Sequenzielle Schaltwerke

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1 Informationstechnisches Gymnasium Leutkirch Sequenzielle Schaltwerke Informationstechnik (IT) Gemäß Bildungsplan für das berufliche Gymnasium der dreijährigen Aufbauform an der Geschwister-Scholl-Schule Leutkirch Autor: Peter Wiech Dipl.-Ing. (FH), MBA Version: 1.04 Leutkirch, den 03. Oktober 2015

2 Einleitung Einleitung Das vorliegende Unterrichtsmaterial stellt den Einstieg in das Fach Informationstechnik am Informationstechnischen Gymnasium dar. Es beschreibt die Lehrplaneinheit 2 Technische Informatik I für die Eingangsklasse am beruflichen Gymnasium der dreijährigen Aufbauform und folgt damit dem Amtsblatt des Ministeriums für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg (Ausgabe C vom ). Der Aufbau dieses Unterrichtsmaterials ist wie folgt gegliedert: Einleitung Theoretische Abhandlungen Beispiele und Veranschaulichungen aus der Praxis Übungen und Musterlösungen Literaturverzeichnis Meiner Frau danke ich sehr herzlich für die hilfreiche Unterstützung beim Erstellen dieser Arbeit. Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech I

3 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 Definition Binärspeicher Allgemeines Realisierung eines Binärspeichers aus Verknüpfungsgliedern Asynchrone Flipflops Synchrone Flipflops Arten der Taktsteuerung Einflankengesteuerte JK-Flipflops Master-Slave-Flipflops (Zweiflankengesteuerte JK-Flipflops) Sonstige synchrone Flipflops Monoflops und Verzögerungselemente Das Monoflop Verzögerungselemente Asynchrone Zähler Asynchrone Zähler ohne Signalrückführung Asynchrone Zähler mit Signalrückführung Asynchrone Rückwärtszähler Synchrone Zähler Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech II

4 Inhaltsverzeichnis 7.1 Vorüberlegungen am Dualzähler für 0 bis Wertetabelle Zeitablaufdiagramm und KV-Diagramm Zustandsdiagramm Schaltfunktion aus der Wertetabelle Don t care -Felder in der Wertetabelle Zähler aus T-Flipflops Dualzähler von 0 bis 7 mittels T-FF Dualzähler von 0 bis 9 mittels T-FF Zähler aus JK-Flipflops Dualzähler von 0 bis 15 mittels JK-FF Dualzähler von 15 bis 0 mittels JK-FF Beispiele für synchrone Zähler Dualzähler von 0 bis 9 mittels JK-FF Zähler im Excess-3-Code Vorwärts-Rückwärtszähler von 0 bis Weitere Realisierung von Zählern Zähldekaden Zähler mit Codeumsetzer Schieberegister Teilerschaltungen Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech III

5 Inhaltsverzeichnis 11 Projektaufgaben Signalanlage Zähler mit Codeumsetzer Ansteuerschaltungen von Schrittmotoren Serielle Rechenwerke Parallele Rechenwerke AD-Umsetzer und DA-Umsetzer Zusammenfassung Übungen und Lösungen Logische Grundschaltungen Grundlagen der Schaltalgebra Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech IV

6 Definition 1 Definition Die Verarbeitung binärer Informationen erfolgt in digitalen Rechenanlagen mithilfe logischer Schaltungen, den Schaltwerken, welche binäre Wörter in andere binäre Wörter umwandeln. Hängt die Ausgabe nur von der momentan anliegenden Eingabe ab, so spricht man von einem kombinatorischen Schaltwerk (Schaltkreis bzw. Schaltnetz). Hängt die Ausgabe außerdem noch von früheren Eingaben ab, so handelt es sich um ein Schaltwerk mit Speichergliedern (sequenzielles Schaltwerk). Sequenzielle 1 Schaltwerke werden aus Gattern und Speicherelementen (Flipflop) aufgebaut. Sie werden auch Schaltnetze genannt. Beschreibungsmittel für sequenzielle Schaltwerke oder Schaltnetze ist die Schaltalgebra. 1 sequi (lat.) = folgen Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 5

7 Binärspeicher 2 Binärspeicher 2.1 Allgemeines In der Signalverarbeitung ist es sehr oft erforderlich, Signalzustände über die Dauer ihres Auftretens hinaus festzuhalten und wirksam werden zu lassen. Dazu werden sogenannte Signalspeicher oder auch Binärspeicher benötigt. Binärspeicher (bistabile Kippschaltungen oder Flipflops) können den Informationsgehalt von einem Bit speichern.ein Binärspeicher besitzt einen Setzeingang S (engl. set = setzen) und einen Rücksetzeingeng R (engl. reset = rücksetzen). Die beiden Ausgänge des Binärspeichers liefern Spannungspegel, welche zueinander gegensätzlich sind. Man spricht hier von komlementären 2 Ausgängen. 2.2 Realisierung eines Binärspeichers aus Verknüpfungsgliedern Binärspeicher werden mit Verknüpfungsgliedern aufgebaut, bei denen die Ausgänge Q und Q* mit jeweils einem Eingang des Verknüpfungsgliedes verbunden sind. Bei der folgenden Schaltung handelt es sich um eine - Kippschaltung ( sprich: R nicht, S nicht), die mit zwei NAND-Elementen aufgebaut ist. 2 complementum (lat.) = Ergänzung Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 6

8 Binärspeicher Das Setzen dieser Kippschaltung erfolgt mit einem L-Pegel am Eingang bei einem H- Pegel am Eingang. Das Rücksetzen dieser Schaltung erfolgt mit einem L-Pegel Eingang bei einem H-Pegel am am Q*-Ausgang H-Pegel. Eingang. Am Q-Ausgang erscheint dann L-Pegel und Die folgende Tabelle zeigt die möglichen Zustände eines - Flipflops. Beim - Flipflop kann bei gleichartiger Ansteuerung ein irregulärer Zustand oder auch ein nicht definierter Zustand eintreten. Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 7

9 Binärspeicher Die Funktionsweise eines Flipflops kann anhand einer Arbeitstabelle oder eines Zeitablaufdiagrammes dargestellt werden. Anstelle der Arbeitstabelle mit den Pegeln L und H kann auch eine Wertetabelle mit den Werten 0 und 1 aufgestellt werden. Führen Sie Versuch 1 bis Versuch 4 zum Thema Sie Ihre Erkenntnisse in einer Arbeitstabelle! - Flipflop im Labor durch und notieren Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 8

10 Asynchrone Flipflops 3 Asynchrone Flipflops Asynchrone Flipflops sind Flipflops, welche ohne Taktsignal arbeiten. Ein solches asynchrones Flipflop kann zu jeder Zeit durch Eingangssignale eingestellt werden. Das - Flipflop ist ein asynchrones Flipflop. Ersetzt man die beiden NAND-Glieder durch NOR-Glieder, dann erhält man das asynchrone RS-Grundflipflop. Die Zustände eine Flipflops können graphisch mittels eines Zustandsdiagramms (Zustandsgraph) dagestellt werden. Dieser enthält die Angaben der Wertetabelle des Flipflops. Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 9

11 Asynchrone Flipflops Die Kreise, auch Knoten genannt, bedeuten hierbei die Zustände. Die Pfeile kennzeichnen die Übergänge von einem Zustand in den anderen. An die Pfeile sind die Bedingungen für einen Zustandswechsel geschrieben. In einem Zustandsdiagramm für ein Flipflop ist dessen Wertetabelle grafisch abgebildet. Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 10

12 Synchrone Flipflops 4 Synchrone Flipflops Flipflops, die mittels eines Taktes gesteuert werden, nennt man synchrone Flipflops. Ein taktgesteuertes Flipflop besitzt außer dem Setzeingang und dem Rücksetzeingang noch den Takteingang, den man auch Clockeingang 3 nennt. 4.1 Arten der Taktsteuerung Das Setzen bzw. das Rücksetzen des Flipflops erfolgt beim Eintreffen der Taktflanke. Von einer ansteigenden (positiven) Flanke spricht man, wenn das Taktsignal von L-Pegel auf H-Pegel übergeht. Bei einer abfallenden (negativen) Flanke wechselt das Taktsignal von H-Pegel auf L-Pegel. Taktflankengesteuerte Flipflops sind gegen Störimpulse dereingangssignale geschützt, sofern diese nicht gleichzeitig mit der Taktflanke eintreffen Einflankengesteuerte JK-Flipflops Die Wirkungsweise der Taktsteuerung des einflankengesteuerten JK-Flipflops ist anhand folgendem Zeitablaufdiagramm ersichtlich, welches auch das Schaltzeichen enthält: 3 clock (engl.) = Uhr, Takt Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 11

13 Synchrone Flipflops Die folgende Abbildung zeigt die Arbeitstabelle des JK-Flipflops: Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 12

14 Synchrone Flipflops Das Zustandsdiagramm für das JK-Flipflop wird in der folgenden Abbildung dargestellt: Master-Slave-Flipflops (Zweiflankengesteuerte JK-Flipflops) Es kommt häufig vor, dass Informationen von einem Speicherelement zu einem anderen zu übergeben sind, wobei das erste Speicherelement beim eintreffenden Takt die neue Information aufnimmt, beim selben Takt aber die bisher gespeicherte Information weitergeben muss. Um hierbei keinen Informationsverlust zu bekommen, benötigt man zweistufige Speicherelemente. Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 13

15 Synchrone Flipflops Die obige Abbildung zeigt ein zweiflankengesteuertes JK-Flipflop. Mit der positiven Taktflanke wird die an den Eingängen J und K anliegende Information in das Master- Flipflop 4 eingespeichert (siehe hierzu die obige Arbeitstabelle des JK-Flipflops). Wegen des NICHT-Elements K2 liegt am Eingang C1 des Slave-Flipflops 5 L-Pegel, sodass dieses vorerst weder gesetzt noch zurückgesetzt werden kann. Mit der folgenden negativen Taktflanke von C wird das Master-Flipflop verriegelt, während das Slave-Flipflop nun die im Master-Flipflop eingespeicherte Inforamtion übernehmen kann. Das Setzen bzw. das Rücksetzen dieses JK-Master-Slave-Flipflops erfolgt beim Eintreffen der negativen Taktflanke, obwohl das Master-Flipflop von der positiven Taktflanke angesteuert wird. Die Verzögerung (Retardierung 6 ) um die Dauer des Taktimpulses wird durch das Zeichen im Schaltzeichen angegeben. 4 master (engl.) = Meister 5 slave (engl.) = Sklave 6 retardare (lat.) = verzögern Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 14

16 Synchrone Flipflops Sonstige synchrone Flipflops Weitere sysnchrone Flipflops sind z.b. das D-Flipflop und das T-Flipflop, die beide durch beschaltete JK-Flipflops verwirklicht werden können D-Flipflop Das D-Flipflop 7 ist als JK-Flipflop mit einem NICHT-Element am K-Eingang realisiert. Das D-Flipflop ist im Gegensatz zum T-Flipflop als Chip erhältlich. 7 von delay (engl.) = Verzögerung Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 15

17 Synchrone Flipflops T-Flipflop Das T-Flipflop 8 ist ein JK-Flipflop, wobei die Eingänge J und K miteinander verbunden sind. 8 von toggle (engl.) = kippen oder von trigger (engl.) = Drücker am Gewehr Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 16

18 Monoflops und Verzögerungselemente 5 Monoflops und Verzögerungselemente 5.1 Das Monoflop Das Monoflop (monostabile Kippschaltung) besitzt einen stabilen Ruhezustand und einen labilen (instabilen) Arbeitszustand. Wird das Monoflop durch eine negative Flanke in seinen Arbeitszustand versetzt, so herrscht am Q-Ausgang zunächst H-Pegel, dann kippt das Monoflop nach Ablauf einer schaltungstechnisch bestimmten Zeit von allein wieder in seinen stabilen Zustand zurück. Monoflops werden als (kurzzeitige) Signalspeicher oder als Signalformer eingesetzt. Sie können bis zum Zurückkippen in die Ruhestellung 1 Bit je nach Monofloptyp etwa 12 ns bis einige Minuten speichern. Beim nicht nachtriggerbaren Monoflop ist die Dauer des Arbeitszustandes unabhängig von der Länge und dem Abstand der Setzimpulse. Meim nachtriggerbaren Monoflop dagegen wird mit jeder Setzimpulsflanke der Arbeitszustand neu gestartet (Einsatz: Treppenhausbeleuchtung). Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 17

19 Monoflops und Verzögerungselemente 5.2 Verzögerungselemente Mit Verzögerungselementen kann eine Einschaltverzögerung oder eine Abschaltverzögerung oder beides erreicht werden. Verzögerungselemente können mit Monoflops und digitalen Verknüpfungselementen aufgebaut werden. Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 18

20 Asynchrone Zähler 6 Asynchrone Zähler Bei den asynchronen Zählern wird das erste Flipflop vom Zählimpulssignal am Eingang C angesteuert und die folgenden Flipflops werden an ihren Eingängen von den Ausgangssignalen der anderen Flipflops angesteuert. 6.1 Asynchrone Zähler ohne Signalrückführung Ein Schaltschritt eines beliebigen Flipflops der Schaltung kann erst dann stattfinden, wenn der Schaltschritt des steuernden (vorherigen) Flipflops abgeschlossen ist. Nachteil: Die Schaltzeit der ganzen Schaltung entspricht somit der Summe der Schaltzeiten der nacheinander schaltenden Flipflops. Die Anzahl der für einen asynchronen Zähler erforderlichen synchronen FFs 9 erhält man aus der Anzahl der Schaltzustände. Ein FF besitzt 2 1 = 2 Zustände. Besonders häufig sind Zähler mit 4 FFs. Diese Zählertetrade hat 2 4 = 16 Zustände, kann also von 0 bis 15 zählen. 9 FF steht für Flipflop; FFs steht für Flipflops Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 19

21 Asynchrone Zähler Das Zeitablaufdiagramm zeigt den Verlauf des Zählimpulssignals C sowie der Ausgangssignale Q1, Q2 und Q3 der drei FFs, welche die Schaltzustände 0 bis 7 darstellen. Die niedrigstwertige Stelle besitzt das Signal Q1, die höchstwertige Stelle das Signal Q3. Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 20

22 Asynchrone Zähler Zur Bestimmung der Signale für die J-Eingänge und die K-Eingänge der FFs gilt die folgende Überlegung: Ein JK-FF kippt genau dann mit jedem Taktimpuls in seine andere Lage, wennan den Eingängen J und K je ein H-Pegel liegt. Eine Rückführung der Ausgangssignale der FFs an einen FF-Eingang zur Beeinflussung des Zählerstandes ist dann nicht erforderlich, wenn der Zähler auf seinen größtmöglichen Zählerstand zählen soll. 6.2 Asynchrone Zähler mit Signalrückführung Asynchrone Zähler besitzen dann eine Rückführung der Ausgangssignale der FFs der Zählerschaltung zu den Eingängen mancher dieser FFs, wenn der größtmögliche Zählerstand des Zählers nie erreicht werden soll. Beispiel: Es ist ein asynchroner Vorwärtszähler von 0 bis 9, bestehend aus zweiflnkengesteuerten JK-FFs mit zusätzlichen Eingängen und zum Setzen und Rücksetzen, zu entwickeln. Nach dem Zählerstand 9 soll der Zähler auf den Zählerstand 0 springen (siehe folgendes Zeitablaufdiagramm). Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 21

23 Asynchrone Zähler Für einen Zähler, der von 0 bis 9 zählt und somit 10 Schaltzustände besitzt, werden vier FFs benötigt. An den Eingängen J und K liegen jeweils Signale mit dem Wert 1. Ist der Zählerstand 9 erreicht, muss mit der nächsten abfallenden Flanke des Zählimpulssignals am Eingang C des FFs K1 der Zählerstand 0 eingestellt werden. Das Rücksetzen eines JK-FFs über den Eingang ist unabhängig vom Signal am Eingang C und ist somit dominant. Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 22

24 Asynchrone Zähler Durch Verwenden von JK-FFs mit einem zusätzlichen Setzeingang und einem zusätzlichen Rücksetzeingang können beliebige asynchrone Zähler aufgebaut werden. 6.3 Asynchrone Rückwärtszähler Asynchrone Rückwärtszähler erhält man, wenn die Eingänge C des zweiten FFs (K2) und der weiteren FFs (K3, K4,...) mit dem Signal am Ausgang Q des jeweils davor leigenden FFs angesteuert werden. Siehe hierzu: Laborarbeit für einen asynchronen Rückwärtszähler von 9 bis 0. Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 23

25 Synchrone Zähler 7 Synchrone Zähler Bei der synchronen Betriebsweise werden die Takteingänge aller in einer sequenziellen Schaltung enthaltenen FFs gleichzeitig von einem Taktsignal angesteuert. Vorteil: Die Schaltzeit des ganzen Netzwerkes entspricht der Schaltzeit eines einzelnen FFs. 7.1 Vorüberlegungen am Dualzähler für 0 bis 3 Um einen Einstieg in die synchronen Zähler zu erhalten, betrachten wir in den folgenden Unterkapiteln einen Dualzähler für 0 bis 3. Wir wollen mit hilfe dieses Zählers die Wertetabelle, das Zeitablaufdiagramm und das zugehörige Zustandsdiagramm bestimmen. Anschließend werden die KV-Diagramme aus den Schaltfunktionen der Wertetabelle aufgestellt, um abschließend die Realisation (Schaltung) des Zählers vornehmen zu können Wertetabelle Die Wertetabelle des Dualzählers für 0 bis 3 hat vier Zeilen, weil die Schaltung vier Zustände (0, 1, 2, 3) besitzt. Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 24

26 Synchrone Zähler Die Wertetabelle wird unterteilt in zwei Bereiche. Diese Bereiche beschreiben den Zustand der Schaltung zum Zeitpunkt tn und zum Zeitpunkt tn+1, also in den Zeitpunkten vor und nach dem Taktimpuls. q1n ist der Wert am Ausgang Q1 zum Zeitunkt tn, q1n+1 ist der Wert am Ausgang Q1 zum Zeitpunkt tn+1. Die Wertetabelle einer sequentiellen Schaltung hat so viele Zeilen, wie Schaltzustände vorhanden sind und zweimal so viele Spalten wie FFs Zeitablaufdiagramm und KV-Diagramm Anschließend können aus der Wertetabelle das Zeitablaufdiagramm und die beiden KV- Diagramme entnommen werden. Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 25

27 Synchrone Zähler Zustandsdiagramm Das Zustandsdiagramm des Dualzählers für 0 bis 3 zeigt die vier Zählerzustände. Bedingung für den Übergang von einem Zählerzustand in den anderen ist, dass eine negative Taktflanke auftritt (dargestellt durch das Symbol c ) Schaltfunktion aus der Wertetabelle Die Schaltfunktion besteht aus so vielen schaltalgebraischen Gleichungen, wie FFs vorhanden sind. Anhand der Wertetabelle stellt man deshalb für jedes FF der Schaltung ein KV-Diagramm auf, und zwar für die Zeitpunkte tn+1. Mit jedem KV-Diagramm kann dann eine schaltalgebraische Gleichung aufgestellt werden. Die Ausgangsvariablen der Gleichung sind die Signale zu den Zeitpunkten tn+1, sie stehen links vom Gleichheitszeichen. Die Signale zu den Zeitpunkten tn sind die Variablen rechts vom Gleichheitszeichen. Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 26

28 Synchrone Zähler Zuerst werden die KV-Diagramme erstellt. Beim KV-Diagramm für q2n+1 ist keine Vereinfachung möglich, wohl aber beim KV-Diagramm für q1n Don t care -Felder in der Wertetabelle Enthält eine Wertetabelle weniger Zeilen als grundsätzlich möglich wäre, so können in die Kästchen des KV-Diagrammes, welche diesen Zeilen entsprechen, beliebige Werte 0 oder 1 eingetragen werden. Es ist aber zweckmäßiger, diese Kästchen mit X (für don t care) zu kennzeichnen. Allgemein gilt für die Anzahl von FFs und die damit darstellbaren Zählerschaltzustände: Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 27

29 Synchrone Zähler 7.3 Zähler aus T-Flipflops Die folgenden beiden Dualzähler sind im IT-Labor mit T-FFs zu realisieren. Der größtmögliche Zählerzustand eines Zählers wird durch die Anzahl der FFs des Zählers festgelegt. Bei Verwendung von T-FFs kann unmittelbar anhand der Schaltfunktionen die Zählerschaltung entwickelt werden Dualzähler von 0 bis 7 mittels T-FF Aufgabe 1: In einer Zählerschaltung befinden sich drei T-FFs. a) Wie groß ist der Zählbereich? b) Bis zu welcher Zahl kann von 0 an beginnend höchstens gezählt werden? Aufgabe 2: Aufgabe 3: Stellen Sie von Aufgabe 1 die Wertetabelle eines Zählers auf, der fortlaufend von 0 bis 7 zählt. Ermitteln Sie anhand der Wertetabelle aus Aufgabe 2 die KV-Diagramme, die Schaltfunktionen und die Schaltung Dualzähler von 0 bis 9 mittels T-FF Aufgabe 1: Unter Verwendung von T-FFs ist ein synchroner Dualzähler zu entwerfen, der von 0 bis 9 zählt und dann wieder bei 0 mit Zählen beginnt. Stellen Sie die Wertetabelle auf! Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 28

30 Synchrone Zähler Aufgabe 2: Für den Zähler aus Aufgabe 1 sind die KV-Diagramme zu erstellen. Die Schaltfunktionen des Zählers mit T-FFs sind daraus abzuleiten. Aufgabe 3: Anhand der Schaltfunktionen aus Aufgabe 2 ist die Zählerschaltung zu entwerfen. 7.4 Zähler aus JK-Flipflops Die folgenden beiden Dualzähler sind im IT-Labor mit JK-FFs zu realisieren. Für synchrone Zähler aus T-FFs können viele Verknüpfungselemente erforderlich sein, da T-FFs für die Information nur einen Eingang haben. Baut man Zähler aus JK-FFs mit unabhängig voneinander beschaltbaren Informationseingängen J und K auf, so kann man oft gesckickter verknüpfen. Beim Entwurf eines synchronen Zählers aus JK-FFs werden mittels Wertetabelle und KV- Diagrammen die Schaltfunktionen ermittelt. Diese müssen in eine bestimmte Form gebracht werden, die man Problemfunktion nennt. Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 29

31 Synchrone Zähler Bei Rückwärtszählern werden im Gegensatz zu den Vorwärtszählern die Ausgänge den Flipflopeingängen geführt. zu Dualzähler von 0 bis 15 mittels JK-FF Aufgabe 1: Aufgabe 2: Aufgabe 3: Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 30

32 Synchrone Zähler Dualzähler von 15 bis 0 mittels JK-FF Die Wertetabelle beginnt mit dem Zählerwert 15 und dann wird abwärts gezählt. Das Erstellen der KV-Diagramme, das Ermitteln der Problemfunktionen und der Eingangsfunktionen der vier benötigten JK-FFs erfolgt in der bekannten Art wie beim Dualzähler von 0 bis 15. Die Schaltung dieses Dualzählers arbeitet gegenüber der des Dualzählers 0 bis 15 mit den Ausgängen der FFs. Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 31

33 Synchrone Zähler 7.5 Beispiele für synchrone Zähler Dualzähler von 0 bis 9 mittels JK-FF S.334 altes Buch / 5 Schritte Zähler im Excess-3-Code S.334 altes Buch / 5 Schritte Vorwärts-Rückwärtszähler von 0 bis 5 S.336 altes Buch / 5 Schritte Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 32

34 Weitere Realisierung von Zählern 8 Weitere Realisierung von Zählern Stand : Wurde nicht weiter ausgearbeitet, da nicht direkt Inhalt des LPs. S. 295 neues Buch 8.1 Zähldekaden S. 293 neues Buch 8.2 Zähler mit Codeumsetzer S. 298 neues Buch S. 345 altes Buch / Codeumsetzer für Excess-3-Codezähler Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 33

35 Schieberegister 9 Schieberegister Das synchrone Schieberegister kann als Spezialfall des synchronen Zählers aufgefasst werden. Beim synchronen Schieberegister werden alle FFs vom gemeinsamen Taktsignal C angesteuert. Die folgende Abbildung zeigt ein dreistufiges Schieberegister. Man unterscheidet Schieberegister mit serieller oder paralleler Eingabe, serieller oder paralleler Ausgabe und rückgekoppelte Schieberegister (sogenannte Ringzähler). Die folgende Abbildung zeigt ein 4-Bit-Universalschieberegister für wahlweise seriellen oder parallelen Betrieb. Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 34

36 Schieberegister Ein Universalschieberegister für das Links- und Rechtsschieben als IC 10 stellt z.b. das IC dar. Schieberegister dienen zur Zwischenspeicherung, zur Serien-Parallelwandlung und zur Parallel-Serienwandlung binärer Codeworte. Rückgekoppelte Schieberegister verwendet man, um die gespeicherten Informationen fortlaufend zu wiederholen (z.b. Lauflicht-Effekte). 10 IC (engl.) integrated circuit = Integrierte Schaltung Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 35

37 Teilerschaltungen 10 Teilerschaltungen Mit Zählerschaltungen können auch Teiler verwirklicht werden; somit sind Teilerschaltungen Zählerschaltungen. Entsprechend der Größe des Teilers (Divisor) spricht man z.b. beim Teilen durch 3 von einem Modulo-3-Teiler. Das Teilerverhältnis bestimmt die notwendige Anzahl der FFs. Aufgabe: Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 36

38 Teilerschaltungen Lösungen: S. 299 (neues Buch) Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 37

39 Projektaufgaben 11 Projektaufgaben 11.1 Signalanlage S. 300 neues Buch 11.2 Zähler mit Codeumsetzer S. 344 altes Buch 11.3 Ansteuerschaltungen von Schrittmotoren S. 346 altes Buch 11.4 Serielle Rechenwerke S. 348altes Buch 11.5 Parallele Rechenwerke S.310 neues Buch Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 38

40 Projektaufgaben 11.6 AD-Umsetzer und DA-Umsetzer S. 351 altes Buch Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 39

41 Zusammenfassung 12 Zusammenfassung Das kennen und können Sie schon: Unterscheidung kontinuierlicher und diskreter Größen Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 40

42 Übungen 13 Übungen und Lösungen 13.1 Logische Grundschaltungen Lösung zu Aufgabe 2.1.1: 13.2 Grundlagen der Schaltalgebra Lösung zu Aufgabe Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 41

43 Literaturverzeichnis Literaturverzeichnis Fachkunde Informations- und Industrieelektronik, EUROPA Lehrmittel, 4. Auflage, ISBN (Bildnachweis) Fachkunde Industrieelektronik und Informationstechnik, EUROPA Lehrmittel, 9. Auflage 2006, ISBN (Bildnachweis) Ingenieurinformatik WS 05/06, Dr.-Ing. K. Jäger-Hezel, Vorlesungsskript Technische Universität Braunschweig, Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze, Vorlesung Technische Informatik II, Grundzüge der Datentechnik, Kapitel 1, Notes/Kapitel-1-Bachelor.pdf (Bildnachweis) Duden, Schülerduden Informatik, 4. Aktualisierte Auflage, ISBN Sequenzielle Schaltwerke Peter Wiech 42

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