ÖNSÖZ
SAYISAL ELEKTRONİK kitabında öncelikle sayısal elektroniğin temeli anlatılmış ve daha sonra bu temel üzerine inşa edilen ileri düzeydeki uygulamalara değinilmiştir. Bu bağlamda kitabın bölümlerinde sırasıyla sayısal elektronik kavramları, sayı sistemleri, sayısal kodlar, lojik kapılar, Boolean cebiri, Karno tabloları, birleşik lojik devreler, latch ve flip-floplar, zamanlayıcılar, sayıcılar, senkron sayıcı tasarımları, kaydediciler, sayısal↔analog dönüştürücüler, bellekler, lojik aileler, programlanabilir lojik, VHDL programlama dili ve son olarak da temel bilgisayar sistemi anlatılmıştır. Ayrıca konuların daha iyi pekiştirilebilmesi için tüm bölümlerin sonunda bölüm testleri ve soruları cevap anahtarlarıyla birlikte bulunmaktadır.
Kitap, mühendislik fakülteleri, teknoloji fakülteleri, meslek yüksekokulları ve meslek liseleri için düşünülmüş ve hazırlanmıştır. Ancak daha çok mühendislik ve teknoloji fakültelerinin mantık devreleri derslerinin, meslek yüksekokullarındaki sayısal elektronik derslerinin müfredatı göz önünde bulundurularak hazırlanmıştır.
Sayısal elektronik alanında meslek sahibi olmak için, uzmanlaşmak için veya akademik çalışmalar yapmak için öncelikle bu alanın temelini iyi öğrenmek gerekir. Bunun yanında artık günümüzde elektrik-elektronik, bilgisayar, haberleşme, otomasyon, makina, mekatronik, otomotiv, enerji gibi birçok meslek alanında sayısal elektronik vazgeçilmez bir unsurdur. Bu kaygıyla hareket ederek ve bu alanda Türkçe kaynak eksikliğini de göz önünde bulundurarak bu kitabı hazırlamış bulunmaktayım. Öğrencilerimizin bu kitaptan beklenen faydayı maksimum ölçüde alabilmesi için mutlaka bölüm sonundaki testleri ve soruları çözmesi gerekir.
Kitabın bu baskısına 18. bölümde bulunan “Temel Bilgisayar Sistemi” konusu eklenmiştir. Ayrıca daha önceki baskıda görülen eksiklikler ve hatalar giderilmiştir.
Bu eseri ortaya çıkarırken her zaman yanımda olan ve desteklerini esirgemeyen başta eşim ve çocuklarım olmak üzere tüm meslektaşlarıma ve öğrencilerime teşekkür ederim.
Doç. Dr. Hüseyin DEMİREL
Karabük Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği
İÇİNDEKİLER
1. SAYISAL KAVRAMLAR
1.1. ANALOG VE SAYISAL SİSTEMLER ........................................................................................................ 2
1.2. BİRİMLERİN ÖN-EKLERİ VE KUVVETLERİ ....................................................................................... 4
1.3. SAYISAL SİNYALLER .................................................................................................................................. 5
1.4. SAYISAL BİLGİLERİN TAŞINMASI ........................................................................................................ 8
1.5. SAYISAL ELEKTRONİKTEKİ SAYI SİSTEMLERİ ........................................................................... 10
1.6. LOJİK KAPILARA GENEL BİR BAKIŞ ................................................................................................. 10
1.7. BÖLÜM TESTİ ............................................................................................................................................. 13
1.8. BÖLÜM SORULARI ................................................................................................................................... 15
2. SAYI SİSTEMLERİ
2.1. DECİMAL SAYI SİSTEMİ ......................................................................................................................... 18
2.2. DECİMAL SAYILARIN DİĞER SAYI SİSTEMLERİNE ÇEVRİLMESİ ........................................ 19
2.3. BINARY SAYI SİSTEMİ ............................................................................................................................ 21
2.4. BINARY SAYILARDA DÖRT İŞLEM .................................................................................................... 22
2.5. BINARY SAYILARDA 1’Lİ VE 2’Lİ TÜMLEYEN .............................................................................. 25
2.6. İŞARETLİ SAYILAR ................................................................................................................................... 26
2.7. OCTAL SAYI SİSTEMİ .............................................................................................................................. 28
2.8. HEXADECİMAL SAYI SİSTEMİ ............................................................................................................. 29
2.9. BÖLÜM TESTİ ............................................................................................................................................. 31
2.10. BÖLÜM SORULARI ................................................................................................................................. 32
3. SAYISAL KODLAR
3.1. BINARY KODLANMIŞ DECIMAL SİSTEM ........................................................................................ 36
3.2. GRAY KODU ................................................................................................................................................. 37
3.3. ASCII KODU ................................................................................................................................................. 39
3.4. PARITY KODU ............................................................................................................................................ 42
3.5. BÖLÜM TESTİ ............................................................................................................................................. 44
3.6. BÖLÜM SORULARI ................................................................................................................................... 45
4. LOJİK KAPILAR
4.1. VE KAPISI ..................................................................................................................................................... 50
4.2. VEYA KAPISI ............................................................................................................................................... 53
4.3. DEĞİL KAPISI.............................................................................................................................................. 55
4.4. VE-DEĞİL KAPISI ...................................................................................................................................... 57
4.5. VEYA-DEĞİL KAPISI................................................................................................................................. 59
4.6. ÖZEL VEYA KAPISI ................................................................................................................................... 62
4.7. ÖZEL VEYA-DEĞİL KAPISI .................................................................................................................... 64
4.8. GENEL AMAÇLI KULLANILAN VE-DEĞİL KAPISI ........................................................................ 66
4.9. GENEL AMAÇLI KULLANILAN VEYA-DEĞİL KAPISI .................................................................. 68
4.10. BÖLÜM TESTİ .......................................................................................................................................... 70
4.11. BÖLÜM SORULARI ................................................................................................................................. 72
5. BOOLEAN CEBİRİ
5.1. BOOLEAN KANUNLARI .......................................................................................................................... 78
5.2. BOOLEAN KURALLARI ........................................................................................................................... 79
5.3. DEMORGAN TEOREMLERİ ................................................................................................................... 86
5.4. LOJİK DEVRELERİN SADELEŞTİRİLMESİ ....................................................................................... 89
5.5. BOOLEAN İFADELERİN STANDART BİÇİMLERİ ......................................................................... 91
5.6. DOĞRULUK TABLOLARI ........................................................................................................................ 96
5.7. BÖLÜM TESTİ ............................................................................................................................................. 97
5.8. BÖLÜM SORULARI ................................................................................................................................... 99
6. KARNO TABLOLARI
6.1. SOP İFADELERİN SADELEŞTİRİLMESİ .......................................................................................... 105
6.2. POS İFADELERİN SADELEŞTİRİLMESİ .......................................................................................... 110
6.3. KARNO TABLOSUNDA POS-SOP DÖNÜŞÜMÜ ............................................................................ 111
6.4. BEŞ DEĞİŞKENLİ KARNO TABLOSU ............................................................................................... 112
6.5. KARNO’LARLA LOJİK DEVRE TASARIMI ...................................................................................... 113
6.6. BÖLÜM TESTİ ........................................................................................................................................... 120
6.7. BÖLÜM SORULARI ................................................................................................................................. 121
7. BİRLEŞİK LOJİK DEVRELER
7.1. TOPLAYICILAR ........................................................................................................................................ 126
7.2. KARŞILAŞTIRICILAR ............................................................................................................................. 135
7.3. KOD ÇÖZÜCÜLER .................................................................................................................................... 136
7.4. KODLAYICILAR ........................................................................................................................................ 140
7.5. KOD DÖNÜŞTÜRÜCÜLER .................................................................................................................... 142
7.6. BİLGİ SEÇİCİLER ..................................................................................................................................... 144
7.7. BİLGİ DAĞITICILAR ............................................................................................................................... 146
7.8. PARITY ÜRETECİ VE KONTROL EDİCİ .......................................................................................... 146
7.9. BÖLÜM TESTİ ........................................................................................................................................... 150
7.10. BÖLÜM SORULARI ............................................................................................................................... 152
8. LATCH VE FLIP-FLOPLAR
8.1. LATCH’LER ................................................................................................................................................ 156
8.2. KENAR-TETİKLEMELİ FLIP-FLOPLAR .......................................................................................... 162
8.3. FLIP-FLOP UYGULAMALARI .............................................................................................................. 170
8.4. BÖLÜM TESTİ ........................................................................................................................................... 175
8.5. BÖLÜM SORULARI ................................................................................................................................. 177
9. ZAMANLAYICILAR
9.1. ZAMANLAYICILARIN ÇALIŞMASI .................................................................................................... 182
9.2. TEK-KARARLI ZAMANLAYICI ........................................................................................................... 183
9.3. KARARSIZ ZAMANLAYICI ................................................................................................................... 187
9.4. BÖLÜM TESTİ ........................................................................................................................................... 196
9.5. BÖLÜM SORULARI ................................................................................................................................. 197
10. SAYICILAR
10.1. ASENKRON SAYICILAR ...................................................................................................................... 200
10.2. SENKRON SAYICILAR ......................................................................................................................... 212
10.3. BÖLÜM TESTİ ........................................................................................................................................ 217
10.4. BÖLÜM SORULARI ............................................................................................................................... 218
11. SENKRON SAYICI TASARIMLARI
11.1. BİR SENKRON DEVRENİN TASARIMI .......................................................................................... 222
11.2. TRAFİK LAMBASI TASARIMI .......................................................................................................... 234
11.3. BÖLÜM TESTİ ........................................................................................................................................ 245
11.4. BÖLÜM SORULARI ............................................................................................................................... 246
12. KAYDEDİCİLER
12.1. TEMEL KAYDEDİCİ FONKSİYONLARI ......................................................................................... 250
12.2. SERİ GİRİŞLİ→SERİ ÇIKIŞLI KAYDEDİCİ .................................................................................... 251
12.3. SERİ GİRİŞLİ→PARALEL ÇIKIŞLI KAYDEDİCİ .......................................................................... 254
12.4. PARALEL GİRİŞLİ→SERİ ÇIKIŞLI KAYDEDİCİ .......................................................................... 256
12.5. PARALEL GİRİŞLİ→PARALEL ÇIKIŞLI KAYDEDİCİ ................................................................ 258
12.6. ÇİFT YÖNLÜ KAYDEDİCİ ................................................................................................................... 260
12.7. HALKA SAYICI ....................................................................................................................................... 261
12.8. JOHNSON SAYICI .................................................................................................................................. 263
12.9. KAYDEDİCİ ENTEGRELERİ .............................................................................................................. 266
12.10. KAYDEDİCİ UYGULAMALARI ....................................................................................................... 270
12.11. BÖLÜM TESTİ ..................................................................................................................................... 273
12.12. BÖLÜM SORULARI ............................................................................................................................ 275
13. DİJİTAL ANALOG DÖNÜŞTÜRÜCÜLER
13.1. ANALOG VE SAYISAL SİSTEMLER ................................................................................................ 278
13.2. İŞLEMSEL YÜKSELTEÇLER .............................................................................................................. 279
13.3. SAYISAL→ANALOG DÖNÜŞTÜRÜCÜLER ................................................................................... 286
13.4. ANALOG→SAYISAL DÖNÜŞTÜRÜCÜLER ................................................................................... 292
13.5. DÖNÜŞTÜRÜCÜLERİN TEST EDİLMESİ ..................................................................................... 298
13.6. DÖNÜŞTÜRÜCÜLERİN PRATİK UYGULAMALARI .................................................................. 299
13.7. BÖLÜM TESTİ ........................................................................................................................................ 303
13.8. BÖLÜM SORULARI ............................................................................................................................... 305
14. BELLEKLER
14.1. YARIİLETKEN BELLEĞİN TEMELLERİ ........................................................................................ 312
14.2. RASTGELE ERİŞİMLİ BELLEKLER (RAM) .................................................................................. 316
14.3. SADECE OKUNABİLİR BELLEKLER (ROM) ............................................................................... 323
14.4. FLASH BELLEKLER ............................................................................................................................. 328
14.5. BÖLÜM TESTİ ........................................................................................................................................ 332
14.6. BÖLÜM SORULARI ............................................................................................................................... 334
15. LOJİK AİLELER
15.1. GİRİŞ .......................................................................................................................................................... 340
15.2. TTL AİLESİ .............................................................................................................................................. 340
15.3. TTL İLE İLGİLİ DİĞER PARAMETRELER .................................................................................... 348
15.4. TTL SERİLERİNİN GENİŞLETİLMESİ ........................................................................................... 354
15.5. CMOS AİLESİ .......................................................................................................................................... 356
15.6. EMİTER-KUPLAJLI LOJİK .................................................................................................................. 360
15.7. LOJİK AİLELERİN KARŞILAŞTIRILMASI ..................................................................................... 362
15.8. LOJİK AİLELERİN UYUMLULUĞU .................................................................................................. 363
15.9. BÖLÜM TESTİ ........................................................................................................................................ 371
15.10. BÖLÜM SORULARI ............................................................................................................................ 373
16. PROGRAMLANABİLİR LOJİK
16.1. PROGRAMLANABİLİR LOJİĞE GİRİŞ ............................................................................................ 378
16.2. PROGRAMLANABİLİR LOJİK DEVRE ELEMANLARI (PLD)................................................. 378
16.3. ALAN PROGRAMLANABİLİR KAPI DİZİLİMİ (FPGA) ............................................................ 380
16.4. PROGRAMLAMA SÜRECİ .................................................................................................................. 381
16.5. BÖLÜM TESTİ ........................................................................................................................................ 387
16.6. BÖLÜM SORULARI ............................................................................................................................... 388
17. VHDL PROGRAMLAMA DİLİ
17.1. VHDL PROGRAMINA BİLGİ AKIŞI YAKLAŞIMI ........................................................................ 390
17.2. VHDL PRORAMINA YAPISAL YAKLAŞIM ................................................................................... 393
17.3. BÖLÜM TESTİ ........................................................................................................................................ 401
17.4. BÖLÜM SORULARI ............................................................................................................................... 403
18. TEMEL BİLGİSAYAR SİSTEMİ
18.1. BİLGİSAYAR SİSTEMİ ......................................................................................................................... 424
18.2. PRATİK BİLGİSAYAR SİSTEMİ TASARIMINDA BAZI HUSUSLAR ..................................... 430
18.3. BÖLÜM TESTİ ........................................................................................................................................ 434
18.4. BÖLÜM SORULARI ............................................................................................................................... 436
CEVAP ANAHTARI ........................................................................................................................... 437
KAYNAKLAR .................................................................................................................................. 444