ITET-Notes/hs24/digitaltechnik/verknuepfung/schaltnetzanalyse.tex

215 lines
6.0 KiB
TeX

\section{Schaltnetzanalyse}
\subsection{Zusammengesetzte Gatter} \label{sec:gat}
Die Darstellung von Schaltfunktionen kann mithilfe von Schaltnetzen realisiert werden. Die in Kapitel \ref{sec:verk} erwähnten Schaltzeichen spielen in diesem Kapitel eine grosse Rolle. Wichtig ist vor allem die Kombination von Verknüpfungen.
\dfn{NAND-Verknüpfung}{
\begin{minipage}{0.5\linewidth}
Invertierung der UND-Funktion
\begin{center}
\begin{tikzpicture}[circuit logic IEC]
\node[and gate] (and) at (-1,0) {};
\node[not gate] (not) at (1,0) {};
\node[] (iA) at (-2, 0.4) {A};
\node[] (iB) at (-2, -0.4) {B};
\node[] (oY) at (2, 0) {Y};
\draw (iA.east) --++ (right:2mm) |- (and.input 1);
\draw (iB.east) --++ (right:2mm) |- (and.input 2);
\draw (and.output) -- (not.input);
\draw (not.output) -- (oY);
\end{tikzpicture}
\end{center}
\end{minipage}
\begin{minipage}{0.5\linewidth}
\begin{center}
\begin{tabular}{| c | c | c |}
$A$ & $B$ & $Y$ \\
\hline
0 & 0 & 1 \\
0 & 1 & 1 \\
1 & 0 & 1 \\
1 & 1 & 0 \\
\end{tabular}
\end{center}
\end{minipage}
\begin{minipage}{0.5\linewidth}
In einer logischen Gleichung wird das NAND wie folgt gekennzeichnet.
\[
\overline{A \land B} = Y
.\]
Das NAND wird mit den folgenden Schaltzeichen gekennzeichnet.
\begin{center}
\begin{tikzpicture}[circuit logic IEC, thick]
\node[nand gate] (nand) at (0,0) {};
\node[] (iA) at (-0.8, 0.4) {A};
\node[] (iB) at (-0.8, -0.4) {B};
\node[] (oY) at (0.8, 0) {Y};
\draw (iA.east) --++ (right:1.5mm) |- (nand.input 1);
\draw (iB.east) --++ (right:1.5mm) |- (nand.input 2);
\draw (nand.output) -- (oY);
\end{tikzpicture}
\end{center}
\end{minipage}
\begin{minipage}{0.5\linewidth}
\includegraphics[width=\linewidth]{fig/Fig_12.png} \cite{Luisier2024}
\end{minipage}
}
\dfn{NOR-Verknüpfung}{
\begin{minipage}{0.5\linewidth}
Invertierung der ODER-Funktion
\begin{center}
\begin{tikzpicture}[circuit logic IEC]
\node[or gate] (or) at (-1,0) {};
\node[not gate] (not) at (1,0) {};
\node[] (iA) at (-2, 0.4) {A};
\node[] (iB) at (-2, -0.4) {B};
\node[] (oY) at (2, 0) {Y};
\draw (iA.east) --++ (right:2mm) |- (or.input 1);
\draw (iB.east) --++ (right:2mm) |- (or.input 2);
\draw (or.output) -- (not.input);
\draw (not.output) -- (oY);
\end{tikzpicture}
\end{center}
\end{minipage}
\begin{minipage}{0.5\linewidth}
\begin{center}
\begin{tabular}{| c | c | c |}
$A$ & $B$ & $Y$ \\
\hline
0 & 0 & 1 \\
0 & 1 & 0 \\
1 & 0 & 0 \\
1 & 1 & 0 \\
\end{tabular}
\end{center}
\end{minipage}
\begin{minipage}{0.5\linewidth}
In einer logischen Gleichung wird das NOR wie folgt gekennzeichnet.
\[
\overline{A \lor B} = Y
.\]
Das NOR wird mit den folgenden Schaltzeichen gekennzeichnet.
\begin{center}
\begin{tikzpicture}[circuit logic IEC, thick]
\node[nor gate] (nor) at (0,0) {};
\node[] (iA) at (-0.8, 0.4) {A};
\node[] (iB) at (-0.8, -0.4) {B};
\node[] (oY) at (0.8, 0) {Y};
\draw (iA.east) --++ (right:1.5mm) |- (nor.input 1);
\draw (iB.east) --++ (right:1.5mm) |- (nor.input 2);
\draw (nor.output) -- (oY);
\end{tikzpicture}
\end{center}
\end{minipage}
\begin{minipage}{0.5\linewidth}
\includegraphics[width=\linewidth]{fig/Fig_32.png} \cite{Luisier2024}
\end{minipage}
}
\dfn{XNOR-Verknüpfung}{
\begin{minipage}{0.5\linewidth}
Ein Gatter, das eine logische 1 liefert, wenn beide Eingänge gleich sind, sonst 0. \cite{Luisier2024}
\end{minipage}
\begin{minipage}{0.5\linewidth}
\begin{center}
\begin{tabular}{| c | c | c |}
$A$ & $B$ & $Y$ \\
\hline
0 & 0 & 1 \\
0 & 1 & 0 \\
1 & 0 & 0 \\
1 & 1 & 1 \\
\end{tabular}
\end{center}
\end{minipage}
\begin{minipage}{0.5\linewidth}
In einer logischen Gleichung wird das XNOR wie folgt gekennzeichnet.
\[
\overline{A \oplus B} = Y
.\]
Das XNOR wird mit den folgenden Schaltzeichen gekennzeichnet.
\begin{center}
\begin{tikzpicture}[circuit logic IEC, thick]
\node[xnor gate] (xnor) at (0,0) {};
\node[] (iA) at (-0.8, 0.4) {A};
\node[] (iB) at (-0.8, -0.4) {B};
\node[] (oY) at (0.8, 0) {Y};
\draw (iA.east) --++ (right:1.5mm) |- (xnor.input 1);
\draw (iB.east) --++ (right:1.5mm) |- (xnor.input 2);
\draw (xnor.output) -- (oY);
\end{tikzpicture}
\end{center}
\end{minipage}
\begin{minipage}{0.5\linewidth}
\end{minipage}
}
\dfn{XOR-Verknüpfung}{
\begin{minipage}{0.5\linewidth}
Ein Gatter, das eine logische 1 liefert, wenn beide Eingänge ungleich sind, sonst 0. \cite{Luisier2024}
\end{minipage}
\begin{minipage}{0.5\linewidth}
\begin{center}
\begin{tabular}{| c | c | c |}
$A$ & $B$ & $Y$ \\
\hline
0 & 0 & 0 \\
0 & 1 & 1 \\
1 & 0 & 1 \\
1 & 1 & 0 \\
\end{tabular}
\end{center}
\end{minipage}
\begin{minipage}{0.5\linewidth}
In einer logischen Gleichung wird das XOR wie folgt gekennzeichnet.
\[
A \oplus B = Y
.\]
Das XOR wird mit den folgenden Schaltzeichen gekennzeichnet.
\begin{center}
\begin{tikzpicture}[circuit logic IEC, thick]
\node[xor gate] (xor) at (0,0) {};
\node[] (iA) at (-0.8, 0.4) {A};
\node[] (iB) at (-0.8, -0.4) {B};
\node[] (oY) at (0.8, 0) {Y};
\draw (iA.east) --++ (right:1.5mm) |- (xor.input 1);
\draw (iB.east) --++ (right:1.5mm) |- (xor.input 2);
\draw (xor.output) -- (oY);
\end{tikzpicture}
\end{center}
\end{minipage}
\begin{minipage}{0.5\linewidth}
\end{minipage}
}
\nt{
Das XOR-Gatter wird auch EXCLUSIV-OR Gatter genannt. \cite{Luisier2024}
}
\subsection{Schaltungen aus Grundgatter}
Die Grundfunktionen und Schaltgatter sind nicht auf 2 Eingangsvariablen beschränkt. Grundsätzlich können Grundfunktionen und Schaltgatter $N$ Eingänge haben.
\\
\\
Um die Komplexität von Schaltgattern mit mehreren Eingängen zu vereinfachen, kann man sie in mehreren Schaltgattern verwandeln, sodass die Logik der Schaltung lesbarer ist.