Eigenschaften von Zählerschaltungen (1) 1 1. Richtung

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1 Eigenschaften von Zählerschaltungen (1) 1 1. Richtung Vorwärts Vorwärtszählen entspricht einer fortlaufenden 1-Addition Rückwärts Rückwärtszählen entspricht einer fortlaufenden 1-Subtraktion 2. Verwendeter Code 3. Technischer Aufbau Asynchron Nicht alle speichernden Elemente schalten gleichzeitig. Synchron Alle speichernden Elemente wechseln mit der gleichen Taktflanke in ihren Folgezustand.

2 Eigenschaften von Zählerschaltungen (2) 2 Quelle: Klaus Beuth, - Elektronik 4, Vogel-Verlag, Würzburg 2001

3 T-FF als Grundelement von Asynchronzählern 3 Was ist die einfachste Zählerschaltung? Bei jeder aktiven Flanke des Taktsignals soll der Ausgang des FF in den jeweils anderen logischen Zustand wechseln (toggeln). Mit einem T-FF kann ein 1-Bit-Zähler aufgebaut werden. Wie können T-Flip-Flops aus anderen FF-Typen realisiert werden? a. Taktflankengesteuertes RS-Flipflop b. Taktflankengesteuertes D-Flipflop c. Taktflankengesteuertes JK-Flipflop

4 Kettenschaltung von T-Flip-Flops (1) 4 Aufgaben: Vervollständigen Sie das Zeitablaufdiagramm. Am Anfang sollen alle Ausgänge auf 0 stehen. Um was für einen Zähler handelt es sich? Wie kann ein Zähler mit gleicher Funktion aufgebaut werden, wenn nur T-FF mit positiv-flankengesteuertem Eingang zur Verfügung stehen.

5 Kettenschaltung von T-Flip-Flops (2) 5 T-FF mit postiv-flankengesteuerten Eingängen:

6 Asynchroner Vorwärtszähler mit JK-MS-FF 6 Die von der positiven Taktflanke verursachte Änderung des Zustandes des Master-FF wird erst nach der negativen Taktflanke am Ausgang wirksam. Integrierte FF-Schaltungen haben häufig einen taktunabhängigen Setz- und/oder Rücksetzeingang.

7 Asynchroner Rückwärtszähler mit JK-MS-FF 7

8 Asynchronzähler 8 Umschaltung zwischen Vorwärts- und Rückwärtszähler Modulo-10-Zähler (1-stelliger BCD-Zähler)

9 Beispiele für integrierte Zählerschaltungen 9

10 Stoppuhr-Schaltung (1) 10 Aufgabe: Es soll eine elektronische Stoppuhr realisiert werden, die folgende Eigenschaften einhalten soll: Auflösung: 1/10 Sekunden Maximalzeit: 9:59,9 (Knapp 10 Minuten) Als Anzeige wird ein 4-stelliges 7-Segment-Display verwendet. Zwischenzeiten sollen angezeigt werden können. Steuerlogik Der Schalter A gibt die zu stoppende Zeit vor. In der oberen Schalterstellungen wird das die 10Hz- Taktsignal an den Zähler weitergegeben. Der Schalter R setzt den Zähler zurück, wenn keine Messung läuft.

11 Stoppuhr-Schaltung (2) 11 Functional Description

12 Asynchronzähler Synchronzähler 12 Typische Eigenschaften von Asynchronzählern: Der Ausgang eines Flip-Flops steuert den Eingang des nächsten. Flip-Flops schalten nicht gleichzeitig, sondern nacheinander. Signallaufzeiten addieren sich. Bsp: Laufzeit bei einem TTL-FF: ca ns 12-Bit-Zähler: ca ns Asynchronzähler können nicht bei hohen Zählfrequenzen eingesetzt werden! Typische Eigenschaften von Synchronzählern: Alle Kippstufen werden von einem gemeinsamen Takt angeschlossen. Alle Kippstufen, die kippen, kippen gleichzeitig. Die Information, ob eine Kippstufe kippen muss, muss vor der entscheidenden Taktflanke bekannt sein. T-Flip-Flops sind nicht für Synchronzähler geeignet. Synchronzähler sind aus JK-Flip-Flops (i.d.r. JK-MS-FF) aufgebaut.

13 Zustandsdiagramm Informationstechnik 4-Bit-Dual-Synchronzähler (1) 13 Wahrheitstabelle Berechnungsverfahren 1. DNF für q x(n+1) aufstellen. 2. Minimierung mit KV-Diagrammen 3. Bestimmung der Verknüpfungsgleichungen durch Koeffizientenvergleich mit den charakteristischen FF- Gleichungen. Skript (Wöstenkühler)

14 4-Bit-Dual-Synchronzähler (2) 14 Grundschaltung

15 4-Bit-Dual-Synchronzähler (3) 15 Alle JK-Flipflops werden mit der abfallenden Taktflanke eines gemeinsamen Taktes geschaltet. Flip-Flop A Bei jeder abfallenden Taktflanke muss das FF toggeln J A und K A werden auf 1-Signal gelegt. Flip-Flop B: Das FF muss nur dann toggeln, wenn bei einer negativen Taktflanke das FF A gesetzt ist, d.h. Q A = 1. Flip-Flop C: Sowohl FF A als auch FF B müssen auf 1 sein, damit FF C toggeln muss. D.h.: J C = K C = Q A ^ Q B. Flip-Flop D: Flip-Flop D toggelt nur dann, wenn alle vorherigen Flipflops auf 1 sind. Beispiel: Synchroner BCD-Vorwärtszähler