Schaltungen Jörg Roth 197

Transkript

1 Schaltungen Jörg Roth Flipflops Flipsflops sind einfache rückgekoppelte Schaltungen, die jeweils ein einzelnes Bit speichern können. Es gibt verschiedene Typen, die sich im "Komfort" der Ansteuerung unterscheiden. Einfache Flipflops: e 1 >1 z 1 e 1 & z 1 e 2 >1 & z 2 =z 1 e 2 z 2 =z 1

2 Schaltungen Jörg Roth 198 Funktionsweise eines einfachen Flipflop (am Beispiel der NAND-Variante): Man kann ein Bit speichern, indem man Verlauf an dem jeweiligen Eingang anlegt und den anderen Eingang auf 1 setzt Nachteile: das Speichern wird durch einen Signalverlauf an einem Eingang durchgeführt, währenddessen muss der zweite Eingang auf 1 bleiben. Das ist ein kompliziertes Verfahren. Durch die Eingangsbelegung (0, 0) wird das Speichern verhindert und der Ausgang auf (1, 1) gelegt (illegaler Zustand) Wunsch: Signalwechsel an einem Takteingang soll zum Speichern führen Es sollen keine illegalen Zustände möglich sein

3 Schaltungen Jörg Roth 199 Das D-Flipflop (Daten). Schaltung: e & y 1 & z 1 $ & y 2 & z 2 Symbol: e D z 1 z 2 $

4 Schaltungen Jörg Roth 200 Funktionsweise des D-Flipflops: Man kann durch einen Signalverlauf am Takteingang das Bit am Dateneingang speichern D (nach Takt) Bemerkung Bit speichern 1-Bit speichern

5 Schaltungen Jörg Roth 201 Vorteile des D-Flipflops: Da nur ein Dateneingang existiert, kann man keine illegale Kombination der Dateneingänge anlegen. Das Einspeichern wird durch einen Takt und nicht durch den Dateneingang durchgeführt. Nachteile des D-Flipflops: Solange der Takt auf 1 gesetzt wird, wird der Eingangswert sofort am Ausgang sichtbar. Es muss bei jedem Takt etwas gespeichert werden. Soll der alte Wert erhalten werden, muss er wieder eingespeist werden. Dies ist problematisch, wenn man mehrere Speicherzellen über einen zentralen Takt ansteuert.

6 Schaltungen Jörg Roth 202 Das (R,S)-Flipflop (reset, set). Schaltung: R & y 1 >1 z 1 $ S & y 2 >1 z 2 Symbol: S S z 1 R R z 2 $

7 Schaltungen Jörg Roth 203 Funktionsweise des (R,S)-Flipflops: Man kann durch einen Signalverlauf am Takteingang ein 0-Bit oder 1-Bit speichern Die Wahl wird durch zwei separate Dateneingänge durchgeführt: Set: Speichern von 1-Bit, Reset: Speichern von 0-Bit R S (nach Takt) Bemerkung Zustand halten Bit speichern Bit speichern zufällig zufällig nicht erlaubt

8 Schaltungen Jörg Roth 204 Vorteile des (R,S)-Flipflops: Takteingang wie beim D-Flip-Flop Explizites Setzen/Zurücksetzen möglich, zusätzlich durch (Set, Reset)=(0, 0) kann man den alten Zustand erhalten beim D-Flip- Flop wurde bei jedem Takt gespeichert Nachteile des (R,S)-Flipflops: Wie beim D-Flip-Flop: bei Takt=1 werden Änderungen an Eingängen sofort an den Ausgängen sichtbar Durch (Set, Reset)=(1, 1) erzeugt man einen nicht vorhersehbaren Folgezustand

9 Schaltungen Jörg Roth 205 Das Master-Slave-Flipflop. Master-Slave-Flipflops bestehen aus zwei Teilflipflops: Der Master speichert den Wert am Eingang zwischen. Der Zwischengespeicherte Wert wird nicht sofort am Ausgang sichtbar. Der Slave übernimmt den Wert des Masters und gibt ihn an den Ausgang. Damit sind Eingang und Ausgang entkoppelt. Master-Slave-Flipflops können aus je zwei D- oder zwei (R,S)-Flipflops aufgebaut werden. D Master D Slave 1 Takt T

10 Schaltungen Jörg Roth 206 Funktionsweise des Master-Slave-Flipflop (aus D-Flipflops): Durch einen Signalverlauf 0 1 am Takteingang wird der Wert am Dateneingang in einen Zwischenspeicher (Master) übernommen. Durch einen Signalverlauf 1 0 am Takteingang wird der zwischengespeicherte Wert in den Ausgangsspeicher (Slave) übernommen. Vorteil des Master-Slave-Flipflop: Der Ausgang ist immer stabil. Zu keiner Zeit werden Änderungen des Eingangs sofort am Ausgang sichtbar. Nachteile des Master-Slave-Flipflop: Aufgebaut aus D-Flipflops: wie beim einfachen D-Flipflop muss bei jedem Takt ein Wert eingespeist werden. Aufgebaut aus RS-Flipflops: wie beim einfachen (R,S)-Flipflop führt die Kombination (R, S) = (1, 1) zu unverhersehbaren Ergebnissen.

11 Schaltungen Jörg Roth 207 Das (J,K)-Master-Slave-Flipflop. Das (J,K)-Master-Slave-Flipflop besteht aus zwei (R,S)-Flipflops und hat an den Dateneingängen zwei AND-Gatter, die (R, S) = (1, 1) am Master verhindern. Aufbau: J & S Master S Slave K & R R 1 Takt T

12 Schaltungen Jörg Roth 208 Symbol: J K Funktionsweise (J,K)-Master-Slave-Flipflops: Master/Slave-Funktionsweise ist wie beim Master-Slave-Flipflop Alle vier mögliche Eingaben sind erlaubt: (J, K) = (0, 0) erhalte das zuletzt gespeicherte Bit (J, K) = (1, 0) setze 1-Bit (J, K) = (0, 1) setze 0-Bit (J, K) = (1, 1) wechsle das zuletzt gespeicherte Bit (0 1, 1 0)

13 Schaltungen Jörg Roth 209 J K (nach Takt) Bemerkung Zustand halten 0-Bit speichern 1-Bit speichern Zustand wechseln

14 Schaltungen Jörg Roth 210 Bemerkung. Es gibt auch ein einfaches (nicht Master-Slave-) (J,K)-Flipflop. Bei diesen wird der Zustand des enthaltenen Flipflops auf den Eingang zurückgeführt. Wenn die Taktphase T = 1 zu lange ist, wechselt dieses Flipflop seinen Zustand mehrfach. In Schaltungen mit diesem Flipflop wählt man daher eine sehr kurze Taktphase T = 1.

15 Schaltungen Jörg Roth 211 Das T-Master-Slave-Flipflop (Toggle). Das T-Master-Slave-Flipflop wechselt bei jedem Takt den Zustand. Schaltung und Symbol: T J K T Funktionsweise: Wechsle den Zustand bei jedem Takt, wenn T = 1, sonst halte den letzten Zustand Bemerkung: Kein Flipflop zum expliziten Speichern eines Bits!

16 Schaltungen Jörg Roth 212 T (nach Takt) Bemerkung Zustand halten Zustand wechseln