Digitaltechnik II SS 2007

Transkript

1 Digitaltechnik II SS Vorlesung Klaus Kasper

2 Inhalt Schaltnetz vs. Schaltwerk NAND SR-Flip-Flop NOR SR-Flip-Flop Master-Slave Flip-Flop Zustandsdiagramm Flip-Flop Zoo

3 Schaltnetze vs. Schaltwerke Schaltnetz: Ausgangszustand hängt nur vom aktuellen Eingangszustand ab A = f( E) Schaltwerk: Ausgangszustand kann von allen bisherigen Eingangszuständen abhängen A= fet ( ( ), Et ( ),..., Et ( )) n n

4 Schaltwerke sequentielle Schaltungen Rückkopplung von Ausgangszuständen auf die Eingänge einer Schaltung Realisierung eines Gedächtnisses Darstellung durch Zustandstabelle oder Zustandsdiagramm

5 Bistabiles System Das System kann den Zustand oder den Zustand annehmen. Der Zustand kann von außen über die Eingänge gesetzt werden. Der Zustand kann am Ausgang abgefragt werden. Der gesetzte Zustand bleibt erhalten, wenn die Eingänge mit definierten Werten belegt werden.

6 Realisierung S R Q t R Q t- Q S -

7 Realisierung durch Verzögerung

8 Konstruktion SR-Latch I Wahrheitstabelle Disjunktive Normalform Vereinfachung über KV-Diagramm Realisierung mit Gattern

9 Konstruktion SR-Latch II * * Q Q* R S Wahrheitstabelle * * Q* R S KV-Diagramm ( * ) S Q R

10 Konstruktion SR-Latch III Q* R * * S Q = S Q R * ( ) Q = S Q R * ( ) Q = S Q R * ( )

11 Nomenklatur Q Q* S R Q Bezeichnung Q * Speichern R * * Rücksetzen (Reset) S Setzen (Set) - Verboten

12 NAND SR-Flip-Flop

13

14

15 !Q

16 Zustandsdiagramm für SR- Latch S R S R S R S R S R S R S R

17 SR-Latch einfaches Speicherelement zur Aufnahme der binären Werte oder hier nicht getaktet allgemein: Bistabile Kippstufe (Flip- Flop) Hazards und Läufe werden später betrachtet

18 Schaltsymbol für SR-Flip-Flop zustandsunabhängig

19 zustandsgesteuertes SR-Flip- Flop Diskutieren Sie die Funktionsweise der Schaltung!

20 Zustandstabelle T S R Q Reaktion Q* speichern Q* speichern Q* speichern Q* speichern Q* speichern Reset Set - verboten

21 Schaltsymbol zustandsgesteuertes SR-Flip-Flop

22 Master-Slave Flip-Flop Diskutieren Sie bitte die Funktionsweise der Schaltung!

23 Master-Slave Flip-Flop Zwei pegelgesteuerte Flip-Flop zwei Speicher besonders sicher Information steht am Slave-Flip-Flop erst verzögert zur Verfügung

24 Digital-Simulator Master-Slave Flip-Flop

25 Zustandsdiagramm MS-FF

26 Zustandsdiagramm MS-FF

27 Zustandsdiagramm MS-FF

28 Zustandsdiagramm MS-FF

29 Frequenz, Phase, Amplitude Eine cos-schwingung (oder sin-schwingung) x(t) lässt sich durch drei Parameter vollständig beschreiben: xt ( ) = Acos(2 πft+ φ) U[V] Frequenz f: 2 volle Schwingungen pro Sekunde, f = 2 Hz Phase φ: Verschiebung gegen null, φ = -,6 - t[s] Amplitude A: maximale Auslenkung, A = V

30 Übungsaufgabe Konstruktion eines SR-Latch mit NOR Gattern Wahrheitstabelle KV-Diagramm Minimalform algebraische Umformung für Realisierung mit NOR Gattern Schaltungsskizze

31 SR-Latch (NOR) * * Q Q* R S Wahrheitstabelle * * Q* R S KV-Diagramm ( * S) R Q

32 SR-Latch (NOR) Q = R ( Q* S) = R ( Q* S) = R ( Q* S)

33 Flip-Flop Zoo Flip-Flops Nicht getaktete Flip-Flops getaktete Flip-Flops Speicher Flip-Flops (Latch-Flip-Flops) Pegel gesteuerte Flip-Flops Flanken gesteuerte Flip-Flops Auffang Flip-Flops Einflanken gesteuerte Flip-Flops Zweiflanken gesteuerte Flip-Flops Einspeicher Flip-Flops Zweispeicher Flip-Flops mit dynamischem Zwischenspeicher Zweispeicher Flip-Flops (Master-Slave)

34 D-Flip-Flop I

35 D-Flip-Flop II Delay- oder Verzögerungs-Flip-Flop Der Ausgang Q folgt dem Eingang D so lange der Steuereingang T den Wert hat einfaches getaktetes Flip-Flop auch transparentes Flip-Flop genannt

36 Zustandsdiagramm für D-Flip- Flop T D T D T D T D

37 R-Flip-Flop T R S Q Q* SR-Flip-Flop mit dominierendem R-Eingang Es existieren keine undefinierten bzw. verbotenen Zustände

38 Konstruktion eines S-Flip-Flop T R S Q Q* SR-Flip-Flop mit dominierendem S-Eingang Es existieren keine undefinierten bzw. verbotenen Zustände

39 Flankengesteuerte Flip-Flops synchron zur steigenden oder fallenden Flanke des Taktsignals die taktgebende Flanke wird als aktive Flanke bezeichnet Minimierung der Schaltzeit Reduktion der Störanfälligkeit

40 Schaltsymbol aktiv bei positiver Taktflanke aktiv bei negativer Taktflanke

41 T-Flip-Flop I

42 T-Flip-Flop II Bei jeder positiven bzw. negativen Flanke ändert das T-Flip-Flop seinen Zustand Toggle- oder Trigger-Flip-Flop

43 Impulsdiagramm für D-Flip-Flop Datum Takt Pegel Flanke Das zeitliche Verhalten des Ausgangssignals hängt stark von der verwendeten Taktsteuerung des Flip-Flop ab.