Wirkung a b Q t Q t+1

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1 Speichern Hans-Georg Beckmann 22 Speichern mit Flip Flops Aus der Elektrotechnik kennt man möglicherweise Schaltungen mit seltsamen Namen wie "Monostabile Kippstufe" oder "Bistabile Kippstufe". Man weiß, dass es etwas mit Transistoren zu tun haben muss. Uns interssieren solche Schaltungen auch. Wir verwenden sie zum Speichern von Informationen und wollen das nicht mit Transistoren sondern Logikbausteinen erreichen. Nun sollten sie nicht gleich vermuten, dass wir sofort große Datenmengen speichern wollen. Wir sind schon mit einem Bit zufrieden. Unsere Schaltung soll sich eine "" oder eine "" merken können. Man muss dazu diesen Wert in die Schaltung hinein bekommen. Danach soll man an Ausgang sehen können, dass der Wert gespeichert ist und Änderungen des Inhalts sollen nur möglich sein, wenn wir es wollen. Offensichtlich hängt es auch vom Inhalt des Speichers ab, ob er durch einen Befehl zum Speichern einer "" oder einer "" geändert wird oder nicht. Sei der Inhalt des Speichers zu einem Zeitpunkt t mit Q t bezeichnet und der Zustand nach der nächsten Schaltoperation mit Q t+, dann legen wir nun willkürlich fest, dass es zwei Eingangsleitungen a und b ( und den Inhalt Q t ) geben soll, die folgende Wirkung haben: Wirkung a b Q t Q t+ verboten X X setzen = "" speichern löschen = "" speichern bewahren Nun folgt der zweite Schritt der Entwicklung einer Schaltung. Aus der Tabellen wird eine Logikgleichung erstellt - hier nach der UND-Form: Q t+ = ( a v b v Q t ) ^ ( a v b v Q t ) ^ ( a v b v Q t ) Wir klammern aus und erhalten: Q t+ = a v (( b v Q t ) ^ ( b v Q t ) ^( b v Q t ) ) Aus den ersten beiden inneren Klammen fällt Q t heraus: Q t+ = a v (( b ^ ( b v Q t ) ) = a v (( ( b ^ b) v ( b ^ Q t ) ) = a v ( b ^ Q t ) Nun demorgan anwenden: Q t+ = a v ( b ^ Q t ) = a ^ ( b ^ Q t )

2 Flip Flop Hans-Georg Beckmann 22 Nun werden sie mit Recht sagen, dass sie das viel einfacher hinbekommen würden, wenn sie die Vereinfachungsregeln des letzten Abschnitts verwenden. Sie werden aber nun an der nebenstehenden Schaltung sehen, warum diese seltsame Bearbeitung der Gleichung sinnvoll war: Diese Schaltung ist billig! Man kann sie mit einem halben TTL-IC 74 aufbauen, denn sie hat nur zwei NAND-Bausteine. Bauen sie die Schaltung und prüfen sie, ob sie das leistet, was sie soll. Beachten sie besonders den verbotenen Zustand a= und b=. Stellen sie fest, mit welchem Zustand der Speicher in dem Moment startet, in dem Spannung auf die Bauteile gegeben wird. Sie sollten folgende Tabelle erstellen können, aus der auch der zeitliche Ablauf der Schaltvorgänge deutlich wird. Man muss ja bedenken, dass der Ausgang Q t+ für den nächsten Schaltvorgang wieder als Q t in die Schaltung zurückgeführt wird. Nehmen wir den schlechtesten Fall an, dass die Schaltung beim verbotenen Zustand a= und b= startet und dabei Q t auf "" liegt. Die Veränderung der Werte ist durch Pfeile gekennzeichnet. a --> b a --> & & & --> --> --> Q Q* Q t / t+ t / t+ Q t a b Q t+ Wirkung Q* geht auf "" Q t und Q* auf "" setzen! bewahren löschen bewahren setzen Zeitliche Abfolge der Schaltvorgänge b --> & --> Q* a --> & --> Q t / t+ a --> & --> Q t / t+ --> b --> & --> Q* --> b --> & --> Q*

3 RS Flip Flop Hans-Georg Beckmann 22 Der so aufgebaute Speicher heißt RS-Flip-Flop und bekommt ein eigenes Schaltzeichen. In vielen Publikationen werden sie die kleinen "Verneinungskringel" an den Eingängen nicht finden. Sie sind hier eingezeichnet, um deutlich zu machen, dass dieses Flip-Flop nullgesteuert ist. Das soll bedeuten, dass der Übergang von logisch "" auf logisch "" ( elektrisch von 5V auf V ) den gewünschten Effekt hat. Wenn vom Bewahrenzustand ( a = und b= ) am Eingang a (das ist der Seteingang ) von "" auf "" geschaltet wird, dann wird eine "" gespeichert und damit der Baustein "gesetzt". Wenn vom Bewahrenzustand ( a = und b = ) am Eingang b (das ist der Rücksetzeingang ) von "" auf "" geschaltet wird, dann wird eine "" gespeichert, oder anders gesagt, das Flip-Floip gelöscht. Der eigentliche Grund für die beiden "Nicht-Kringel" liegt aber darin, dass es auch ein RS-Flip-Flop gibt, das einsgesteuert ist. Es ist nicht mit NAND - Bausteinen, sondern mit NOR-Bausteinen aufgebaut. Wir verzichten hier auf die ausführliche Entwicklung dieser Schaltung. Ihre Funktion ist in der nachfolgenden Tabelle dargestellt: Jetzt setzt und löscht jeweils der Übergang von "" auf "". Der verbotenen Zustand ist jetzt a = und b =. Der Bewahrenzustand ist a = und b =. Diese NOR-Version des Flip-Flops heißt auch RS- Flip-Flop und wird - wie schon angedeutet - oft mit dem gleichen Schaltsymbol dargestellt, wie das Flip-Flop in der NAND-Version. Wir sind natürlich pingelig und scheren uns nicht so sehr um die DIN- Wirkung a b Q t Q t+ bewahren löschen = "" speichern setzen = "" speichern verboten X X Norm. Daher sieht unser Schaltzeichen für diese Version etwas anders aus: Die fehlenden "Kringel" sind Zeichen dafür, dass es hier ein einsgesteuertes Flip-Flop ist. Die einfachen Flip-Flops in des NAND-Version gibt Wenn die Ausgangsleitungen nicht "verdreht" werden, bleibt es ein nullgesteuertes FF, allerdings mit einem anderen verbotenen Zustand als das RS-FF in der Nandversion. Seite 29

4 Zeitlaufdiagramme Hans-Georg Beckmann 22 es - wie nicht anders zu erwarten - als TTL - Baustein 748. Dieser Baustein enthält sechs FFs mit einem gemeinsamen Reseteingang an Pin 9. Pin 7 ist nicht beschaltet. Anders als die bisher gezeigten TTLs ist dieser schon "6-beinig". Zeitlaufdiagramme für Flip-Flops Das zeitliche Verhalten von Schaltungen haben wir bis jetzt in Tabellen dargestellt, was nicht sehr übersichtlich ist. Einfacher ist es mit Diagrammen, in denen alle wichtigen Eingänge und Ausgänge einer Schaltung eine eigene Zeitachse bekommen. In y-richtung wird für jede Größe dann eingezeichnet, ob sie auf logisch "" oder auf logisch "" liegt. Für ein RS-FF kann soetwas wie folgt aussehen: a b Q Q* Am Anfang stehen die Eingänge a Geht a auf, dann Das bleibt so, bis Das nächste Set und b auf, was dem Bewahren- wird das FF ge- a= und b = auf- wieder bei a = zustand entspricht. Der Ausgang Q setzt. treten, das bedeutet und b =. steht auf und Q* auf. dann ein Reset. Die senkrechten Hilfslinien zeigen die Zeitpunkte an, an denen sich die Eingangswerte ändern. Mit diesen Zeitlaufdiagrammen kann man sich einen schnellen Überblick nicht nur über das Verhalten von FFs verschaffen. Seite 3

5 Anwendung des RS Flip Flops Hans-Georg Beckmann 22 Ein einfache Anwendung des RS-FF Die häufigste Anwendung des RS-Flip-Flops ist wohl die Tastaturentprellung ( gewesen ). Wenn beim Betätigen einer Taste einer Tastatur ( z.b. Taschenrechner, Fernbedienung etc. ) der Kontakt mehrfach hintereinender anschlägt, obwohl man nur einmal mit dem Finger gedrückt hat, dann liegt das an zittrigen Fingern oder federnden Kontakten. Das nennt man Prellen und das unerwünschte Ergebnis ist, dass nicht ein Signal, sondern mehrere Signale schnell hintereinander in eine Schaltung gelangen. Die Effekte sind bekannt: Man drückt einmal auf dem Taschenrechner eine Ziffer und sie erscheint dann viele Male auf dem Display oder man will nur von ARD auf ZDF weiterzappen und landet bei Kanal 34 ( soweit war man vorher noch nie gekommen ). Besonders bei den ersten elektrischen Schreibmaschinen war die Tastaturentprellung eine wichtige Sache, da sssoooooonsttt die Texte doch sehr leiden mußten. Mit einem RS-Flip-Flop kein Problem mehr. Wenn die Tipptaste mit Federkontakt normalerweise in Position steht, dann liegt am Eingang R eine "" an und an Eingang S eine "". Das ist ein Reset, so dass der Ausgang Q auf "" steht. Wird nun die Taste auf Position 2 geschaltet, so wird schon beim ersten Kontakt "" an Eingang S und "" am Eingang R liegen, was einem Set entspricht, so dass der Ausgang Q auf "" geht. Nun kann der Schalter ruhig mehrfach an Kontakt 2 anschlagen, solange er nicht wieder an Kontakt berührt, bleibt es bei dem einen Set, das man mit dem ersten Berühren erzeugt hat. Genauso ist es beim Loslassen der Taste. Die erste Berührung mit Kontakt erzeugt das Reset ( also "" am Ausgang Q ) und danach bewirkt ein Flattern des Kontaktes nichts Weiteres mehr. Finger drückt Taste Federkontakt Ausgabesignal gewünschtes Signal Seite 3

6 Weitere RS - Flip Flops Hans-Georg Beckmann 22 Verbesserung der Flip-Flops Bis jetzt können wir mit den Speicherbausteinen noch nicht zufrieden sein, denn verbotene Kombinationen der Eingangsleitungen sind nicht besonders brauchbar. In komplexeren Schaltwerken muss man wohl sicher sien können, dass es keine unzulässigen Beschaltungen von Bauteilen gibt, deren Wirkung auf andere Teile der Gesamtschaltung unklar ist. Es gilt die verbotenenen Zustände zu verhindern. RS - Flip - Flop mit dominierenden Setzeingang Vor das RS-FF soll eine Schaltung gesetzt werden, die bei a = auch dann setzt, wenn verbotenerweise auch b = anliegt. Diese kleine Schaltung läßt sich schnell entwickeln: Wie man sieht, kein schwieriges Unterfangen. Tabelle: A B a b Logikgleichung: a = ( A ^ B ) v ( A ^ B ) = A b = ( A v B ) ( aus der dritten Zeile als UND-Form ) Schaltung : Aufgabe: Entwickeln sie eine entsprechende Schaltung für das RS - FF in der NOR-Fassung. Aufgabe : Entwicklen sie eine Schaltung für das RS-FF in NAND-Version, dass an Stelle des verbotenen Zustandes ein zusätzliches Reset erzeugt. Aufgabe: Vervollständigen sie die Zeitlaufdiagramme auf der folgenden Seite. Seite 32

7 Übungen Hans-Georg Beckmann 22 RS - Flip - Flop in der NAND - Version RS - Flip - Flop in der NOR - Version RS - Flip - Flop in der NAND - Version mit dominierendem Seteingang Seite 33

8 Zustandsteuerung Hans-Georg Beckmann 22 RS- Flip - Flop mit Zustandsteuerung a* Wenn man sich vorstellt, dass ein RS-FF in einer umfangreichen Schaltung eingebaut ist, dann könnten Änderungen an des Signalleitungen b* zu Änderungen des Zustandes des Flip-Flops bewirken, obwohl das garnicht beabsichtigt ist. Es ist daher wünschenswert, Steuerleitung c = Kontrolle darüber zu haben, ob das FF geändert werden soll oder nicht. Man führt eine zusätzliche Steuerleitung in die Schaltung ein, die unabhängig von den Werten an den Eingangsleitungen dafür sorgt, dass das FF ansprechbar ist - oder auch nicht. Wie man schnell sieht, ist die Steuerleitung hier der Eingang "c". Wenn c= " " geschaltet ist, dann liefern die beiden ersten NAND- Bausteine in jedem Falle das Ergebnis " " am Ausgang unabhängig von den Eingängen a und b. Das bewirkt dann, dass im nachgeschalteten RS - FF der Bewahrenzustand gilt. Kurz: Änderungen an den Eingängen kommen "nicht durch". a b a* b* Wirkung bewahren reset set verboten Wenn c auf "" gesetzt wird, ergeben sich nun einige Änderungen gegenüber dem üblichen RS- FF. Jetzt bewirkt die Kombination a= und b= das Setzen und die Kombination a= und b= das Reset. Immer noch gibt es eine verbotenen Kombination, wenn a= und b= anliegt. Das FF heißt jetzt "Einsgesteuertes RS - Flip - Flop mit Zustandsteuerung", was sich auch im DIN-Symbol niederschlägt, wenn man die Bezeichnungen "S", "R" und "C" sieht. Um die verbotene Kombination der Eingangsleitungen zu vermeiden, wird nun noch ein wenig verändert: Das Bewahren wird nun dem Steuereingang c überlassen, der ja das ganze FF "blockieren" kann und damit Veränderungen verhindert. Damit brauchen wir für die Eingabe einer "" oder einer "", die gespeichert werden soll nur noch eine Leitung: a

9 D Flip-Flop Hans-Georg Beckmann 22 Bei c= und a= hat man Zeile 3 der Tabelle und damit ein Set. Bei c= und a= hat man Zeile 2 und damit ein Reset. c= bewahrt. Dieses Flip-Flop hat nun keinen verbotenen Zustand mehr und die freundliche Eigenschaft, Änderungen an der Datenleitung a erst dann an das RS-FF durchzulassen, wenn die Steuerleitung c auf " " gesetzt wird. Diese "Verzögerung" ist auch für den Namen dieses FFs verantwortlich: D-Flip - Flop, wobei das "D" für Delay ( Verzögerung ) steht. Das DIN-Schaltsymbol zeigt an, dass ein Setzen mit einer "" erfolgt, das FF also einsgesteuert ist ( daher D ) und dass der Steuereingang nur bei "" Daten durchläßt, daher C. Da nun keine Fehler durch verbotenen Eingangskombinationen mehr auftreten können, ist auch gesichert, dass die beiden Ausgänge immer brauchbare Werte zeigen, die zu einander invers sind. Daher die Bezeichnung Q und Q-quer. D - Flip - Flop Aufgabe: Füllen sie das Zeitlaufdiagramm für das D-FF aus. Wie nicht anders zu erwarten, gibt es auch für diese D-FFs einen TTL-Baustein: 7475 Er enthält 4 D-Flip-Flops, wobei jeweils 2 eine gemeinsame Steuerleitung besitzen ( Pin 4 und Pin 3 ) Die Spannungsversorgung liegt hier an den Pins 2 und 5. Seite 35

10 Weitere Verbesserungen Hans-Georg Beckmann 22 Weitere Verbesserungen zum D-Flip-Flop In einem weiteren Verbesserungschritt, wird nun die Möglichkeit geschaffen, unabhängig vom Zustand der Steuerleitung ein Reset oder Set beim FF durchführen zu können. Das macht Sinn, wenn man sich vorstellt, dass eine ganze Reihe von FFs in einer Schaltung verbaut sein können, die alle an einer gemeinsamen Steuerleitung liegen. Soll nun gezielt ein Flip-Flop gesetzt oder gelöscht werden, so muss man die Steuerleitung für alle FFs öffnen. Das könnte problematisch werden, wenn man den "Signalverkehr" in der Schaltung nicht unter Kontrolle hat. Nun also die Möglichkeit gezielt ein Flip-Flop verändern zu können: Die beiden UND-Bausteine vor dem inneren Flip-Flop schalten in jedem Falle auf "", wenn an den Leitungen c "Set" bzw. "Reset" eine "" angelegt wird. Das das innere RS-FF ein nullgesteuertes FF ist, wird also ein Set oder Reset ausgelöst unabhängig von den Leitungen c und a. Eine weitere Verbesserung ist die sogenannte Flankensteuerung des Flip-Flops. Durch geeignete Transistorschaltung wird dafür gesorgt, dass die Steuerleitung c nur noch in dem Zeitraum wirksam ist, in dem an ihr der Eingangswert von "" auf "" ( also von Volt auf 5 Volt bei TTLs ) steigt. Das ist die steigende Taktflanke. Ein Zeitlaufdiagramm verdeutlicht das Verhalten eines FFs Seite 36

11 Flankensteuerung Hans-Georg Beckmann 22 ohne Flankensteuerung bzw. mit Flankensteuerung. Beim FF ohne Flankensteuerung kommen alle Änderungen an der Dateneleitung a im FF an, wenn c auf "" steht. Anders beim FF mit Flankensteuerung. Bei steigt die Flanke für den Eingang c. Da zu diesem Zeitpunkt a= gilt, bleibt das FF auf "Set" und es ändert sich am Ausgang Q nichts. Bei 2 ergibt sich die nächste steigende Flanke und jetzt ist einen Moment vorher der Eingang a auf "" geschaltet worden. Diese "" wird nun übernommen und erzeugt ein Reset im FF. Bei der nächsten steigenden Flanke 3 steht a auf "" und wird übernommen. Bei Flanke 4 ist dann a wieder auf "". Im DIN-Symbol für dieses Flip-Flop wird die Flankensteuerung dadurch gekennzeichnet, dass vor dem "C" ein kleines Dreieck zu sehen ist. Treten dominierendes Set/Reset zusammen mit der Flankensteuerung auf, dann hat man damit das nebenstehende Schaltsymbol. Und - wie sollte es anders sein - gibt es einen passenden TTL-Baustein, der zwei dieser D-Flip-Flops mit Flankensteuerung und dominierendem Set und Reset enthält : 7474 Man könnte nun annehmen, dass man die Set - und Resetleitungen bei diesem TTL-Baustein immer auf 5V schalten muss, um versehentliches Set oder Reset zu vermeiden. Das ist zum Glück nicht nötig, denn die TTLs sind freundlich zu uns. Unbeschaltete Eingänge verhalten sich in der Regel so, als wenn an ihnen "" also 5 V anliegen würden. Anders herum bedeutet das, dass man die Pins 3,, und 4 schon mit Schaltern versehen muss, wenn man ein Set oder Reset erzwingen möchte. Seite 37

12 J-K-Flip-Flop Hans-Georg Beckmann 22 Das J-K-Flip-Flop Ein weiteres Flip-Flop auf Basis des RS-FFs ist das J-K- Flip-Flop, dessen Eigenschaften in der nebenstehenden Tabelle dargestellt sind. Eine Besonderheit ist die Möglichkeit, durch geeignete Eingangsgrößen einen Zustandswechsel an den Ausgängen zu erzeugen ( j=, k= ). Es ist auch klar, dass es ein flankengesteuertes Flip-Flop sein muss, sonst würde die Kombination j= und k= ein Dauerflattern an den Ausgängen bewirken. Bei einer geeigneten Flankensteuerung kommt es nur zu einem Wechsel. Eingänge Ausgänge Wirkung j k Q t Q t Q t Q t Q t Q t bewahren löschen setzen wechseln Wenn man den internen Aufbau des J-K- FFs analysieren will, muss man beachten, dass die Ausgänge Q und Q mit den a Eingangsleitungen j und k verknüpft sind. Wir setzen zu Beginn Q= und Q =, legen an die Leitung c einen regelmäßigen b Takt an und spielen nun die verschiedenen Möglichkeiten für die Eingangsleitungen j und k durch. Bedenken sie, dass nur bei steigenden Taktflanke Daten ins FF übernommen werden können. Beachten sie auch die Funktion der beiden UND-Bausteine, die vor das eigentliche FF geschaltet sind. Liegt ein Eingang dieser UNDs auf "" dann kann auch nur "" an das FF weitergegeben werden. Das bedeutet, dass z.b. mit Q= das UND am Eingang j vorerst blockiert. Ein j= käme also nicht im FF an. Q=, Q=, c=, j=, k= Q= und k= schalten das untere UND durch, so dass b= wird. Wegen Q = bleibt das obere UND gesperrt, so dass a= wird. a= und b= erzeugen mit c= bei steigender Flanke ein Reset, so dass Q= wird und Q =. Da wiederum sperrt das untere UND, damit wird b=. Da j= immer noch gilt, bleibt auch das obere UND gesperrt. a= und b= bewirken ein "Bewahren". Q=, Q=, c=, j=, k= Q= und j= schalten das obere UND durch. Das untere bleibt gesperrt. Daraus ergibt sich mit a= und b= ein Set mit Q= und Q=. Das sperrt nun wieder das obere UND und erzeugt so ein Bewahren. Seite 38

13 Zeitlaufdiagramm, JK MS FF Hans-Georg Beckmann 22 Besser kann man die Funktionsweise in einem Zeitlaufdiagramm untersuchen: Vorgegeben seien die Werte für j, k und c. Am Anfang sei Q=. Jeweils bei steigender Flanke von c wird geprüft, was im Flip-Flop passiert: Takt : j = und k = bewirkt ein Set --> Q = Takt 2: j = und k = bewrikt ein Reset --> Q = Takt 3: j= und k = bewirkt Bewahren --> Q = bleibt Takt 4: wie bei Takt 3 Takt 5: j = und k = bewirkt ein Set --> Q = Takt 6: j = und k = bewirkt ein Wechsel --> Q = Takt 7: j = und k = bewirkt ein Wechsel --> Q = Takt 8: j = und k = bewirkt ein Wechsel --> Q = Im Bereich von Takt 5 bis Takt 8 findet eine Halbierung der Frequenz statt, die an c anliegt. Das J-K-FF ist damit ein Frequenzteiler 2: Das universelle J-K-Master-Slave-Flip-Flop Eine letzte Veränderung der bisher behandelten Flip-Flops führt zu einem zweiteiligen Baustein, bei dem das erste Flip-Flop Werte bei einer steigenden Taktflanke übernimmt und das nachgeschaltete Flip-Flop dann bei fallender Taktflanke den Wert an die Ausgänge weiterreicht. Diese FFs werden in vielen Schaltungen verwendet und dienen u.a., wie wir noch sehen werden,als Grundbausteine für Zähler. Ihr Aufbau sieht im ersten Augenblick etwas kompliziert aus, bei näherem Hinsehen sollte dieses FF aber gut zu durchschauen sein: Seite 39

14 J-K-Master-Slave-Flip-Flop Hans-Georg Beckmann 22 Master Flip-Flop Slave Flip-Flop Das Master - FF nimmt bei steigender Taktflanke von c die Eingangswerte von j und k an. Der Takt c ist invertiert an das Slave - FF durchgeschaltet. Wenn im Master - FF die Taktflanke fällt, steigt sie im Slave - FF an und dort werden nun die Werte, die an den Ausgängen des Master-FF liegen, übernommen. Bei der fallenden Taktflanke von c kommen daher auch erst die Werte an den Ausgängen Q und Q quer an. Im Blockschaltbild sieht man, dass hier zwei zustandsgesteuerte RS - Flip-Flops zusammengeschaltet sind: Im DIN-Schaltsymbol wird durch zwei kleine "Haken" an den Ausgängen gekennzeichnet, dass dieses JK-FF erst bei fallender Taktflanke Werte an den Ausgängen zeigt. Natürlich ist es nun auch wieder möglich zusätzliche Set - und Resetleitungen einzubauen, die unabhängig vom Takt auf das FF wirken können. Eine Möglichkeit, das zu realisieren zeigt das nachfolgende Schaltbild. Mit S = bzw. R = kann Set oder Reset erzwungen werden. Wie auch schon bei allen anderen Flip-Flops, gibt es diese JK-MS-FFs auch in TTL-Bausteinen.

15 TTL Speicher 7473 und 7476 Hans-Georg Beckmann 22 der 7473 enthält zwei Flip-Flops mit Resetleitung, der Baustein 7476 enthält zwei Flip-Flops mit Set - und Resetleitung. Aufgabe: Fülle das Zeitlaufdiagramm für ein JK-Master-Slave-Flip-Flop aus. Seite 4

16 Frequenzteiler Hans-Georg Beckmann 22 Frequenzen teilen, Zählen, Schieben Nachdem wir nun reichlich Speicherbausteine erörtert haben, sollen die nun auch mal angewendet werden. An den Eingang c eines JK-MS-FFs ist ein regelmäßiger Takt gelegt, j und k liegen durchgehend auf "". S und R sind unbeschaltet, also auch auf "". Dann ergibt sich ein einfaches Zeitlaufdiagramm, denn das FF steht auf "Wechseln", so dass bei jeder fallenden Taktflanke von c ein Wechsel am Ausgang Q stattfindet. 2 : Diese einfache Schaltung ist ein Frequenzteiler 2:, da die Frequenz am Eingang c halbiert wird. Die Taktlänge ist bei c und bei Q durch Doppelpfeile gekennzeichnet. Aufgabe : Zeichne das Zeitlaufdiagramm für folgende Schaltung. Es ist ein Frequenzteiler 4: Seite 42

17 T-Flip-Flop Hans-Georg Beckmann 22 Beachten sie, dass bei der Schaltung der Ausgang des ersten Flip-Flops der Takteingang des zweiten Flip-Flops ist. Wenn sie passende Elektronikbausteine vorliegen haben, dann bauen sie die Schaltung auf! JK - FF als T-Flip-Flop schalten Wenn man die Ausgänge eine JK-MS-FFs in die Eingänge zurückführt, erhält man ein sogeannten T-Flip-Flop, das nur noch den Takteingang c hat. Im obigen Bild ist diese Schaltung mit einem Hardwaresimulator realisiert worden. Man sieht im Zeitlaufdiagramm, dass eine Takthalbierung vorliegt. Da mit einem JK-MS-FF mit Set und Reset gearbeitet wurde und eine Simulation nun mal keine echte TTL-Hardware ist, mußten die Eingänge S und R auf "" gelegt werden, um Fehler zu vermeiden. Arbeiten sie die Schaltung selbst an einem Zeitlaufdiagramm durch und setzen sie zu Beginn Q= als Ausgangswert fest. Seite 43

18 JK - FF als Zähler Hans-Georg Beckmann 22 JK - MS-FFs als Zähler schalten Wenn man mehrere JK-MS-FFs hintereinanderschaltet, indem man den Ausgang des einen FFs als Takteingang des nachfolgenden FFs nimmt, dann teilt man den Takt immer wieder im Verhältnis 2:. Betrachtet man die Ausgänge Q bis Q3 im Zeitlaufdiagramm, dann ist die Takthalbierung von FF zu FF gut zu sehen. Zeichnet man sich im Diagramm die Takte genau auf und interpretiert die Ausgänge Q bis Q3 als die vier Stellen einer Dualzahl, dann erkennt man, dass diese Schaltung als vierstelliger Dualzähler benutzt werden kann. Nach 5 Takten stehen wieder alle Ausgänge auf "" und der Zähler beginnt von vorn. Im Diagramm ist für die Augänge jeweils eine "" eingetragen, wenn er auf "" steht. Die Takte sind durchgezählt von bis 6.

19 Dualzähler Hans-Georg Beckmann Wie nicht anders zu erwarten, gibt es solche Zähler als fertiger TTL Bausteine. Einer davon ist der Baustein 7493, der in zwei Bausformen zu haben ist, die unterschiedlich beschaltet sind! Nebenstehend ist die Standardversion ( Std. ) zu sehen. der Zähler kann bis 32 MHz Zählfrequenz verkraften. Gemeinsames Reset für alle internen FFs: Pin r = und r 2 =. Für den Zählbetrieb müssen r und r 2 auf gelegt werden. Intern ist das erste Flip-Flop der Zählfolge noch nicht mit den drei nachfolgenden FFs verbunden. Liegt die Zählfrequenz an t a an dann kann man an Q einen Zähler/Frequenzteiler 2 : abgreifen. Wenn der Ausgang Q mit dem Takteingang t b verbunden wird, hat man einen vierstelligern Zähler, wie er oben erläutert ist. Weitere Frequenzteilerschaltungen Sicher sind sie auf den Gedanken gekommen, dass sich mit solchen Frequenzteilerschaltungen doch leicht eine "digitale" Uhr schalten lassen muss. Angenommen, man findet einen passenden Taktgeber, dann müßte man durch passende Teiler einen Sekundentakt erzeugen können. Geht ein Frequenzteiler 3 : oder 6 :? Betrachten sie die nachfolgende Schaltung und füllen sie das Zeitlaufdiagramm sorgfältig aus. Es sei soviel verraten, dass es sich um eine Frequenzteilerschaltung 3 : handelt. bei der man allerdings nicht erwarten darf, dass die beiden Hälften eines Taktes gleich sind. Vielmehr ist die Seite 45

20 Frequenzteiler Hans-Georg Beckmann 22 Zeit, in der der Ausgang zwei Zeiteinheiten auf "" und dann eine Zeiteinheit auf "". Zu Beginn steht der Ausgang Q auf "" und damit der Eingang j auf "". Der Eingang k steht durchgehend auf "". Das Zeitlaufdiagramm: Die Schaltung mit einem Baustein 7473: Die nichtbeschalteten Eingänge liegen auf "". Schaltet man Zähler / Frequenzteiler paasend hintereinander, kann man auch weitere Teiler leicht erzeu- Seite 46

21 Frequenzteiler Hans-Georg Beckmann 22 gen. Aus einem 2 : und einem 3 : Teiler läßt sich leicht ein 6 : Teiler bauen: 2 : 3 : entspricht: 6 : Ein Zähler von bis 9 ( BCD Zähler ) Es soll ein Zähler gebaut werden, der von bis ( also von bis 9 ) zählt und dann wieder bei beginnt. Das wäre ein BCD-Zähler ( binär codierte Dezimalzahlen ). Als Baustein verwenden wir einen vierstelligen Dualzähler aus JK-MS-FFs, die wir zuerst wie gewohnt ( siehe Seite 44 ) hintereinderschalten. Die erste Idee, die man verfolgen kann, besteht nun darin, bei Takt ein Reset auf alle Flip- Flops zu geben, und diese so auf "" zu schalten. Das Reset wird erzeugt, wenn man entsprechenden Eingang der FFs von "" auf "" schaltet. Haben die FFs die Ausgänge Q, Q, Q2 und Q3 dann gilt für Takt : Q=, Q=, Q2= und Q3=, wobei Q3 das höchste Bit ist und Q das kleinste ( also die Einerstelle ). Da die JK-MS-FFs immer auch invertierte Ausgänge Qquer haben, kann man für den. Takt auch Q=, Q=, Q2= und Q3= erhalten. Kommt diese Wertekombination in ein 4-fach-NAND, ergibt das als Ergebnis eine "", die auf alle Reseteingänge aller FFs geschaltet wird. Siebensegmentanzeige Q Q Q2 Q3 Q Q2 Seite 47

22 BCD-Zähler Hans-Georg Beckmann Das klappt im Prinzip schon ganz gut, aber beim Aufbau der Schaltung und im Zeitlaufdiagramm sieht man eine kleine "Macke" zwischen Takt 9 und. Ganz kurz blinkt die "" ( als Dualzahl ) auf -- unschön. Diese Art der Auswertung von Zählerständen ist sicher geeignet, wenn man z.b. eine Zähler stoppen will aber für einen BCD-Zähler mit Übetrag in die nächste Dezimalstelle nicht so gut. Eine andere Schaltung, die eher üblich ist, geht einen anderen Weg. Beim zehnten Takt werden die passenden FFs über den Eingang j gelöscht. Da bedeutet, bei einer steigenden Taktflanke die Kombination j= und k= an die Eingänge anlegen, so dass dann bei fallender Taktflanke die "" im FF ankommt. Betrachten sie folgende Schaltung: Q Q Q2 Q3 Übertrag in die nächste Stelle Q4 J4 J2 Auf den ersten Blick ähnelt sie der letzten Schaltung. Jedoch gibt es einige Unterschiede. - Der invertierte Ausgang des letzten FFs wird auf Eingang j des zweiten FFs geschaltet (J2). - Das zweite und das vierte FF haben einen gemeinsamen Takteingang. - Die Ausgänge Q und Q2 sind über ein UND auf den Eingang j des letzten FF geschaltet (J4) Zu Beginn stehen alle Ausgänge auf "". Damit ist auch J4 = und das dritte FF wird an Q3 ebenfalls eine Null zeigen. Das vierte FF mit dem Augang Q3 kann erst beim 6 Takt an J4 eine "" bekommen, weil dann Q Seite 48

23 BCD-Zähler Hans-Georg Beckmann 22 und Q2 auf "" stehen. Dieses Setzen kann aber erst wirken, wenn am Takteingang dieses vierten FFs eine steigende und dann eine fallende Taktflanke auftritt. Beim siebten Takt geht Q von "" auf "", was dem Takteingang am letzten FF zugeführt wird. J4 bleibt noch auf "" und damit nimmt das FF den Setzbefehl an. Bei Takt 8 geht der Ausgang Q auf "" und damit hat man die fallende Taktflanke beim letzen FF. Nun geht Q3 auf "" und damit wird der Eingang J2 auf "" gesetzt. Wenn nun beim. Takt eigentlich das zweite FF auf "" gehen sollte, dann ist dieses FF gesperrt und es bleibt bei Q=. Q ist allemal "" und auch Q2 ist "". Damit ist es auch wieder J4= und alle FFs des Zählers stehen auf dem Anfangszustand. Zwischenzeitlich hatte aber das FF mit dem Augang Q4 in der nächsten Zehnerstelle des BCD-Zählers vom vierten FF einen Zählimpuls bekommen -- so sollte es sein. Betrachten sie nun das Zeitlaufdiagramm zu dieser doch sehr raffinierten Schaltung Diesen BCD-Zähler gibt es als TTL - Baustein 749 Stehen r und r2 auf "" wird der Zähler auf zurückgestellt. Stehen r9 und r92 auf "" wird der Zähler auf ( dezimal 9 ) gestellt. Zählen von bis 9: Dazu wird b mit Q verbunden und Zähltkt wird an Eingang a gelegt. Zählen von bis : Dazu Zähltakt an Eingang a Zählen von bis 4: Dazu Zähltakt an Eingang b Maximal Zählfrequenz: 32 MHz Seite 49

24 Aufgaben Hans-Georg Beckmann 22 Aufgaben ) Analysieren sie die nachfolgende Schaltung. Sie enthält einen gemeinsamen Reseteingang r für alle JK-MS-FFs. Die Eingänge j,k und S sind immer auf "" geschaltet. Fertigen sie ein Zeitlaufdiagramm für mindestens 2 Takte an. 2 ) Zwischen die einzelnen JK-MS-FFs wird nun jeweils eine Schaltung eingebracht. Analysieren sie die Wirkungsweise dieser Schaltung. Was passiert, wenn die Steuerleitung v/r auf "" bzw. auf "" gelegt wird? 3 ) Entwerfen sie eine Schaltung für den BCD-Zähler 749, bei dem ein automatischer Stopp beim Zählerstand "7" erfolgt. Es reicht dabei aus, dass der von außen anliegende Takt nicht mehr auf die Takteingänge durchgeschaltet wird. Seite 5

25 Daten schieben Hans-Georg Beckmann 22 Daten schieben Eine andere wichtige Schaltung mit JK-MS-FFs ist das Schieberegister. Hier werden alle Flip-Flops mit dem selben Takt beschaltet. Die Ausgänge des ersten FFs gehen in die Eingänge des zweiten FFs, dessen Ausgänge gehen in die Eingänge des dritten FFs, dessen Ausgänge... usw. In der folgenden Schaltung sind die Eingänge des ersten FFs mit einem Schalter realisiert, der entweder die Kombination j= mit k= oder aber j= mit k= schaltet. Set und Reset sind auf "" gelegt, also nicht von Bedeutung. Wenn nun der Schalter für eine Taktlänge auf "" geschaltet wird, dann übernimmt bei steigender Taktflanke das erste FF, wird den Wert "" aber erst bei fallender Taktflanke am Ausgang Q zeigen. Q ist auf den Eingang des zweiten FFs geschaltet, wird von dem aber erst bei der nächsten steigenden Flanke übernommen. Wieder bei fallender Flanke steht dann der Wert an Q bereit. Unterdessen hat man ja den Eingangsschalter wieder auf "" gestellt, so dass nun vom ersten Flip-Flop aus die "" nachgeschoben wird. So geht es durch die Flip-Flops hindurch. Insgesamt wird das "Datenpaket" mit jedem Takt um ein FF weiter geschoben. Das zugehörige Zeitlaufdiagramm: Sit 5

26 Schieberegister Hans-Georg Beckmann 22 Wenn auf die beschriebene Art mehrere Flip-Flops hintereinander geschaltet werden, dann heißt die Gesamtschaltung Schieberegister. Aufgabe Untersuchen sie das folgende Schieberegister und zeichnen sie ein Zeitlaufdiagramm. Zu Beginn seien alle Ausgänge auf "" gesetzt. Seite 52

27 Schieberegister mit Füll - und Räumeffekt Hans-Georg Beckmann 22 Nur eine kleine Änderung an der Schaltung erzeugt ein Schieberegister mit Füll - und Räumeffekt. Untersuchen sie die folgende Schaltung und zeichnen sie wieder das Zeitlaufdiagramm. Beachten sie, dass die Ausgänge des letzten FF an die Eingänge des ersten FF geschaltet sind. Rechts und links schieben In der nachfolgenden Schaltung wurde auf die üblichen Reset- und Setleitungen verzichtet. Da Daten geschoben werden sollen, ist jetzt auch nicht die Eingangskombination j= und k= vorge- Seite 53

28 Links - und Rechtsschieben Hans-Georg Beckmann 22 sehen. Daher kann man mit einem NICHT-Baustein das JK-MS-FF wie ein D-FF beschalten. Damit sieht das Rechtsschieberegister nun wie folgt aus: Nur einige Leitungen müssen anders geschaltet werden, um das Register, das bis jetzt die Daten ( Bits ) nach rechts geschoben hat, zu einem Linksschieberegister umzubauen. Jetzt bekommt jedes FF sein Eingangssignal nicht vom vorangeschalteten Baustein, sondern vom nachfolgenden. Die Dateneingabe erfolgt jetzt am vierten FF. Es liegt nahe (oder auch nicht ), nun eine Schaltung zwischen die einzelnen Flip Flops zu bringen, die es gestattet, zwischen Links - und Rechtsschieben umzuschalten. Wir entwickeln diese Schaltung - wie schon oft geübt - aus einer Wertetabelle heraus. Dabei sei mit L der Eingang gemeint, der vom links liegenden FF kommt, und damit für das Rechtschieben gebraucht wird und R der Eingang vom rechts liegenden FF, der für das Linksschieben gültig ist. S sei eine Steuerleitung, bei der wir willkürlich festlegen: S= bedeutet Rechtsschieben - also Eingangssignal an L wird durchgeschaltet und S= bedeutet Linksschieben, wobei das Eingangssignal R durchgeschaltet wird. Mit J ist der Eingang des Flip-Flops gemeint. Aus der Tabelle werden wir dann eine Logikgleichung entwickeln, die so weit wie möglich vereinfachen und daraus die Schaltung ermitteln. Seite 54

29 Links - und Rechtsschieben Hans-Georg Beckmann 22 Schritt : Die Tabelle R L S J Schritt 2: Die Logikgleichung J = ( R ^ L ^ S ) v ( R ^ L ^ S ) v ( R ^ L ^ S ) v ( R ^ L ^ S ) Aus den ersten beiden Klammern fällt R heraus. Aus den beiden letzten Klammern fällt L heraus. J = ( L ^ S ) v ( R ^ S ) Dieses Ergebnis hätte man sicher auch direkt sehen können. Schritt 3: Die Schaltung Diese kleine Schaltung ermöglicht nun, die Schieberichtung zu beeinflussen. Dabei kann beim Rechtsschieben natürlich der Eingang des ersten FFs nur von außen mit Daten gefüllt werden. Genauso kann beim Linksschieben der Eingang des vierten FFs nur von außen belegt werden. Das sind dann die seriellen Eingänge E rechts und E links des Schieberegisters. Mit Scheiberegistern sind leicht Effekte zu realisieren, denen man oft im Alltag begegnet. Lauflichter und Laufschriften, die aus unzähligen Leuchtpunkten ( - dioden ) bestehen sind als Informationmittel unverzichtbar. Die Bewegung der Schriften und Bilder über das gesamte Display wird im Prinzip mit Schieberegistern realisiert. Universalregister Nun fehlt nur noch die Möglichkeit, ein Register aus 4 oder mehr Flip Flops parallel mit Daten füllen zu können, die dann weitergeschoben werden, bitweise in ein anderes Register laufen und dort parallel ausgelesen werden. Das wäre im Prinzip der Vorgang des Datentransports, der in

30 Universalregister Hans-Georg Beckmann 22 der Praxis sehr häufig vorkommt. Werden Daten von einem Computer an einen Drucker seriell - also bitweise - übetragen werden, finden genau die beschriebene Eingabe, Weiterleitung und Ausgabe statt. Z.B. auch der Datenübertragung von einer Zapfsäule in den Kassenraum einer Tankstelle geht es ebenfalls auf die beschriebene Art und besonders in der Computertechnik ist diese Umsetzung parallel- seriell - parallel üblich. Es soll also ein Register gebaut werden, dass alle diese Eigenschaften hat. Dazu fehlt nur noch eine Steuerlogik, die ein Umschalten zwischen paralleler Dateneingabe und Schieben gestattet. Die Steuerung der parallelen Ausgabe der Daten kommt dann zum Schluss noch hinzu. Es reicht eine Steuerlogik mit 2 Leitungen aus, um die drei Möglichkeiten der Beschaltung der Eingänge der Flip Flops zu realisieren. Die Daten kommen entweder vom weiter links liegenden FF ( für Rechtsschieben ) oder vom weiter rechts liegenden FF ( für Linksschieben ) oder von außen bei paralleler Dateneingabe. In den TTL Bausteinen 7495 und 7494 findet man solche Universalregister vor. Die Daten werden parallel an den Eingängen A,..,D angelegt. Die Ausgänge sind QA,... QD. Ein bidirektionales 4-Bit-Schieberegister für paralleles Laden und serielle Ein - und Ausgabe mit Löscheingang Für das Rechtsschieben werden die Daten an Pin ( serial input ) angelegt und Pin 6 ( Mode ) wird auf "" gelegt. Der Takt liegt dann an SR an und SL ist gesperrt. Zum Linksschieben muss man QB mit A, QC mit B, QD mit C verbinden und als Dateneingang D verwenden. Der Takt iwrd dann SL zugeführt, wobei SR und serial input gesperrt sind. Zum parallelen Laden wird Mode auf "" gelegt. Bei der nächsten fallenden Taktflanke an SR werden dann die Daten von den Eingängen A,...,D übernommen. Diese Beschaltung gilt für die TTL-Typen Std und LS. Der Bautyp L hat eine andere Pinbelegung. Geht der Löscheingang Clear auf "", werden alle internen FFs gelöscht. D SR und D SL sind die seriellen Eingänge für die beiden Schieberichtungen. S und S bestimmen die Funktion des Bausteins: S S Clear X X Funktion keine Wirkung Linksschieben Rechtsschieben Paralleles Laden Reset ( Löschen ) Seite 56

31 Ein serielles Addierwerk Hans-Georg Beckmann 22 Ein serielles taktgesteuertes Addierwerk Mit solche Registern läßt sich doch auch schon mal was Größeres bauen -- ein taktgesteuertes serielles Addierwerk, das zwei 4-Bit Zahlen in 5 Takten addiert. Auch wenn die Funktionsvielfalt nicht ganz der aktuellen Hardwareentwicklung entspricht, ein allemal lohnendes Unternehmen, wenn man es im Unterricht nicht nur an der Tafel entstehen läßt, sondern tatsächlich baut. Planung: Die beiden zu addierenden Zahlen ( a,...,a3 und b,...,b3 werden parallel in zwei Register geladen. Aus diesen Registern werden sie in einen Volladierer (VA ) geschoben und dort bitweise addiert. Der eventuell entstehende Übertrag muss in einem eigenen Flip- Flop zwischengespeichert werden. Das Ergebnis der Rechnung kann in eines der beiden Register wieder in den seriellen Eingang eingespeist werden. Dieses Register heißt dann Akkumulator ( Akku ). Blockschaltbild: Das Blockschaltbild legt hier schon die Verwendung von TTL 7494 nahe, da bereits zwei Steurleitungen S uns S eingeplant sind. Das Übetragsflop-Flop müßte noch eine gesonderte Resetleitung bekommen, um es gezielt löschen zu können. Die Daten müssen mit Schaltern gesetzt werden, die nicht entprellt sein müssen, da die Datenübernahme bei S= und S= bei steigender Taktflanke erfolgt. Seite 57

32 Schaltplan Hans-Georg Beckmann 22 Der Schaltplan VA J C K R Q Q Bit Universalregister 4Bit Universalregister a a a2 a3 S S b b b2 b3 Clock Clear Clock Clear Reset Reset Hier wurde mit Registern 7494, einem Volladdierer 7483 und einem 7473 ( Übertrags-FF ) geschaltet. Ohne Probleme läßt sich diese Schaltung erweitern: Automatischer Takstopp am Ende der 5 Takte und ein umschaltbares Addier - und Subtrahierwerk wären die nächsten Verbesserungen. Die Subtraktion von Dualzahlen ist nicht schwer zu realisieren. Will man von einer 4-Bit-Zahl A Seite 58

33 Subtrahieren von Dualzahlen Hans-Georg Beckmann 22 eine andere Zahl B abziehen ( wir gehen mal davon aus, dass A>B gilt ), dann reicht es im niedrigtsen Bit einen Übetrag zu setzen und zu A das Komplement der Zahl B zu addieren. Ein Beispiel: Dezimal Dual Kompl. / Übetr ( ) <-- Das Komplement <-- der gesetzte Übertrag <-- das Ergebnis, größte Stelle ignorieren Ohne zu sehr auf die Rechenverfahren eingehen zu wollen, eine knappe Erklärung. Man rechnet 3-7 = = 3 + ( 5-7 ) Dabei ist in den Dualzahlen ( 5-7 ) das Komplement zur Zahl 7, also 8 ( ) und bedeutet, dass man die höchste Stelle der Dualzahl ( die 6 ) ignoriert und addiert, was dem gesetzten Übertrag entspricht. Der automatische Taktstopp kann durch einen Dualzähler realisiert werden, dessen Ausgänge in ein geeignetes UND oder NAND gehen, das dann den Takteingang für alle beteiligten Register sperrt. Die erweiterte Schaltung: Daten Q Q Q2 Q3 Akku a a a2 a3 Mode Add / Sub VA S Ü S J C K R Q Q Q2 Q3 x-register b b b2 b3 Mode Daten Dualzähler Reset & & Takt Mode Add /Sub FF Counter FF Control Reset reset set MC AS FR CR FS Seite 59

34 Steuerleitungen des Rechenwerks Hans-Georg Beckmann 22 Der serielle Ausgang Q3 des x- Registers, wird direkt und invertiert einem Multiplexer zugeführt. Die Steuerleitung AS entscheidet dann, welcher der beiden Eingänge von Add/Sub dem Ausgang und damit dem Addierwerk zugeführt wird. Der Takt wird der Schaltung nicht direkt zugeführt. Das UND wird beim Zählerstand 5 vom NAND, das den Zählerstand auswertet eine "" erhalten und damit den Takt für die gesamte Schaltung sperren. Den Ablauf einer Rechenoperation kann man nun tabellarisch erfassen. Die beiden Zahlen stehen an den Dateneingängen a,..., a3 und b,..., b3 bereit. Befehl all Reset Laden Addieren Stop Steuerleitungen CR MC AS FR x x x x FS Takt x 2 bis 5 gesperrt all Reset Sub vorbereiten Laden Noch einmal Takt Subtrahieren Stop x x x x 3 bis 5 x gesperrt Fasst man die Bitkombinationen der Steuerleitungen als Dualzahlen auf, dann könnte man sehr modellhaft nun Befehle für unser Rechenwerk angeben, die einem Assembler ähneln. Load Load with Carry Add Sub LD LDC ADD SUB Es wird an diesem recht übersichtlichen Beispiel schon deutlich, dass es neben den Datenleitungen die Steuerleitungen sind, die das Verhalten der Schaltung bestimmen. Ein wichtiger Schritt, um zu programmgesteuerten Rechenwerken zu kommen wären nun noch Speicher ( Register ), die Datenwerte aber auch Befehle, wie oben angegeben enthalten, und auf die man gezielt zugreifen kann. Man müßte Daten, die an Eingangsleitungen liegen gezielt einem bestimmten Register zuweisen können und genauso die Inhalte eines bestimmten Registers gezielt abrufen können. Kurz: Man braucht adressierbare Register. Seite 6

35 Adressierbare Speicher Hans-Georg Beckmann 22 Adressierbare Speicher Die Realisierung soll hier beispielhaft erläu- Q Q Q2 Q3 tert werden. In der folgenden Schaltung kann man das Register auf "Lesen" stellen, wenn die Leitung R/W auf "" gestellt wird. Dann liegen an den Eingängen nur Nullen an und durch die & & & & S 4 Bit Universalregister z.b S beiden Steuerleitungen S und S ist das Registert blockiert. Liegt R/W auf "" können Daten parallel ins R / W & & & & Register geschrieben (WRITE ) werden. Alle Ausgänge gehen auf "". d d d2 d3 Codierer / Demultiplexer Nun besteht der nächste Schritt darin, aus mehreren Registern eines auszuwählen. Will man etwa aus zwei Registern eines wählen, reicht dazu eine Steurerleitung S aus, mit der man dann das R/W S x y y R/W 4 Bit Universalregister mit R/W inputs outputs R/W 4 Bit Universalregister mit R/W inputs outputs x x x x x x x x y y y y Q Q Q 2 Q 3 Register Nummer oder Nummer aktiviert. Codierer und Decodierer können so geschaltet werden, dass die nebenstehende Tabelle gilt. d d d d 2 3 S R/W y y Dekodierer/Multiplexer Sp Lesen, Sp 2 Lesen Sp Schreiben, Sp 2Lesen Sp Lesen, Sp 2 Lesen Sp Lesen, Sp 2 Schreiben Seite 6

36 Adressierbare Speicher Hans-Georg Beckmann 22 Schnell kann man mit diesen Grundprinzipien größere Speicher organisieren. Ein Beispiel ist der TTL-Baustein 7467, der ein 4 x 4 Bit Speicher enthält. Er hat zwei Adressleitungen für das Schreiben der Daten ( WA und WB ) und davon getrennt zwei Adressleitungen für das Auslesen (RA und RB ). Die zusätzlichen Steuereingänge SW und SR sorgen dafür, dass RA RB SR WA WB SW D D2 D3 D4 X/Y G C D-FF D-FF D-FF D-FF G C D-FF D-FF D-FF D-FF G C D-FF D-FF D-FF D-FF G C D-FF D-FF D-FF D-FF 4X4 Bit zu X 4Bit Multiplexer X/Y 2 F Q Q2 Q3 Q4 eine Schreibfreigabe möglich ist ( bei SW = ) oder Daten überhaupt an den Ausgängen erscheinen (SR). Die Adressen werden einem Codierer zugeführt, der aus den 2-Bit-Adressen jeweils die Aktivierung eines der Register realisiert. Im nächsten Erweiterungschritt kann man nun aus solchen Speichern weitere größere Speichereinheiten konstruieren indem man dafür sorgt, dass mit weiteren Adressleitungen aus einer großen Anzahl solcher 4x4-Bit-Speicher wiederum der passende ausgewählt wird. Seite 62

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