Lojik Devre Tasarımı - Mantıksal Devreler

Teori, Uygulamalar, Çözümlü Örnekler ve Labaratuvar Deney Föyleri

Toros Rifat ÇÖLKESEN (Ph. D) ve Taner ARSAN (Ph. D)

 Türkçe yazılmış en kapsamlı kitap; farkımız, kitaplarımızda...

ISBN: 978-975-6797-07-5

Güncellenmiş 4. basım, Temmuz 2022, 400 sayfa              şimdi satın al

(16,5 x 24 cm2), 1. hamur kitap kağıdı.

Lojik Devre Tasarımı PDF İçindekiler

Lojik devre tasarımı bilgisayar donanımı konusunun temel yapı taşıdır; donanım mühendisleri herşeyden önce Boole cebri ve lojik devre tasarımının temel ilkelerini iyice özümsemiş olmalıdır. “Lojik Devre Tasarımı” adlı bu kitapta da konular en temelden ele alınıp neredeyse mikroişlemci tasarımı yapacak hale getirecek şekilde seçilmiştir.

Kitabımızda sırasıyla işaretler, analog sayısal dönüşüm, sayı sistemleri, kodlama teknikleri, Boole cebri, lojik ifadelerin indirgenmesi, kombinezonsal lojik devreleri, devrelerin maliyet hesapları, programlanabilir PLDS’ler (PLA, PAL; PROM), ardışıl devre tasarımı, saklayıcı ve sayıcı devreleri, modüler lojik devre tasarımı, mantıksal devreler benzetim ortamı, tümdevre teknolojilerin özellikleri ele alınmıştır. 

Bu kitap üniversitelerde verilen “Lojik Devreler”, “Sayısal Sistem Tasarımı” ve “Modern Mantık” gibi dersler için ciddi bir yardımcı kaynak niteliğindedir. Kitap içerisinde, teorik konu anlatımlarının hemen arkasından konuya ilişkin çözümlü örnekler verilmiş ve ayrıca her bölüm sonuna çözülmesi için sorular da eklenmiştir.

Ayrıca, kitap sonuna lojik devre tasarımıyla ilgili 10 haftalık süreç için “deney föyleri” eklenmiştir.

Türkiye'nin İnternet kitapçısı TDK Bilim ---> www.tdk.com.tr

Önsöz

Eskilerin mantık olarak adlandırdıklar lojik, kesin usavurum ilkelerini konu edinen ve temelleri antık felsefeye dayanan  çok eski bir bilim dalıdır. Çağdaş bilim ve teknolojinin rasyonel ilkeleri bu geleneksel batı felsefesinde gelişerek bugünkü tartışılmaz konumuna ulaşmıştır. Çağdaş teknolojide karmaşık sistemlerin tümü, bir dizi mantıksal işlevleri gerçekleştiren işlem ya da aygıtlardan oluşur. Bu mantıksal işlemleri temsil eden yapı elemanları, her ne kadar artık bundan yirmi sene önceki toplu parametreli elektronik devrelerle gerçekleştirilmese de, hala daha lojik devreler olarak adlandırılır. Lojik devreler, günümüz teknolojişinde sayısal bir ortamda modellenir ve değerlendirilir. Bu amaca yönelik olarak, çağdaş mühendisler fiziksel olaylar arasındaki etkileşimleri tanımlayıp yeterince gerçeğe uygun modelleyebilmeli, temel bağlantılar arasındaki ilişkileri kurabilmeli ve şüphesiz ki gün geçtikçe karmaşıklaşan sistemleri rasyonel ve güvenilebilir bir şekilde tasarlayabilmelidir. Sürekli gelişen ve her gün biraz daha ucuzlayan kişişel bilgisayarlar (PC), programlanabilir lojik kontrolörler (PLC) ve bunlara yüklenen gelişmiş yazılımlar yukarıda belirtilen tüm işlem ve  tasarımların, daha kolay ve hassas bir şekilde gerçekleştirilebilmesini sağlar.

Lojik devre tasarımını konu edinen bu kitap, yukarıda ifade edilen şekliyle öğrenmek ve bildiklerini uygulamak isteyen  Elektrik, Elektronik, Bilgisayar, Endüstri ve Makina Mühendisleri ile, bu mühendislik dallarinda lisans seviyesinde eğitim gören, tüm mühendis adayları ve Meslek Yüksek Okul Öğrencilerine yöneliktir. Yazarların, sıkıcı akademik bir yaklaşımı benimsemek yerine, uygun yerlere çok sayıda özgün tasarım  ve uygulama örnekleri ekleyerek konuyu uygulamalı akademik yaklaşımla ilginç kıldıkları görülmektedir. Bu yaklaşım, ülkemizde lojik devre tasarımında bir ilki temsil etmektedir. Bu kolay okunabilir eseri Öğrenci, Mühendis ve Araştırmacıların hizmetine sunmuş ve bu konudaki büyük bir eksikliği gidermiş olmalarindan dolayi yazarlarını tebrik ederim. - - Prof.Dr.Atilla BİR (ITÜ Elektrik Elektronik Fakültesi, Kontrol Mühendisliği Bölümü)

İçindekiler

Önsöz

Bölüm 1   Lojik Devre Tasarım Dünyası

Analog İşaret & Sayısal Veri

Kodlama & Kod Tabloları

Kombinezonsal Devre & Ardışıl Devre

Kanonik Model & Algoritmik Model

Tasarım Adımları ve Üretim

Transistör & Kapılar

Saklayıcı & Bellek

Teknoloji: TTL ve CMOS

Tasarım ve Benzetim Ortamları

Maliyet

Kart & ASIC

Kenar & Düzey Tetiklemesi

bit, nipple ve Byte  (birli, dörtlü, sekizli)

Analog Sayısal Dönüşüm (ADC, DAC)

Donanım Tanımlama Dili (HDL)

Sorular

Bölüm 2      İşaretler ve Analog/Sayısal Dönüşüm

2.1.  İşaretlerin Sınıflandırılması  

      Sayısal İşaret  

2.2.  Analog/Sayısal Dönüşüm 

      2.2.1.      ADC’nin Mimarisi 

            Örnekleme ve Tutma İşlemleri

            Kuantalama 

            Kodlama

      2.2.2.      DAC’ın Mimarisi

2.3.  Özet

2.4.  Sorular

Bölüm 3   Sayı Sistemleri

3.1.  Çeşitli Sayı Sistemleri

      İkili Sayı Sistemi 

      İkili Sayılar Üzerinde Aritmetik İşlemler

      Tümleyen Aritmetiği 38

      Sekizli Sayı Sistemi (Octal)

      Onaltılı Sayı Sistemi (Hexadecimal)

      BCD Sayı

      Sayıların Bilgisayarda Gösterilimi

      Bir Sayının Genel İfadesi 

3.2.  Sayı Sistemleri Arasında Dönüşüm Kuralları

      3.2.1.    n Tabanından 10 Tabanına Dönüşüm

      3.2.2.    10 Tabanından  n  Tabanına Dönüşüm

      3.2.3.    m Tabanından  n Tabanına Dönüşüm

             3.2.3.1.  2 Tabanından 8/16 Tabanına Dönüşüm

3.3.       İşaretli Sayıların Gösterilimi

      3.3.1.      İşaretli Sayılarda  Tümleme Aritmetiği

             3.3.1.1.  Taban’a Göre Tümleme

             3.3.1.2.  (Taban-1)’e Göre Tümleme

      3.3.2.      Çıkarma İşleminin Tümleyen Aritmetiğiyle Yapılması

      3.3.3.      Çıkarmanın (Taban-1)’e Tümleyen Aritmetiğiyle Yapılması

3.4.       Özet

3.5.       Sorular

Bölüm 4      Kodlama

4.1.  Kodlamanın Tanımı

4.2.  Sayısal Kodlama

      4.2.1.    İkili Kodlanmış Ondalık (BCD) Gösterim

             BCD Sayılar Üzerinde Aritmetik İşlemler

             BCD Toplama

             BCD Çıkarma

      4.2.2.    Üç Fazlalık Kodu (Excess-3)

             Üç Fazlalık Kodunda Aritmetik İşlemler

      4.2.3.      Aiken Kodu

             Aiken Kodunda Aritmetik İşlemler

      4.2.4.      Bitişik Kodlar ve Gray Kodu

            Hamming Uzaklığı 

             Gray Kodu

4.3.       Hata Sezme ve Onarma

      4.3.1.      Eşlik Biti Ekleme

      4.3.2.      Boyuna Fazlalık Sınaması - LRC

      4.3.3.      Çevrimli Fazlalık Sınaması - CRC

      4.3.4.      Hamming Kodlaması

4.4.  Alfanumerik Kodlar

      ASCII

      Unikod (Unicode)

      Türkçe Karakter Tablosu

4.5.  Özet

4.6.  Sorular

Bölüm 5   Lojik Devre Temelleri

5.1.  Lojik İşlemlerin Temeli

      5.1.1.    VE  İşlemi (AND)

      5.1.2.      VEYA İşlemi (OR)

      5.1.3.      TÜMLEME  İşlemi (NOT)

5.2.  Türetilen İşlemler

      5.2.1.      TÜMLEYEN-VE (TVE) İşlemi (NAND)

      5.2.2.      TÜMLEYEN-VEYA  (TVEYA) İşlemi (NOR)

      5.2.3.    YA DA İşlemi  (XOR) 95

      5.2.4.      EŞDEĞERLİK  (TYA DA) İşlemi (XNOR)

5.3.  Temel Lojik İşlemlerinin Kümeler Cebri İle Gösterilişi

      5.3.1.      Küme Kavramı

      5.3.2.      Kümeler Cebrinde Kesişim

      5.3.3.      Kümeler Cebrinde Birleşim

      5.3.4.       Kümeler Cebrinde Tümleme

      5.3.5.       Kümeler Cebrindeki Diğer Kavramlar

5.4.  Boole Cebrinin Aksiyom ve Teoremleri

      5.4.1.       Boole Cebri Aksiyomları

      5.4.2.       Boole Cebri Teoremleri

5.5.  Boole Cebri Fonksiyonları ve Standart Biçimler

      Minimum ve Maksimum Terimler

      5.5.1.      Minimum Terimler Kanonik  Biçimi 

      5.5.2.       Maksimum Terimler  Kanonik  Biçimi

5.6.  Kanonik Biçimler Arasındaki Dönüşüm 

5.7.  Doğruluk Tablosundan Kanonik  Biçimlerin Bulunması

5.8.  Kanonik  Biçimlerin Lojik Kapılarla Gerçeklenmesi 

5.9.  Özet

5.10.  Sorular

Bölüm 6   Lojik Fonksiyonların İndirgenmesi

6.1.  Görüşe Dayanarak İndirgeme

6.2.  Karnaugh Diyagramı Yöntemi

            Karnaugh Yönteminde Komşuluk Kavramı

6.3.  Quine-Mc Cluskey Yöntemi

6.4.  Eksik Boole İşlevleri

6.5.  Türetilmiş Kapılarla Temel Lojik Kapıların Yapılması

            TÜMELEME Kapısı

             VE Kapısı

             VEYA Kapısı

6.6.   İndirgenmiş İfadelerin Aynı Tür Kapılarla Gerçekleştirilmesi

            Çarpımlar Toplamı - TVE Tasarımı

            Çarpımlar Toplamı - TVEYA Tasarımı

            Toplamlar Çarpımı - TVE Tasarımı

            Toplamlar Çarpımı - TVEYA Tasarımı

6.7.  Özet

6.8.  Sorular

Bölüm 7      Kombinezonsal Devreler

7.1.  Kombinezonsal Devreler

7.2.  Kombinezonsal Devre Elemanları

7.3.  Kombinezonsal Devre Tasarımı

7.4.  Kombinezonsal Tümleşik Devreler

      7.4.1.      Aritmetik Toplama/Çıkarma Devreleri

             Yarı Toplayıcı (Half Adder)

             Tam  Toplayıcı (Full Adder)

             Yarı Çıkarıcı ( Half  Subtractor )

             Tam Çıkarıcı (Full   Subtractor )

            Toplama/Çıkarma Devresi (Adder and Subtractor)

      7.4.2.      Seçiciler  (Multiplexer-MUX)

      7.4.3.      Dağıtıcılar (Demultiplexer-DEMUX)

      7.4.4.       Kod Çözücüler (Decoder)

      7.4.5.      Kodlayıcı (Encoder)

      7.4.6.       ALU Tasarımı  (Arithmetic Logic Unit)

      7.4.7.    7-Parçalı Gösterge (7-Segment Display )

7.5.  Çıkış Bağlantı Şekilleri

7.6.  Özet

7.7.  Sorular

Bölüm 8      Maliyet Faktörü ve Karmaşıklık  Hesabı

8.1.  Maliyet Hesabı

8.2.  Karmaşıklık Hesabı

      Zaman Karmaşıklığı/Çalışma Hızı

      Eleman Karmaşıklığı

8.3.  Büyük O Notasyonu ve Karmaşıklık

8.4.  Özet

8.5.  Sorular

Bölüm 9      Programlanabilir Kombinezonsal Devreler

9.1.  Programlanabilir Kombinezonsal  Devreler-PLD

9.2.  Programlanabilir Kombinezonsal  Devre Elemanları

      9.2.1.      PROM’un İç Yapısı

      9.2.2.      PAL’in İç Yapısı

      9.2.3.      PLA’nın İç Yapısı

9.3.  Özet

9.4.  Sorular

Bölüm 10 Ardışıl Devre Temelleri

10.1.  Ardışıl  Devrelerin Genel Yapısı

      10.1.1.  Mealy ve Moore Makinaları

      10.1.2.    Asenkron & Senkron Ardışıl Devreler

      10.1.3.    Durumlar ve Durum Diyagramları

             Durum Tablosu, Durum Diyagramı

             Sonlu Durum Makinaları

             Durum İndirgeme ve Durum Atama

            Eşdeğerlik Tablosu ile Durum İndirgeme

      10.1.4.    Standart Tasarım Birimleri

      10.1.5.    Kenar ve Düzey Tetikleme

      10.1.6.    Saat İşareti ve Senkron Hücrelerin Zaman Davranışı

            Senkron Ardışıl Devrelerde Zamanlama Parametreleri

            Senkron Hücrenin Zaman Diyagramı

10.2.  Flip-Flop’lar

      Ana-Uydu Flip-Flop

10.3.  Tutucular  (Latches)

10.4.  Ardışıl Lojik Devre Analiz Yöntemi

10.5.  Ardışıl Devre Tasarım Yöntemi

10.6.  Özet

10.7.  Sorular

Bölüm 11 Saklayıcı, Sayıcı ve Bellek Elemanları

11.1.  Saklayıcılar

      Ötelemeli Saklayıcı (Shift Register)

      PIPO, PISO, SIPO, SISO ve Üniversal Saklayıcı

11.2.  Sayıcılar

      İkili, Ondalık, Gray-Kod, Halka, Modulo, Ripple

11.3.  Bellekler

      RAM , ROM , PROM , EPROM , E2ROM CAM

11.4.  Programlanabilir Ardışıl Devreler

11.5.  Özet

11.6.  Sorular

Bölüm 12   Ardışıl Devre Tasarım Yöntemleri

12.1.  Kanonik Yaklaşım/Tasarım Yöntemi

12.2.  Modüler Yaklaşım/Tasarım Yöntemi 

12.3.  Algoritmik Yaklaşım/Tasarım Yöntemi

12.4.  Özet

12.5.  Sorular

Bölüm 13   Benzetim Ortamında Lojik Devre Tasarımı

13.1.  multiSIM Programının Özellikleri 

   multiSIM Kullanıcı Arayüzü   

   multiSIM Tasarım Araç Çubuğu

   multiSIM Kullanıcı Arayüzünü Özelleştirme

   multiSIM Kullanıcı Tercihlerinin Tanımlanması

   multiSIM Benzetim Ortamı Arayüzü

13.2.  Lojik Devrelerin Benzetimi

13.3.  Örnek Çalışmalar

      Lojik Düzey Algılayıcısı

      Lojik Probe

      4-bit BCD Sayıcı ve 7-parçalı gösterge

      4-bitlik İkili Yukarı Sayıcı

13.4.  Lojik Devre Şemasından Baskılı Devreye Geçiş

13.5.  Özet

13.6.  Sorular

Ek A   Lojik Devre Katalog Bilgileri

Kombinezonsal Devreler

Tümleşik Kombinezonsal Devreler

Ardışıl Devreler

Bazı Tümdevrelerin Şematik Gösterimleri 

Ek B   TTL ve CMOS Tümdevre Özellikleri

TTL Tümdevre Özellikleri

Propagasyon Gecikmesi

CMOS Tümdevreler     

Propagasyon Gecikmesi 

TTL ve CMOS Karşılaştırılması  

Ek C   Lojik Devreler Laboratuvar Deney Önerileri 

Deney 1.      Lojik Kapılar ve Fonksiyon İndirgeme

Deney 2.      TTL ve CMOS Özelliklerinin Çıkarılması     

Deney 3.      Kombinezonsal Devre Tasarımı   

Deney 4.      Aritmetik İşlem Devreleri  

Deney 5.      PLD Uygulamaları     

Deney 6.      İşaret Üreteçleri 

Deney 7.   Üç-Durumlu Çıkış ve Ortak Yol Kullanımı 

Deney 8.      Saklayıcı ve Sayıcı Uygulamaları     

Deney 9.      Ardışıl Devre Uygulaması     

Deney 10.      ADC Uygulamaları

Kaynakça

Yazarlarımız

Dizin

Konuyla ilgili akademik kitaplar ve üniversite ders kitapları: