ψηφιακό μετατροπέας (Analog to Digital Converter ή ADC). Συγκριτές. Παράλληλος μετατροπέας ή μετατροπέας flash. Μετατροπέας παραθύρου χρόνου. Μετατροπέας απλής αναρρίχησης. Μετατροπέας διπλής αναρρίχησης. Μετατροπέας ισορροπίας φορτίου. Μετατροπέας απλού μετρητή. Μετατροπέας ανίχνευσης. Μετατροπέας διαδοχικών προσεγγίσεων. Κυκλώματα κρατήματος δείγματος (Sample and Hold). Μηχανικά ρελαί και ρελαί ημιαγωγού. Ασκήσεις - ερωτήσεις - προβλήματα.