Digitaltechnik bestimmt unser tägliches Leben. Verwenden wir einen Laptop oder ein Fernsehgerät, so dürfte uns klar sein, dass in diesen digitale Systeme arbeiten. Aber auch in Autos, Uhren, Heizungen oder Kameras kommt Digitaltechnik in Form sogenannter "eingebetteter Systeme" zum Einsatz Durch die Vernetzung von Maschinen in der Industrie ermöglicht die Digitaltechnik die vierte industrielle Revolution, die unter dem Schlagwort Industrie 4.0 jedem bekannt sein dürfte. Der Vorzug der Digitaltechnik im Vergleich zu analogen Systemen liegt dabei in der Möglichkeit, sehr komplexe Systeme auf kleinstem Raum umzusetzen, indem man sich auf zwei Signalzustände beschränkt, welche in logischen Schaltungen – sogenannten Gattern - ohne Fehlerfortpflanzung übertragen und weiterverarbeitet werden können
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Diese Arbeit befasst sich mit einigen der grundlegendsten Komponenten der Digitaltechnik: den integrierten Schaltungen. Hierbei handelt es sich um die Integration vieler elektronischer Bauteile zu einem System. Digitale, integrierte Schaltungen werden an den Beispielen von Application Specific Integrated Circuit (ASSP), Application Specific Standard Product (ASIC), Field Programmable Gate Array (FPGA) sowie Mikrocontrollern erläutert. Dabei ist es das Ziel, die Funktionsweisen der unterschiedlichen Schaltungen zu beschreiben und miteinander zu vergleichen. Zu diesem Zweck sollen insbesondere auch auf die Vor- und Nachteile der einzelnen Systeme beschrieben und typische Anwendungsgebiete aufgezeigt werden.
Diese Arbeit beginnt mit einer Einführung in die Digitaltechnik als Basis für die weiteren Ausführungen. In diesem Zusammenhang werden die Grundlagen der Digitaltechnik, Logikgatter, Flip-Flops, Transistoren sowie Grundlagen zu den integrierten Schaltungen erläutert. Aufbauend auf dieser Einführung werden in Kapitel 3 die integrierten Schaltungen ASIC, ASSP, FPGA sowie Mikrocontroller ausführlich beschrieben. Kapitel 4 vergleicht die einzelnen Schaltungen miteinander und geht in diesem Zusammenhang auch auf die unterschiedlichen Anwendungsbereiche der einzelnen Systeme ein. Kapitel 5 schließt diese Arbeit mit einer Zusammenfassung ab.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 1.1 Hintergrund und Motivation
- 1.2 Aufbau der Arbeit
- 2 Digitale Systeme
- 2.1 Einführung
- 2.2 Flip-Flops
- 2.3 Transistoren
- 2.4 Integrierte Schaltungen
- 3 Realisierung digitaler Systeme durch integrierte Schaltungen
- 3.1 ASIC
- 3.2 ASSP
- 3.3 FPGA
- 3.4 Mikrocontroller
- 4 Vergleich der unterschiedlichen Systeme
- 5 Zusammenfassung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Hausarbeit befasst sich mit der Realisierung digitaler Systeme mithilfe von integrierten Schaltungen. Sie beleuchtet die Funktionsweise von ASIC, ASSP, FPGA und Mikrocontrollern sowie deren Vor- und Nachteile. Die Arbeit zielt darauf ab, die unterschiedlichen Technologien zu vergleichen und typische Anwendungsbereiche aufzuzeigen.
- Realisierung digitaler Systeme durch integrierte Schaltungen
- Vergleich der Funktionsweise von ASIC, ASSP, FPGA und Mikrocontrollern
- Analyse der Vor- und Nachteile der einzelnen Systeme
- Definition typischer Anwendungsbereiche
- Einordnung der Digitaltechnik in den Kontext von Industrie 4.0
Zusammenfassung der Kapitel
Das erste Kapitel liefert eine Einführung in die Digitaltechnik, beleuchtet den Hintergrund und die Motivation der Arbeit und erläutert den Aufbau. Kapitel 2 beschäftigt sich mit den Grundlagen der Digitaltechnik, einschließlich Logikgattern, Flip-Flops und Transistoren sowie den Grundlagen der integrierten Schaltungen. Kapitel 3 behandelt die vier Arten von integrierten Schaltungen: ASIC, ASSP, FPGA und Mikrocontroller. Es werden deren Funktionsweisen und spezifische Merkmale detailliert beschrieben. Das vierte Kapitel vergleicht die verschiedenen Schaltungen miteinander und untersucht deren Einsatz in unterschiedlichen Anwendungsbereichen.
Schlüsselwörter
Digitale Systeme, integrierte Schaltungen, ASIC, ASSP, FPGA, Mikrocontroller, Logikgatter, Flip-Flops, Transistoren, Industrie 4.0, Anwendungsbereiche.
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- Arne Fröning (Autor), 2022, Realisierung digitaler Systeme. Vor- und Nachteile verschiedener Techniken und ihre geeignete Anwendung, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1244924
