Zeitabhängige binäre Schaltungen. Prof. Metzler
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- Carsten Brinkerhoff
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1 Zeitabhängige binäre Schaltungen Prof. Metzler 1
2 Bistabile Kippstufe Flipflop Eine bistabile Kippschaltung hat zwei Eingänge und zumeist zwei Ausgänge. Mit einem Signal am Eingang E1 wird das Flipflop in den gesetzten Zustand gebracht, am Ausgang A1 liegt dann HIGH-Potential. Dieser Zustand des Flipflops und der Pegel am Ausgang bleiben so lange erhalten gespeichert bis ein Rücksetz-Signal am Eingang E2 die Schaltung zurückkippen lässt. Am Ausgang A1 liegt dann LOW-Potential. Auch diese binäre Information bleibt solange gespeichert, bis ein erneutes Setzsignal gegeben wird. Ein Flipflop arbeitet somit wie ein Speicher für 1 Bit und wird daher auch als Elementarspeicher bezeichnet. Der Ausgang A2 führt das negierte Signal von A1. E1 E2 A1 A2 Prof. Metzler 2
3 Bistabile Kippschaltung: RS-NOR-Flipflop R S /Q Q Setzen
4 Bistabile Kippschaltung: RS-NOR-Flipflop R S /Q Q Setzen Rücksetzen
5 Bistabile Kippschaltung: RS-NOR-Flipflop R S /Q Q Setzen Rücksetzen
6 Bistabile Kippschaltung: RS-NOR-Flipflop R S /Q Q Setzen Rücksetzen
7 Bistabile Kippschaltung: R S-NAND-Flipflop /R /S Q /Q
8 Bistabile Kippschaltung: R S-NAND-Flipflop /R /S Q /Q
9 Bistabile Kippschaltung: R S-NAND-Flipflop /R /S Q /Q
10 Bistabile Kippschaltung: R S-NAND-Flipflop /R /S Q /Q
11 Nicht-taktgesteuertes RS-Flipflop Werden zwei NAND-Gatter auf die gleiche Art zusammen geschaltet, erhält man ebenfalls ein Flipflop. Ein NAND-Gatter führt am Ausgang 1-Signal, wenn mindestens ein Eingang den Wert 0 hat. NAND-Latch Prof. Metzler 11
12 Nicht-taktgesteuertes RS-Flipflop Bei der obigen Abbildung dargestellten Flipflop wird A1 = 1 und A2 = 0, wenn E1 = 0 ist und E2 = 1. Dies ist der gesetzte Zustand der Schaltung. Der zurückgesetzte Zustand wird durch umgekehrte Eingangssignale erreicht. Aus E1 = E2 = 1 ergibt sich der Speicherfall und E1 = E2 = 0 ist irregulär, weil beide Ausgänge den Wert 1 haben. In der folgenden Abbildung ist die Wahrheitstabelle erweitert worden, um im Speicherfall die vorher vorhandenen Zustände der Schaltung kennzeichnen zu können; hier mit Q1 (m-1) und Q2 (m-1). Aus dem R S- NAND-Flipflop kann durch Vorschalten von zwei Invertern ein RS-Flipflop gemacht werden. Prof. Metzler 12
13 Nicht-taktgesteuertes RS-Flipflop Prof. Metzler 13
14 Taktzustandsgesteuertes RS-Flipflop Um aus einem nicht-taktgesteuerten RS-Flipflop ein taktzustandsgesteuertes zu machen, müssen UND-Gatter vor die beiden Eingänge geschaltet werden. Gelangt in der unten abgebildeten Schaltung ein 1-Signal an E1, kann dieses erst wirksam werden, wenn an den Steuereingang T ebenfalls ein 1-Signal gelegt wird. Das Setzen des Flipflops erfolgt also dann, wenn ein Taktsignal an T dies ermöglicht. Prof. Metzler 14
15 Taktzustandsgesteuertes RS-Flipflop Schaltzeichen des taktzustandsgesteuerten SR-Flipflops Prof. Metzler 15
16 Taktzustandsgesteuertes RS-Flipflop Die auf der nächsten Folie folgende Abbildung zeigt eine mögliche Form der Wahrheitstabelle des taktzustandsgesteuerten RS-Flipflops. Da sich in den Fällen 1 bis 5 nichts ändert, wird sie üblicherweise ohne Taktsignal angegeben. Stattdessen wird die Tabelle in zwei Bereiche aufgeteilt: einen für den Zeitpunkt t n vor einem bestimmten Taktimpuls und einen für den Zeitpunkt t n+1 nach dem Taktimpuls. Des weiteren kann in der ausführlichen Wahrheitstabelle die Spalte für Q2 wegfallen, da dieser Ausgang immer den entgegengesetzten Zustand von Q1 hat. Prof. Metzler 16
17 Taktzustandsgesteuertes RS-Flipflop Prof. Metzler 17
18 u C u I u R = u St Taktflanken- steuerung zu jeder Zeit ist: u St = u I u C u I 0V u St 0V u C = 0 C entladen
19 Ladung u C u I u R = u St Taktflanken- steuerung zu jeder Zeit ist: u St = u I u C u I 0V u St 0V
20 u C u I u R = u St Taktflanken- steuerung zu jeder Zeit ist: u St = u I u C u I 0V u St 0V u C = U S = +5V C aufgeladen
21 Entladung u C u I u R = u St Taktflanken- steuerung zu jeder Zeit ist: u St = u I u C u I 0V u St 0V
22 u C u I u R = u St Taktflanken- steuerung zu jeder Zeit ist: u St = u I u C u I 0V u St 0V u C = 0V C entladen
23 Dynamischer Eingang: u St u clk Steuerung mit fallender Flanke 5V u St 0V - 5V 5V u clk 0V HIGH LOW
24 Impulsglieder Für die Taktflankensteuerung werden Impulsglieder benötigt. Diese Glieder haben einen statischen und einen dynamischen Eingang und arbeiten im Prinzip wie UND-Glieder. Schaltung, Schaltzeichen und Zeitablauf-Diagramm eines Impulsgliedes für negative Flankensteuerung Prof. Metzler 24
25 Impulsglieder Das unten abgebildete Impulsglied liefert positive Flanken. Schaltung, Schaltzeichen und Zeitablauf-Diagramm eines Impulsgliedes für positive Flankensteuerung Prof. Metzler 25
26 Einflankengesteuerte SR-Flipflop Aus dem nicht-taktgesteuerten RS-Flipflop wurde durch Vorschalten von zwei UND-Gattern ein takzustandsgesteuertes. Werden die Gatter durch Impulsglieder ersetzt, entsteht ein taktflankengesteuertes RS-Flipflop, welches nur beim Übergang des Taktsignals von 0 nach 1 der ansteigenden Flanke bzw. von 1 nach 0 mit abfallender Flanke schaltet. Für das einflankengesteuerte Flipflop gilt die gleiche Wahrheitstabelle, wie für das taktzustandsgesteuerte. Prof. Metzler 26
27 Einflankengesteuerte SR-Flipflop Schaltzeichen taktflankengesteuerter RS-Flipflops, die mit ansteigender bzw. abfallender Flanke schalten Prof. Metzler 27
28 Einflankengesteuerte SR-Flipflop Impulsdiagramme eines takzustandsgesteuerten (links) und Prof. Metzler 28 einem einflankengesteuerten RS-Flipflop (rechts)
29 D-Flipflop D D
30 D D-Flipflop
31 D D-Flipflop
32 D D-Flipflop
33 D D-Flipflop
34 J K - Flipflop
35 J K - Flipflop speichern setzen rücksetzen toggeln (dt.)
36 J K - Flipflop speichern setzen rücksetzen toggeln (dt.)
37 J K - Flipflop speichern setzen rücksetzen toggeln (dt.)
38 J K - Flipflop verboten speichern setzen rücksetzen toggeln (dt.)
Zeitabhängige binäre Schaltungen. Prof. Metzler 1
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