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Einführung in die Technologie von MIDWAY TV-Spielen Teil II D E F I N I T I 0 N ~================== Im Teil I der MIDWAY TV-Spiele, Einführung in die Technologie, wurden die Begriffe 0 und zur Darstellung der Signalzustände verwendet. Nach DIN 41785, Blatt 4, müssen die Signalzustände in digitalen Mikroschaltungen mit ow () und igh () angegeben werden. Die auf dem ogic-board verwendeten IC 1 s sind in die Gruppe der digitalen Mikroschaltungen einzuordnen. Deshalb müssen auch in diesem eft die Signalzustände und verwendet werden. Der Signalwert des -Zustandes liegt näher art - oo, der Signal wert des -Zustandes näher an + oo Der -Zustand aus dem Teil I der MIDWAY TV-Spiele, Einführung in die Technologie, ist mit dem -(igh) Zustand nach DIN 41785 gleichzusetzen. Der 0-Zustand aus Teil I entspricht dem -(ow)-zustand. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
2 Zusammenfassung aus Teil I Der Teil I "Einführung in die Technologie der MIDWAY TV-Spiele" befasste sich mit den Grundlagen der Digitaltechnik. Es wurde der Unterschied zwischen analogen und digitalen Signalen dargestellt und auf die Grundfunktionen UND, ODER, NICT, NAND und NOR eingegangen. Die Beherrschung dieser Grundfunktionen ist für die Digitaltechnik sehr wichtig, da alle weiteren Schaltungen, seien es nun FIP FOP'S, Zähler, Schieberegister oder Multiplexer mit ilfe dieser Grundfunktionen aufgebaut werden können. Ein weiterer Beweis für die Universalität der UND-, ODER-, NICT-, NAND- und NOR-Funktionen ist, daß man Schwingungen erzeugen kann. Werden z.b. TT- (Transistor-Transistor-ogic) Glieder mit Quarzen oder RC-Gliedern beschaltet, ist es möglich, Rechteckschwingungen zu erzeugen, deren Frequenz von der Auslegung des RC-Gliedes oder des Quarzes abhängig ist. ier ist deshalb noch einmal eine Zusammenstellung der UND-, ODER-, NICT-, NAND- und NOR-Funktionen. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
3 Funktion deutsch Symbol amerikanisch Wahrheitstabelle A B y UND ;=l)---r ;=0-y A B y ODER ~=tr-y ~=D-y A --[>o--r. A y NICT A--0-Y A B NANO A=i)-- ;=D-y B y ;=f)-y y A B y NOR ~~y WUFF-AUTOMATEN GMB - ANNOVER
4 FIP FOP 1 S =========== In den bisherigen Ausführungen wurden nur Bausteine besprochen, die keine Signale speichern konnten. egt man z.b. an den Eingang eines ODER-Gliedes -Signal, stand am Ausgang des ODER-Gliedes ebenfalls -Signal. Wurde an den Eingang des ODER-Gliedes wieder -Signal ge- ' legt, ging der Ausgang ebenfalls auf -Signal. Das Ausgangssignal ist also bei den bisher behandelten Bausteinen abhängig von den am Eingang anliegenden Signalen. Schaltungen, die Signalzustände speichern, sind auch in der Relaistechnik bekannt. Man bezeichnet diese Schaltung als Selbsthaltung. B c Die Schaltung besteht aus den Kontakten A und B, dem Relais C und zwei durch das Relais C betätigte Kontakte, die ebenfalls mit C gekennzeichnet sind. Der Versuch, diese verschiedenen Schaltzustände in einer Wahrheitstabelle darzustellen, muß scheitern, weil die Ausgangszustände nicht immer abhängig von den Eingangssignalen sind. Deshalb müssen die Ein- und Ausgangssignale in einem Diagramm abhängig zur Zeit aufgetragen werden. Für dieses Diagramm gibt es verschiedene Bezeichnungen, wie z.b. Signal-Zeit-Plan und Impulsdiagramm. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
5 Als Beispiel für ein Impulsdiagramm soll hier das Impulsdiagramm für die Selbsthaltungsschaltung aufgeführt werden. geöffnet KontaktA geschles!:en geöffnet KontaktB geschlossen angezogen Relais C abgefallen brennt ampe brennt nicht Zeifabschn1 "ff 1 2 3 4 5 6 7 8 ze it 1) Im Abschnitt 1 ist das Relais abgefallen, der Kontakt A ist geöffnet, der Kontakt B ist geschlossen. Die ampe brennt nicht. 2) Im Abschnitt 2 ist der Kontakt A geschlossen, das Relais C zieht an. Die ampe brennt. J) Der Kontakt A wird wieder geöffnet, das Relais bleibt weiter angezogen. Die ampe brennt. 4) Selbst wenn der Kontakt A nochmalig geschlossen wird, ändert sich nichts am Zustand des Relais und der ampe. 5) Der Kontakt A wird geöffnet. 6) Der Kontakt B wird geöffnet, das Relais C fällt ab. Die ampe erlischt. 7) Der Kontakt B wird geschlossen. Es ändert sich nichts am Ausgang. 8) Der Kontakt A wird geschlossen, das Relais C zieht an. Die ampe brennt. WUFF AUTOMATEN GMB ANNOVER
6 Wie läßt sich nun eine Schaltung mit den gleichen Eigenschaften mit ilfe von Digitalbausteinen aufbauen? Eine Schaltung mit gleichen Eigenschaften läßt sich durch einen FIP FOP erstellen. Der einfachste FIP FOP läßt sich durch das Zusammenschalten von Gliedern realisieren. In manchen Büchern oder Schaltungsbeschreibungen findet man für die Bezeichnung FIP FOP auch die Bezeichnungen "Speicher", "Gedächtnis" oder "Kippschaltung". Anhand der Schaltung sollen die für das Umschalten benötigten Ein- und Ausgangssignale an einem FIP FOP dargestellt werden. y Wir gehen davon aus, daß am Ausgang X des FIP FOP'S -Signal anliegt, wie es in der nebenstehenden Schaltung dargestellt ist. Dieser Zustand ist im Zeitabschnitt 1 des Impulsdiagrammes dargestellt. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
7 Soll am Ausgang X der Signalzustand von -Signal auf -Signal umgeworfen werden, muß an den Eingang A -Signal gelegt werden. Dadurch stellt sich am Ausgang X -Signal ein. Das -Signal liegt gleichzeitig am Rückkopplungseingang des 2. NOR-Gliedes. Nun stellt sich am Y -Ausgang -Signal ein. Das -Signal wird ebenfalls auf den Rückkopplungseingang des 1. NOR-Gliedes gegeben. Im Impulsdiagramm ist dies im Zeitabschnitt 2 dargestellt. Um ein einwandfreies Umschalten des FIP FOPS zu gewährleisten, muß also das -Signal für die Zeit am A-Eingang anstehen, bis am Rückkopplungseingang des gleichen NOR-Gliedes -Signal anliegt. egt man nun den A-Eingang wieder an -Signal, bleibt der Ausgang X weiter auf -Signal (Impulsdiagramm Zeitabschnitt J). Dieser Umschaltvorgang soll nun in einem Impulsdiagramm dargestellt werden. A B X y 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Zeitabschnitt Ze WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
8 4. Zeitabschnitt. Obwohl der Eingang A auf -Signal gelegt wurde, tritt an den Ausgängen X und Y keine Änderung ein. 5. Zeitabschnitt. Der Eingang A wird wieder auf -Signal gelegt. Keine Änderung an den Ausgängen. 6. Zeitabschnitt. Der Eingang B wird auf -Signal gelegt. Am Ausgang X wechselt das Signal von nach, am Ausgang Y von nach. 7. Zeitabschnitt. Am Eingang B wechselt das Signal von nach. An den Ausgängen bleiben die Signale erhalten. 8. Zeitabschnitt. An den Eingang A wird -Signal gelegt. Dadurch liegt am Ausgang X -Signal, am Ausgang Y -Signal. 9. Zeitabschnitt. Am Eingang A liegt -Signal. Die Ausgänge behalten ihren Zustand bei. Anmerkung: Die Zeitabschnitte wurden nur aus zeichnerischen Gründen gleichlang gewählt. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
9 Test 1 1. a) Wie sind der igh () und der ow () - Zustand definiert? b) Stellen Sie die igh () und ow () und die in der 1. Folge benutzten 0 und - Signale gegenüber. 2. Wozu dient ein Impulsdiagramm? a) Im Impulsdiagramm werden die verschiedenen Einund die daraus folgenden Ausgangssignale eines Schaltgliedes über der Zeitachse dargestellt. b) Im Impulsdiagramm werden willkürlich Impulse dargestellt. 3, Vervollständigen Sie das untenstehende Impulsdiagramm für ein ODER-Glied mit 2 Eingängen. r--~~.-------~~--------~~--,~----_..----.,-~~--..-----...-~~---, EingangA l------i..._~~~----.f.-~~..,_----..,_~~-1-~~-+------+-~~_,.-----1 l--~~+-~~--i.------1------t--~~--p----_..~~-----,t-------+-...o---t-~~---1 Eingange l------... ----~~~--l-~~..,_----..,_~~-+------t-~~-+~~_,.-----1 1--~~--1-~~~l---~~-1-~~--+-~~~+-~~--+-~~--1~~~-+-~~--t~~---t AusgangY '---~~--.~~'----'-~-'--~~---'-~~~-'--~~---'-~~--'~~~-'-~~~~~~~ Zeit WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
10 4. Zeichnen Sie eine Selbsthaltungsschaltung für ein Relais. 5. Zeichnen Sie ein FIP FOP unter Verwendung von NOR-Gliedern. 6. Vervollständigen Sie das Impulsdiagramm für ein FIP FOP. ~--.~--------r--.~~-r-~~~-----r~--------~~-----.---~-,-~-.---~--..---~~--, EingangA --... --e11-~-1"-+----1-----+-------... --""*~~_.,.----,.,~--~--ot---~~-----1 ~---t~-t-~---t-;--r~---,r-------...-~r-~---t~~-;-~t-~-r--r-~r-i---~--t EingangB --...,.--+----+--4-~-----t-~~~---"---+-----...;..----,._--i.----..._~_...--,._,. _, --... ~-t-~-t--r--1~~-+-~~~-t~-+~~-+-~~-t-~1--~-t-~-t--~-t---t-~~-t Ausgang X ~-+~-+-~-t--t---t~~--~~~--+~-t-~~--~~--~o--~---+-~-+-~-+--+-~~-. ~-t~-1-~--+--+---t~~-t-~~~-t~-t-~~--t-~~-r--~i--~----r~-r--~-i--i-~~-i AusgangY -----~-'-~_...~~-'-~~~---'-~_._~~-'-~~-'-~'--~-'-~-'--~-'---'--~~-' Zeit WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
11 ösungen zu Test 1 1. a) Die Definitionen für den igh () - Zustand und den ow ( ) - Zustand beziehen sich auf + oo und - CXl Dabei liegt der igh () - Zustand näher an + oo, der ow () - Zustand näher an - oo. b) Der igh () - Zustand kann mit dem -Signal der 1. Folge gleichgesetzt werden, der ow () - Zustand mit dem 0-Signal. 2. Antwort a) ist richtig. Im Impulsdiagramm werden die verschiedenen Einund die daraus folgenden Ausgangssignale eines Schaltgliedes über der Zeitachse dargestellt. 3. ~i--~---.------..-~---..----..-~~--~~------.--~---...-~--~~----, EingangA r----...i~~~~----+-~~-t------..._~~-1-~~_,_----..._~~_,.------1 r--~~-r---~~--.------l------t-~~-...----... ~~,r-~---+-----..._~~----1 EingangB i-------t-----... ~~---1~~~, ~...,._~~_..------l'--~~-1---~~-j.----. AusgangY r-~--,,...-----+---~-+-----i-~~-t------+-----+---~-t------9-~~-1 """-----.a-~~----'-~~---l~~~------..._~~ ~~ J'--~~-~~-1.-------' Zeit WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
12 4. B c c,_ 5. 6. ~-r----...--..._--.-r~---r~~~----.~.,...--..,-~-,.--r-~--r---r~-r.,-~--i EingangA ---+----4~----.J-+--+----+-------+--4-~-f----t-~-t----;-"""""1"--""t--t-----, ~-+---+~-+_.._.._~_.-------+-~t--~-t-~---t-~t-~--r_,..~-r--r-~----, EingangB ---+---+----4-..., -f-~~-+--+----+----+--l----of---t--;-;------1 ---+-... ~--1---4--+----+~--~-+--t-~-f-~---1-~~-~-;-""""'t--..,.--,-~~ AusgangX ~-l---'---.i.-.i-+-~--+-~~-+~+---+----+---+----+---j--t-t-------1 ~-+-----i----+-.t--+-~-t-~~-t-~-f---+----t----1r----r--r--;-t------, Ausgangr...1...-'-~ Ji..-~_.,,.._... ~_l_~_j J J------. ---:=--4 Zeit WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
13 FIP FOP, aufgebaut mit NAND-Gliedern Neben einem FIP FOP, der mit ilfe von NOR-Gliedern aufgebaut werden kann, ist es möglich, einen FIP FOP unter Verwendung von NAND-Gliedern zu realisieren. A B ier ist die Schaltung des mit NAND-Gliedern aufgebauten FIP FOPS abgebildet. Die Schaltuhg unterscheidet sich nur durch die Verwendung anderer Bauteile. Betrachten wir jedoch die anliegenden Signale, stellen wir einen Unterschied zu dem mit NOR-Gliedern aufgebauten FIP FOP fest. y An den Eingängen A und B liegt -Signal. Am Ausgang X steht -Signal, der Ausgang Y liegt auf -Signal. Der FIP FOP soll nun umgeworfen werden, d.h. der FIP FOP soll an den Eingängen derart beeinflußt werden, daß sich am Ausgang X das Signal von auf und am Ausgang Y das Signal von nach ändert. In dem jetzigen Zustand liegt am Ausgang Y -Signal. egen wir an den Eingang B -Signal, springt das Signal am Ausgang Y auf um. Dadurch ändert sich auch der Ausgang X von auf. Die anstehenden Impulse beim Umschalten sind auf der nebenstehenden Skizze noch einmal dargestellt. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
i; 14 11 EingangA EingangB Ausgang X AusgangY Zeitabschnitt 1 2 3 Zeit Das Impulsdiagramm 1 verdeutlicht den gesamten Umschaltvorgang. Erklärung zum Impulsdiagramm 1. Zeitabschnitt. Der FIP F:.,op ist in seiner Ausgangsstellung. Am Eingang A, wie auch am Eingang B, liegt -Signal. Der Ausgang X liegt auf, der Ausgang Y auf -Signal. 2. Zeitabschnitt. Auf den Eingang B wird -Signal gelegt. Der Eingang A bleibt auf -Signal. Durch das Anlegen des -Signals an den Eingang B ändert sich am Ausgang Y das Signal von auf. Das -Signal an Ausgang Y erzwingt an Ausgang X -Signal. J. Zeitabschnitt. Auf den Eingang B wird wieder -Signal gegeben. Die Signale bleiben, wie auf der nebenstehenden Skizze zu sehen ist, erhalten: -Signal an Ausgang X, -Signal an Ausgang Y. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
15 Nachteile Der FIP FOP, sowohl der aus NAND-, als auch der aus NOR Gliedern aufgebaute, hat zwei entscheidende Nachteile: 1. Nach dem Einschalten nimmt der FIP FOP keine definierte age (man spricht von Vorzugslage) ein. Es kann also nach dem Einschalten nie mit Bestimmtheit gesagt werden, daß an Ausgang X oder an Ausgang Y -Signal anliegt. Diese undefinierte Vorzugslage nach dem Einschalten ist auf Toleranzen der NOR- oder NAND-Glieder untereinander zurückzuführen. Um überhaupt mit diesen FIP FOPS arbeiten zu können, gibt man nach dem Einschalten auf jeweils einen Eingang der FIP FOPS einen öschimpuls. Dieser öschimpuls stellt sicher, daß die FIP FOPS eine bestimmte, gewünschte age einnehmen. 2. Gibt man bei einem FIP FOP, der aus NOR-Gliedern aufgebaut ist, auf beide Eingänge -Signal, steht an beiden Ausgängen -Signal. egt man daraufhin beide Eingänge zum exakt gleichen Zeitpunkt auf -Signal, tritt an den Ausgängen keine definierte Vorzugslage auf. Der Ausgang X kann - oder -Signal einnehmen. Dementsprechend kann der Ausgang Y - oder -Signal einnehmen. Das Impulsdiagramm stellt den gesamten Umschaltvorgang dar. EingangA EingangB Ausgang X Ausgang Y Zeitabschnitt 1 ~~ ~~ 2 3 4 Zeit WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
16 1. Zeitabschnitt. Der FIP FOP ist in seiner Ausgangsstellung. An beiden Eingängen liegt -Signal. 2. Zeitabschnitt. An den Eingang A wird -Signal gelegt. Dadurch kehrt sich das Signal an den Ausgängen um. An Ausgang X liegt nun -Signal, an Ausgang Y -Signal. 3. Zeitabschnitt. An beide Eingänge wird nun -Signal gelegt. Die Ausgänge X und Y gehen auf -Signal. 4. Zeitabschnitt. Das -Signal an beiden Eingängen wird gleichzeitig in -Signal geändert. Die Ausgänge X und Y können nun - oder -Signal einnehmen. Dieses ist durch die schraffierte Fläche dargestellt. Der soeben beschriebene Nachteil tritt auch bei einem FIP FOP auf, der aus NAND-Gliedern aufgebaut ist. Dieses ist in dem nachfolgenden Impulsdiagramm dargestellt. A B X y EingangA EingangB Ausgang X /..f AusgangY Zeitabschnitt ~~ ~ 1 2 3 4 Zeit 1. Zeitabschnitt. Beide Eingänge liegen auf -Signal. Der Ausgang X führt -Signal, an Ausgang Y liegt -Signal. 2. Zeitabschnitt. Der Eingang B wird auf -Signal gelegt. Das Signal an den Ausgängen kehrt sich um. An Ausgang X liegt -Signal, an Ausgang Y -Signal. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
17 J. Zeitabschnitt. In diesem Zeitabschnitt liegt an beiden Eingängen -Signal. An den Ausgängen stellt sich Signal ein. 4. Zeitabschnitt. Beide Eingänge werden auf -Signal gelegt. Die Ausgänge X und Y können nun - oder -Signal führen. Die Schraffierung zeigt an, daß in diesem Fall keine Vorzugslage gegeben ist. Gegenüberstellung des aus NOR- und des aus NAND-Gliedern bestehenden FIP FOP 1 S Beim Vergleich des aus NOR- und des aus NAND-Gliedern bestehenden FIP FOP'S werden einige Unterschiede deutlich. Der FIP FOP, der aus NOR-Bausteinen besteht, ändert seinen Zustand, wenn man an den Eingang des NOR-Gliedes Signal legt, an dessen Ausgang -Signal ansteht. Bei dem FIP FOP, der aus NAND-Gliedern aufgebaut ist, ändert sich das Ausgangssignal, wenn an den Eingang des NAND-Gliedes -Signal gelegt wird, an dessen Ausgang Signal liegt. Der FIP FOP, der mit ilfe von NOR-Gliedern aufgebaut ist, reagiert also auf eine ansteigende oder positive Signalflanke. Demgegenüber reagiert der aus NAND-Gliedern bestehende FIP FOP auf abfallende oder negative Flanken. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
18 Test 2 ====== 1) Vervollständigen Sie das Impulsdiagramm eines FIP FOP'S, der mit NOR-Gliedern aufgebaut ist. ~~~-----.---.-~---.---.-----...---.~~,----~-.-~--.----...-~~--.----, EingangA ------..._~_..,..--+.,~~~~-'""""-+----+-----+---~~~_._-----+-~ ~~~-1-~-t----l---.r-1-~~~..,_.,._~..,----,. ~-1-~~+-~~-1-------1 Eingang B -------+----to-... --.,..., ~~~...--..,._~~..,..--..., --...,~---1-~ -------+-~-1---1~--+-1-~~~+--+-~-+~~-+-~-1-~~+-~~-1-------1 Ausgang X ~~~--1-~-+---1~--+-1-~~~+----+--~-+-~~-+-~-+~~-1-~~--1---1 ~~~-~~-1---1~--+-+~~~-1----1-~-+~~-1-~-+~~-+-~~-+-------1 Ausgang Y --------~-'----'-~--~~~..1.-_J_~_J_~~-'-~_._~~-'-~~_J ~ -Zeit 2) Zeichnen Sie einen aus NAND-Gliedern bestehenden FIP FOP. J) Zeichnen Sie einen FIP FOP, der mit ilfe von NOR-Gliedern aufgebaut ist. 4) andelt es sich bei dem abgebildeten Impulsdiagramm um ein Diagramm für einen FIP FOP, der aus a) NOR-Gliedern oder b) NAND-Gliedern aufgebaut ist? EingangA Eingang B Ausgang X Ausgang Y Zeit WUFF -AUTOMATEN GMB ANNOVER
19 5) Vervollständigen Sie das Impulsdiagramm für einen aus NAND-Gliedern aufgebauten FIP FOP. -----------------.~----------.-..-..------..------~--r"'!--...,...,..., EingangA ~~~-1-----1--J._.,jl-l----!-~--l-~~-M---l-~-\-~~~,.--~~-t--+--i ------"'"---4-..._--.l,..._~~-t-----+.-...,._.~-+--+-l---r----+-t~-r-~ Eingange ~~~l--_, -l----l-4._jr---4-~~-l-l-.,---f-~!-+~--l----l--+---1~--t ------.,j--l--1---1-+--f-~-l--~~++--+~-t-~-t-t-----+~--r-t~--r-t-1 Ausgang X ~~~_j_---!.~ j_j_--!.~--l-~~-+-+-----+-~+-----t---+~--1-~+-+~+-+-1 ~~~-l---lf.--t---+11---j--~t--~~+1---t-~--+~-+--1-~-t------11-t-~-t-+-1 Ausgang Y ------....1. 1c u 1~ J_~~-'-j ~ J-J.~----'-~....._~_,_~._. Zeit 6) Gehen FIP FOPS, die mit NAND- oder NOR-Gliedern aufgebaut sind, nachdem Betriebsspannung angelegt wurde, in eine Vorzugslage? a) ja b) nein WUFF AUTOMATEN GMB ANNOVER
20 ösungen zu Test 2 ================== 1 ) EingangA Eingang B Ausgang X Ausgang Y Zeit 2) A X B J) 4) Die Antwort a) ist richtig. Bei dem abgebildeten Impulsdiagramm handelt es sich um einen FIP FOP, der aus NOR Gliedern aufgebaut ist. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
21 5) EingangA -------r-...,...,-----..,,...~--~----.-...,..--...,..--...--,,,._---~-------- ~~~-r--t---t---1f--t-~-t-~~-m--+~-j-~...,i1---j.--..f----+~--l-~ --~--,t----+-+-~~t---,_--~-1-+-t-~-----!--~l-4~4--44---~_j..~ EingangB ~~~+--+-l---1----+--+-~~++-,.----f-~-l-+-~~~~l---'---+- ~----...-~t--+-...rt--+-~t--~~_....~~ 1~_.,... -..... j,,,j_~-!-~ Ausgang X ~~~+--+...,.~.-+--+--+-----...+,....,...._+---t-~----wl---+-...j...j ~~~-r--+-t-----ir+--+--+-----...+--+-----4---+-+-~~~--h~-+-...j...j Ausgang Y...,. -.._._,.._~, ~~J..1...1.~ J~----'--'----'---..1..-~_l l_j Zeit 6) Die Antwort b) ist richtig. Die FIP FOPS nehmen, nachdem Betriebsspannung angelegt wird, keine Vorzugslage ein. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
22 R-S - FIP FOP =============== Die bisherigen Betrachtungen bezogen sich auf FIP FOPS, die aus NOR- oder NAND-Gliedern aufgebaut waren. In der Praxis werden FIP FOPS sehr häufig benutzt. Es ist deshalb mühsam, FIP FOPS immer aus NOR- oder NAND-Gliedern aufzubauen. Die Entwickler von ogic-schaltungen greifen aus diesem Grund auf Bausteine zurück, in denen zwei oder mehrere' FIP FOPS in einem Gehäuse untergebracht sind. Dem hier zu besprechenden R-S - FIP FOP kommt in der Praxis nur eine sehr geringe Bedeutung zu. Er wird deshalb nur der Vollständigkeit halber erwähnt. Auf den ogic-boards werden die viel universelleren D - FIP FOPS und J-K-Master-Slave - FIP FOPS verwendet, die im Anschluß besprochen werden~ Das Schaltsymbol eines R-S - FIP FOP'S ist hier abgebildet. s R Die Symbole S und R bezeichnen die Eingänge, wobei S die Bezeichnung für den Setzeingang und R die Bezeichnung für den Rücksetzeingang ist. Mit Q und Q sind die Ausgänge bezeichnet. Der waagerechte Strich über dem Q bedeutet, daß dieser Ausgang den entgegengesetzten Signalzustan~ des Q-Ausganges führt. Steht am Q-Ausgang also -Signal, muß am Q-Ausgang -Signal liegen. Ebenso steht am Q-Ausgang -Signal, wenn am Q-Ausgang Signal anliegt. Der R-S - FIP FOP reagiert, wie der FIP FOP, der aus NOR Gliedern aufgebaut ist, auf positive Signalflanken. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
23 ier ist das Impulsdiagramm eines R-S - FIP FOP'S abgebildet. Das gesamte Impulsdiagramm ist in 10 Zeiteinheiten unterteilt, die natürlich nur in diesem Beispiel gleich lang sind. r--------.,--,---.---r----.,--- -,---...,---,-----, Eingang ~ ~--f--~~---+------+---+-----t--+-------t--t-- l--~------l~~-1-~~-"-~~-l-~~-+-~~-1-~~t--~---lr--~--r--~..., Eingang~l--~--+-~~~---f----'---+-~--+~~+----t----"t-----t i---_._----~---t---t----r----+----t------t-----;--~ Ausgangql--. ~--+-----1----~-----l--+----+---t---"""'1 l--~-j-~~-+-~~-!--~-4--~-t-~~-t-~--t~~---t~~-;-~~ AusgangÖ _~_----..-----_~_l_~~-'-----.i...--------...i..----._~--j Zeitabschnitt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Zeit 1. Zeitabschnitt. An den Eingängen Rund S liegen -Signal. Der Ausgang Q ist auf -Signal, der Ausgang Q auf -Signal. 2. Zeitabschnitt. Der S-Eingang wird auf -Signal gelegt, während der R-Eingang auf -Signal bleibt. In dem Moment, wo die positive Flanke an den Eingang S gelegt wird, wechseln die Ausgänge ihren Signalzustand. Der Q-Ausgang geht auf Signal, der Q-Ausgang auf -Signal. 3. Zeitabschnitt. Der S-Eingang wird wieder auf -Signal gelegt. Der Ausgang Q bleibt auf -Signal, der Ausgang Q auf -Signal. 4. Zeitabschnitt. Der R-Eingang wird auf -Signal gelegt. Mit der positiven Flanke am R-Eingang wechseln die Ausgänge Q und Q ihren Signalzustand. Der Q-Ausgang geht auf -Signal, der Q Ausgang auf -Signal. 5. Zeitabschnitt. Der R-Eingang wird wieder auf -Signal gelegt. Die Ausgänge bleiben auf den Signalpegeln, die sich im Zeitabschnitt 4 eingestellt haben. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
24 6. Zeitabschnitt. Der S-Eingang wird auf -Signal gelegt. Durch die positive Flanke am S-Eingang schalten die Ausgänge Q und Q um. Der Ausgang Q geht auf -Signal, der Ausgang Q auf -Signal. 7. Zeitabschnitt. Der S-Eingang wird auf -Signal gelegt. Die Ausgänge Q und Q wechseln nicht ihre Signalzustände. 8. Zeitabschnitt. Der S-Eingang wird auf -Signal gelegt. Trotz der positiven Flanke am S-Eingang bleibt der Ausgang Q auf -Signal, der Ausgang Q auf -Signal. Dieses ist darauf zurückzuführen, daß zwischen den positiven Flanken am Setzeingang kein Rücksetzsignal, d.h. eine positive Flanke oder -Signal auf den R-Eingang gegeben wurde. 9. Zeitabschnitt. -Signal wird auf den Eingang S gelegt. Der Ausgang Q bleibt auf -Signal, der Ausgang Q auf Signal. 10. Zeitabschnitt. An den R-Eingang wird -Signal gelegt. Mit der positiven Flanke am R-Eingang geht der Q-Ausgang von - auf -Signal, der Ausgang Q von - auf -Signal. Aus dem Impulsdiagramm läßt sich leicht ableiten, welche Schaltung sich hinter dem Symbol des R-S - FIP FOP'S verbirgt. ----o... 5 Der hier besprochene R-S - FIP FOP hat, wie die FIP FOPS, die aus NOR- oder NAND-Gliedern aufgebaut sind, den Nachteil, daß er nach dem Einschalten keine Vorzugslage einnimmt. Wie bereits ausgeführt wurde, ist es sehr aufwendig und umständlich, nach dem Einschalten auf den Rücksetzeingang einen Impuls zu geben, um von einem definierten Ausgangszustand ausgehen zu können. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
25 Aus diesem Grund werden neben den R-S - FIP FOPS ohne Vorzugslage auch R-S - FIP FOPS mit Vorzugslage hergestellt. Bei den R-S - FIP FOPS mit Vorzugslage ist aufgrund einer gewollten Unsymetrie in der Schaltung dafür gesorgt, daß der Q-Ausgang nach dem Einschalten auf -Signal, der Q-Ausgang auf -Signal geht. Um Verwechselungen in Schaltplänen zwischen dem R-S - FIP FOP mit und ohne Vorzugslage auszuschließen, verwendet man zwei verschiedene Symbole. 0 s-- 0 Q R-- ---o ohne Vorzugslage R- 5 Flip-Flop mit Vorzugslage Der schwarze Balken am Q-Ausgang sagt aus, daß es sich bei diesem R-S - FIP FOP um einen FIP FOP mit Vorzugslage handelt. ier ist das Impulsdiagramm für einen R-S - Vorzugslage. FIP FOP mit Eingang 5 Eingang R r-...,+-..--r--r--t----p...,...,.r--i.._r-t---..._..._~,..._-1io.._.,...,.~t---t--+--a-.....-1---t--i Ausgang Q i--f--+--p--i--t--t--f--l-----!...,~~,._,. -+--+-_,..._.~~---1~1--+--.,_-+-..._-+-_,..-+-+----4 ~r-;--...,...,.,.._..----.--------...rir--..._+-..--r------t--i,_..---i--1---i--t,~+--+-...---t--1, +--+-~ Ausgang 0 j...._..._..... J -... -... J.._. "'----...,._.-_...-.-.... ~--...l..-_.._.....j.._...1---j Zeit WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
26 Die einzelnen Zeitabsclmitte des Diagrammes werden nicht erklärt. Aus dem Impulsdiagramm geht alles hervor, was auch in den Erklärungen zum Impulsdiagramm stehen würde. Es ist deshalb doppelte Arbeit, etwas, was aus dem Impulsdiagramm schon hervorgeht, noch einmal mit Worten ausdrücken zu wollen. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
27 Test 3 ====== 1) Vervollständigen Sie das Impulsdiagramm des R-S - FIP FOP'S. J-1 Eingang S J-1 Eingang R J-1 AusgangQ J-1 AusgangÖ 2) Skizzieren Sie das Symbol für einen R-S - FIP FOP a) mit Vorzugslage b) ohne Vorzugslage. Zeit 3) Welche Schaltung aus NOR-Gliedern aufgebaut, entspricht in der Funktion dem R-S - FIP FOP? Skizzieren Sie die Schaltung. 4) Vervollständigen Sie das Impulsdiagramm des R-S - FIP FOP'S an den Eingängen Rund S. Beachten Sie dabei bitte, daß für das Setzen bzw. Rücksetzen des R-S - FIP FOP 1 S nur eine positive Flanke benötigt wird. Die änge des Impulses ist dabei nicht entscheidend. J-1 Eingang S J-1 Eingarg R J-1 Ausgang Q J-1 Ausgang Q Zeit WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
28 5) Vervollständigen Sie für die nachstehende Schaltung das Impulsdiagramm. A B ~-o R.-.-.-..--.-..-------.-.----.-...--..----...-...---..--.---..--,-----------.--.--.-i Eingang A ~r--1--.,._+--1----l---_,_+-~~..,...,_-l----+----+--l-_..-4--1-...-+-..._-i----+-...-+--+--+-~ t--t--i---+--+-.,._-+--+--+-..,..._-+-+-lo...,.--1~t--t--..._..._..._..._..._.._-1--1--+--+--4-..._-+-~ Eingang B i--.+-~--+--1--~-1--+--+-_...-+~... ~~.._._._.. --l--1--1--1-_........ """"'-..._-1 t---t--+--+--+--+--+--t--t--i-_,..-+-+--+---1~t--+-+-+---+--+--+-_._..._-+--+--+--+--+--+-~ Eingang R ti--+-+-.,._-+-.,...-+--+-..._-1-,,-+-+-+--ij-._..._._,._.._.._...,...,_..._...,...,...,_..._-1 l--+-+--+-4--+--l--+---t--~-+--+--+--l~t--+--+--+----l--+--+--+--l--+--+--+-~--1--1--+-~ AusgangO t--+--+--+--+--+--+--t--+--+-+-+-+-+--11--+-+--+---l--+--+--+--+--l--+--1--+--l--+--i-~ ~ot--+--+--+--+--+--t---t--+-+-+--+--+--11---1----1----l-----l--+--+--+--l--l--+--+--+--+--+--+-~ Ausgang~.......... J J_--'---'---'---'---'-- J J ---4- --- l. J Zeit WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
29 ösungen zu Test 3 ================== 1 1 1 ) Eingang s Eingang R ti-,.._,.._,,._.._.....f.--t-..._~.,._.,._.,._-+--+--4--_...-+--+--+--j-_...-+-...,.-t--t--t--4--1 t--._p-..._..._.,.._,,..,.-+-+-+--i--+--+--+-...;-_.,..-+--+--+--t--r--+--t--t--;.--t--t-...-~ /JJ.Jsgang Q ~~-+--l--+-+-_...,._...,._.....--+--+..._-+---t---.ji----!._.-..1~1--l--l""""l--1--.,_.;--r -1----+---~ f--t-t--t-+--+-+--1-...--a--i--i-...---t--t--t-_,...,..._-t--t--+--t-...--+-r-+--t--t--t--r-t Ac.sgang Ö '--..._.i...i...i-.. l J_..._.......,,._...._...,..._...._...,..._-.._..._...~ "--' Zeit 2) a) Symbol eines R-S - FIP FOP'S mit Vorzugslage. 2) b) Symbol eines R-S - FIP FOP'S ohne Vorzugslage. s-- 0 s 0 R- - R ' 3) WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
30 4) Eingang S Eingang R AusgangQ AusgangQ V / l/ / ~ V ~ V V ~ / V / / / / / l/ V / [/ l/ V V ~ / / ~ V V V. / / /, / / / V V / V / / / / V /. / / / / / ~ Zeit Die schraffierten Flächen der Impulse an den Eingängen S und R stellen die maximale Impulslänge dar. Die minimale Impulslänge ist die positive Flanke an der rechten Seite der Impulse. 5) Eingang A }-/ Eingang B Eingang ~ AusgangQ AusgangÖ... Zeit WUFF -AU TOMATEN GMB ANNOVER
31 D - FIP FOP ============= Dieses Kapitel befasst sich mit dem D - FIP FOP. Der D - FIP FOP ist eine Weiterentwicklung des R-S - FIP FOP'S. Dem D - FIP FOP kommt in der Praxis eine große Bedeutung zu, denn er ist auf jedem ogic-board zu finden. Die Bezeichnung des D - FIP FOP'S ist von dem englischen Wort "Delay", was "Verzögerung" bedeutet, abgeleitet. Bevor wir mit der Funktionsbeschreibung des D - FIP FOP'S beginnen, soll noch einmal erläutert werden, warum der R-S - FIP FOP sehr selten zum Aufbau einer Schaltung benutzt wird. s R Der R-S - FIP FOP hat folgenden Innenaufbau: Aus zwei NOR-Gliedern wurde ein FIP FOP aufgebaut, wovon die Eingänge S (Setzeingang) und R (Rücksetzeingang) herausgeführt sind. Außerdem sind noch die Ausgänge Q und Q herausgeführt. ' Bei allen Schaltungen ist es erforderlich, daß das Setzen oder Rücksetzen des FIP FOP'S nur zu einer bestimmten Zeit erfolgen darf. Daraus folgt, daß die Eingänge des R-S - FIP FOP'S auch nur zu einem bestimmten Zeitpunkt das Signal zum Setzen oder Rücksetzen erhalten dürfen. Um dieses zu erreichen, müssen die Eingänge des R-S - FIP FOP'S mit ilfe von UND, ODER, NAND oder NOR-Gliedern "verriegelt" werden. Unter "verriegeln" versteht man in diesem Zusammenhang, daß die Eingänge des R-S - FIP FOP 1 S duch äußere Maßnahmen kein Signal erhalten, bis bestimmte Voraussetzungen erfüllt sind. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
32 Eine solche Verriegelungsschaltung ist nachstehend abgebildet. Setzsignal s Q Taktsignal Rücksetzsignal R Q Bei dieser Schaltung gelangt erst dann das Setz- oder Rücksetzsignal an den entsprechenden Eingang, wenn das Taktsignal "igh" ist. Die oben abgebildete Schaltung ist verhältnismäßig aufwendig. Beim Aufbau der Schaltung werden außer dem IC, in dem sich der R-S - FIP FOP befindet, noch ein oder mehrere IC'S benötigt, in dem die UND-Glieder untergebracht sind. Ein zusätzliches IC auf einem ogic-board bedeutet neben größeren Ausmaßen auch höhere Material- und Bestückungskosten. Um diese Nachteile auszuschalten, werden die UND-Glieder in das IC, in dem der FIP FOP untergebracht ist, mitintegriert. Damit Verwechslungen im Schaltplan zwischen einem R-S - FIP FOP ohne und mit Takteingang vermieden werden, hat der R-S - FIP FOP ein anderes Schaltsymbol. R-S - FIP FOP mit Takteingang. WUFF - AUTOMATEN GMB ANNOVER
33 Betrachten wir nun das Impulsdiagramm dieses R-S - mit Takteingang. FIP FOP'S r----...---------------...----.---,~....--..---...-...-...-.--,---...,._...-----r---r--........--.-, Takt.,_......_~...,1--...,_..._-1----1...,,._... -1-_..--+--1---+--1-_,..-+... ~1--..,_~...,... ----1~+--..,._-+--1 t---+---~-+--+-+~1---.;.-+--+---r--+""""~1--+----t--t--r-+""""",--;~1---1----p...,-+...------t---t~t-1 s to--+--4------1-~.._.._..._-1----1...,._-1-...,--+--t--+-4--+-_..--+--t--+-..._-1--+----1...,_...,.~ t---+---+--t---1,...1o--+---+--t---t~+--t---+--r--.--... ~1---+--1--1-_.,...,._.,._...,._--1--+--11---+---4 ~lo--j""""""""""... -1-_..... 4----t---.J~-+-+-+-..._-l---I---+-...+-~-+~ t---+--~--+--+---tr----1--t-.,...,.....,...,--+...,...---1-+---+--+----t~t--+---+--t--to,_,.--1--...,..,...~ Q...,_,.._..,_"4---l--.._--+-... ---1~+-+--1--1---1---t--...-+-+--+--+--+---+--+--+--+-...,_--+--+--+-1-~...,+--+--+--t-_.,--+.,_-+--t--t--+--t~1----1-_.,_-+---+--+--+--+--.,,._...,...,...---r-t----t,t--1 Q Zeit Aus dem Impulsdiagramm geht hervor, daß obwohl am S- oder R Eingang das Signal zum Umwerfen des FIP FOP'S ansteht, der FIP FOP erst dann umschaltet, wenn am Takteingang igh-signal liegt. Das Umschalten des FIP FOP'S erfolgt wie beim R-S - FIP FOP durch die positive Flanke des Taktimpulses. Zum Setzen des R-S - FIP FOP'S mit Takteingang benötigen wir also -Signal am S-Eingang und die positive Flanke des Taktimpulses. Am R-Eingang muß während des Taktimpulses -Signal stehen. Soll der FIP FOP wieder zurückgesetzt werden, muß an den R-Eingang -Signal gelegt werden. Bei der positiven Flanke des Taktimpulses schaltet der FIP FOP um. Der S-Eingang muß dabei auf -Signal liegen. ierbei wird der Nachteil des FIP FOP'S deutlich. Der Taktimpuls darf nur dann auf das FIP FOP gegeben werden, wenn entweder am R- oder am S-Eingang -Signal ansteht. iegt am R- und S-Eingang während des Taktimpulses -Signal, gehen die Ausgänge in eine undefinierte Ausgangslage. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
34 Um diese Bedingung zu erfüllen, muß wieder eine Verriegelung am Eingang des FIP FOP'S vorgenommen werden. Die einfachste Methode, diese Bedingung herzustellen ist, nur einen Eingang des FIP FOP'S direkt zu beschalten. ierfür wird der S-Eingang gewählt. Wird an den S-Eingang -Signal und an den Takteingang der Taktimpuls gelegt, schaltet der FIP FOP um. Um auch ein Rücksetzen des FIP FOP'S zu ermöglichen, invertiert man mit ilfe eines NICT-Gliedes das Signal am S-Eingang und gibt es auf den 1 R-Eingang. iegt nun am S-Eingang -Signal, liegt am R-Eingang -Signal. Beim Taktsignal wird der FIP FOP wieder zurückgesetzt. s -------s~ 0 Nebenstehend ist diese Schaltung abgebildet. 0 Aus den gleichen Gründen, aus denen man die UND-Glieder beim R-S - FIP FOP mit in das IC integriert hat, wird das NICT Glied ebenfalls in das IC eingebaut. Man will Platz, zusätzliche Bauteile und Bestückungskosten sparen. D T - - Q Um Verwechslungen im Schaltplan zu vermeiden, bezeichnet man den Setzeingang mit D anstatt mit S. Nebenstehend ist das Symbol für den D - FIP FOP abgebildet. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
35 Zur Verdeutlichung der Funktion des D - FIP FOP'S ist nachstehend das Impulsdiagramm abgebildet.,-.---~----.----.---.--.,-,,--...,...------------.--.--..-----,~.-.--.-... -----.--...--.----... T!o-+-.,._.....,..._-----l~'"-..._... i._...i-...,....~--.._.._.._-l-_._........._----+----+---.i i----,_ot--t--+----i-......,.--t~f--t--t--1--t---t--w--r----1o~--t-t----........r------._...-1---._..-+~ D ~ t--t--r--t--t--+-...,-+-+... --t--t--t--i~r--t-t-+-+--+--+---1-...i-...-...i--.t--+--io_..... Q ~.,._+--+--+--+..._---+--1~~+--+--+--+--+-...,.-+...+--1--1--1--4--+--l--+--""-+-""'"'4--+---I-~ 1o--+--+--1o._..,._.,._-+--t----1i.--......_...,......_..._......_........_+--1--+----o--i-.o1--1---1-~ (J '---'-,. J l J....._..._.... J J~_.. J l. J J J..._..._...... J..._.._.i...i _... Zeit D - FIP FOP mit statischen Eingängen == == == ==== ========~ ========== = ======== Neben dem bereits beschriebenen D - FIP FOP finden in der Technik auch D - FIP FOPS mit statischen Eingängen Verwendung. Mit ilfe der statischen Eingänge ist es möglich, den FIP FOP auch unabhängig vom Taktimpuls zu setzen oder rückzusetzen. D T - 0 0 ier ist das Schaltsymbol abgebildet. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
36 Die Unterschiede zwischen D - FIP FOP mit und ohne statisehen Eingängen sind am besten aus dem Impulsdiagramm zu ersehen. Nachstehend ist das Impulsdiagramm des D - statischen Eingängen abgebildet. FIP FOP'S mit..-..-.....-----.--.-... ---,r-.-.--.-..,..-.,...,..-.....,.......,...,...,...,...,...,...,..., R l--+---1--1-...,_-+---l~l--+--""",...,.._-+-... ----1---l'--l--+-+-+--1----1--1---t--t--t--t--t----i i--..,_...,_,..._...,_,._----p...,...,--1--1---11--1--1--..._..,._....,._-1--1---t--+-... -+--+--+-+-+-+~ ~ l--+---l--l--+-+_..,--111---1--+-+-+--+--l--l--+---!""-lll--l,._~~~+---1--1---t---+----1--t--t----i t--+-.....--~-+-+--t----;._,..--;.""""',_.,"-t--+--+-+-+-_..,111111--1-_..,,....,,......,_,..-+-t--1 T i--..,_......,...,...,_...._,,._..~i--~"-..,_...,_..,_..,_.....,.._...........,... -+ t--...,...,_,._-+--+-+--+--+--+--;.""""'r--t--t--+-+-+--+--t--t--1--1----t----..-r-+--+-ii...--1 0,...,. -1-_...,...,...,...,_...,... _.._..~i--+--+--.,_..,_..,_,._.,._.,._,..,...,.....-+-+....,-+ r---t--r--t--r-----1-.,..-+""""*""----r--t--t--i--r--r--t--.-""""""""""-+--+--+-..---r---;i...,...-----r---t--r---t Q i--+-""---l-_...-+-..._-1-..-+_,,._,,.~--..,_,...,..._-1--1---1---1--1-...,...,..._-1-~-+-+...,-+ i--..._..,._-t--r--+--t----t-----r-+--t--t~--1--1--+--t----+-+--t--t--t--t-...,-r--+--;.-+-+-+--+ ö....._..,.- J J._._.... _J...-... 1. J,----1 Zeit Bei der positiven Flanke des Taktimpulses wird das Signal am Informationseingang auf den Q-Ausgang gegeben. Steht beispielsweise am Q-Ausgang vor dem Taktimpuls -Signal und am D-Eingang -Signal, liegt nach dem Taktimpuls der Q-Ausgang auf -Pegel. Der Q-Ausgang führt immer das entgegengesetzte Signal des Q Ausganges. Deshalb liegt vor dem Taktimpuls -Signal, nach dem Taktimpuls -Signal am Ausgang Q, iegen vor dem Taktimpuls am D-Eingang -Signal und am Q-Ausgang -Signal, steht nach dem Taktimpuls am Ausgang Q -Signal. Soweit ist die Funktion des D - FIP FOP'S ohne statische Eingänge mit dem D - FIP FOP mit statischen Eingängen identisch. WUFF-AUTOMATEN GMB - ANNOVER
37 Mit den R- und S-Eingängen läßt sich das D - FIP FOP auch außerhalb des Taktimpulses beeinflussen. iegt an den Eingängen R und S-Signal, wird das FIP FOP nicht beeinflußt. Wird an den R-Eingang -Signal gelegt, geht der Q-Ausgang auf -Signal. Steht während eines Taktimpulses -Signal am Eingang R, am Eingang D -Signal, bleibt am Ausgang Q -Signal. Der Eingang R hat gegenüber den Eingängen D und T Vorrang. Wird an den Eingang S -Signal gelegt, geht der Q-Ausgang auf -Signal. Selbst wenn während eines Taktimpulses am D-Eingang -Signal steht und gleichzeitig der S-Eingang auf -Signal liegt, bleibt der Q-Ausgang auf -Signal. Auch der S-Eingang hat gegenüber den D- und T-Eingängen Vorrang. 7474 - zwei einflankengetriggerte D - FIP FOPS ==========================~===================== Zwei der hier besprochenen D - FIP FOPS mit statischen Eingängen sind in einem 7474, einem IC der 74-iger Serie untergebracht. IC'S der 74-iger Serie werden in großem Umfang für den Aufbau von Digitalsteuerungen verwendet. Obwohl in letzter Zeit ein klarer Trend zum Mikroprozessor zu erkennen ist, wird der 74-iger Serie auch in Zukunft eine große Bedeutung zukommen. Die Vorteile dieser 74-iger Serie sind: Kleine Abmessungen, geringe Kosten, hohe ebensdauer, geringe Störanfälligkeit. Mit den IC'S der 74-iger Serie sind die gesammten TV-Spiele der 1. Generation aufgebaut. IC'S der 74-iger Serie sind meist in 14-, 16- oder 24-poligen DIP (Dual in ine Package) - Gehäusen untergebracht. Um die einzelnen Anschlüsse des Gehäuses voneinander unterscheiden zu können, hat man die IG-Oberseite mit einer Einkerbung versehen. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
38 inks von dem Zeichen beginnt man mit 1 zu zählen, wie es in der nachstehenden Skizze dargestellt ist. E::::::1 14 13 12 11 10 9 8 D 1231.567 Die von folgende Abbildung zeigt die Anschlußbelegung oben gesehen. Us 14 R 13 D 12 T 11 s 10 0 9 (j 8 eines 7474 1 -R 2 D 3 T 4 -s 5 Q 6 Q 7 Os Am Anschluß US liegt die positive Betriebsspannung, am Anschluß OS die negative Betriebsspannung. Erklärung der Abkürzungen: D = Informationseingang Q, Q = Ausgänge R = Rückstelleingang. s = Stelleingang T = Takteingang. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
39 Wie bei den im Teil I der Einführung in die Technologie der MIDWAY TV-Spiele besprochenen UND-, ODER-, NICT-, NAND- und NOR-Gliedern, weicht das amerikanische Schaltzeichen für ein D - FIP FOP vom deutschen ab. In Schaltplänen von ogic-boards und Datenbüchern von amerikanischen albleiterherstellern finden Sie das folgende Symbol. PRESET CEAR Neben dem anderen Symbol werden in Amerika auch teilweise andere Bezeichnungen für die Anschlüsse verwendet: Der Rückstelleingang R wird mit CEAR, abgekürzt mit C, C oder CR bezeichnet. Den Takteingang T findet man auch mit der Bezeichnung COCK oder abgekürzt CK. Der Setzeingang S wird auch mit PRESET, abgekürzt P oder PR bezeichnet. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
40 Test 4 ======= 1) Zeichnen Sie das Symbol für einen D - FIP FOP a) ohne statische Eingänge nach deutscher Norm b) mit statischen Eingängen nach deutscher Norm c) mit statischen Eingängen nach amerikanischer Norm. 2) Vervollständigen Sie das Impulsdiagramm des D - FIP FOP'S mit statischen Eingängen. R s T D 0 Q Zeit J) Beziffern Sie die Anschlüsse des 14-poligen IC'S in DIP Gehäuseform. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
41 4) Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, damit der Ausgang Q eines D - FIP FOP'S mit statischen Eingängen von -Signal auf -Signal wechselt? a) Der R-Eingang muß -Signal führen. b) Der S-Eingang muß -Signal führen. c) Am R- und S-Eingang muß -Signal stehen, am Takteingang T muß Taktimpuls anstehen. d) Am R- und S-Eingang muß -Signal stehen, der D- und T Eingang müssen -Signal führen. e ) Am R- und S-Eingang muß -Signal stehen, am Takteingang muß der Taktimpuls anstehen. f) Am R- und S-Eingang muß -Signal stehen, am D-Eingan& muß -Signal anstehen, gleichzeitig muß der Taktimpuls am Takteingang liegen. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
42 ösungen zu Test 4 ================ == 1 ) a) b) s c) PRESET D T 0 ö D T Q "Ci D Q rj R CEAR 2) R ~ T D Q 0 1 WUFF-AUTOMATEN GM B ANNOVE R
43 3) E::::::1 14 13 12 11 10 9 8 1234567 4) Die Antworten b) und f) sind richtig. Das Ausgangssignal an Q wechselt bei einem D - FIP FOP mit statischen Eingängen von - auf -Signal, wenn am S-Eingang -Signal steht und wenn an den Eingängen S, R und D -Signal steht und gleichzeitig der Taktimpuls am Takteingang ansteht. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
44 J-K Master-Slave FIP FOP ========================== J-K - FIP FOP Das J-K Master-Slave FIP FOP ist, wie das D - FIP FOP, eine Weiterentwicklung des R-S - FIP FOP'S. Bisher wurden verschiedene Nachteile des R-S - FIP FOP'S und die entsprechenden ösungen unter Zuhilfenahme von UND- oder NICT-Gliedern besprochen. Neben diesen Nachteilen hat der R-S - FIP FOP noch einen entscheidenden Nachteil: Es muß beim R-S - FIP FOP verhindert werden, daß an den Eingängen R und S gleichzeitig während der positiven Flanke des Taktimpulses -Signal anliegt. Für diesen Fall ist nicht definiert, ob der Ausgang Q auf - oder -Signal geht. Deshalb muß mit schaltungstechnischen Maßnahmen verhindert werden, daß gleichzeitig am R- und am S-Eingang -Signal steht. J ---t T------t:::>t K ---t Um diesen Nachteil auszuschalten hat man die nebenstehende Schaltung entwickelt. Durch die Beschaltung eines Einganges der UND-Glieder mit den Ausgangssignalen des R-S - FIP FOP'S wird sichergestellt, daß entweder am R- oder am S-Eingang -Signal anliegt, wenn der J und der K-Eingang -Signal führen. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
45 Eine Schaltung mit diesen Vorzügen nennt man J-K - FIP FOP. Der J-K - FIP FOP hat seinen Namen von den willkürlich mit J und K bezeichneten Eingängen. Weil dieses J-K - FIP FOP sehr häufig verwendet wird, hat man ein Schaltzeichen dafür entwickelt. J-- T--c:*"' Q Das Schaltzeichen des R-S - FIP FOP'S unterscheidet sich nur durch die Bezeichnung der Eingänge vom R-S - FIP FOP. ier ist das Impulsdiagramm des J-K - FIP FOP'S abgebildet..--.-.--,---,---.---.----.---.----.-..-----.--,--.-...----.... ---.------.-----.--.1r---.... -..._ T - r-------t--r-t--t--t--ip...i...ir--j--t-1--1-...r-t--r-r-+-+--+--l--l-..._-1-.+-+-.+-+.--o1~-1 J t--'1--.,_--p--+--+--f--+-~-!--!-~-+-,_-+--l-_...,,.-l-_...,_...,-l-_,_--l-----1-----1-----l----l----l--l... J r-t---t---t--t--t--t---!--t--+--+--+--+-_...,-r---t--1--t--+-+-+-+-t--l---"--"-"-"--"-+-...,j K l--'1--'l--+--+--+--+--+--+--4-----+--+--+-..._----+-..._-l-_..-1--1--l--l-..._-~--l---l-----l----l--l--l---j 1---i--+-~1---+--1---+-1~.. -+---+---+-...,--+-... ----1~t---t--t--+--t~-----*"~t----..,,,._-t 0 ~l--i..._1'-1~~-+-+-+-+-+..,._-l--l--l--"""-i--+-.+--i-+-.+--.f.---+-j.._~'--l-...j i--o+--+--+--+-+--t--1--1--.+--+--+-.,.._--+--t---t--i..,_._._._.._..._...._-+..,...,,j...,,j~----li...,,j 0 l---'--..j J J J J J..J... j j J..... ---'--1...-1-1..._li...i.... _J. 1i-.i... J Zeit Bei diesem Impulsdiagramm fällt auf, daß das Umwerfen der Ausgänge durch die Eingänge J und K nur dann möglich ist, wenn vor der positiven Flanke des Taktimpulses igh-signal an dem betreffenden Eingang gestanden haben muß. iegen die positiven Flanken des Taktimpulses und des betreffenden Eingangssignales zeitmäßig gleich an, werden die Ausgänge des J-K - nicht umgeworfen. FIP FOP'S WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
46 Master-Slave FIP FOP i Für manche Anwendungen von FIP FOPS, wie z.b. Schieberegister, reichen die Möglichkeiten der bisher besprochenen FIP FOPS nicht aus. Wird ein Schieberegister mit ilfe von FIP FOPS aufgebaut, stellt man fest, daß die Signale nicht wunschgemäß bei jedem Taktimpuls um eine Stufe weitergeschob~n werden, sondern daß das Eingangssignal beim 1. Taktimpuls gleich am Ausgang des Schieberegisters ansteht. Um zu verhindern, daß mit dem 1. I Taktimpuls das Eingangssignal über alle Stufen des Schieberegisters an den Ausgang gelangt, besteht jede Stufe des Schieberegisters aus 2 FIP FOPS, 4 UND- nachstehenden Zeichnung zu sehen ist. und 1 NICT-Glied, wie in der Master Slave t---0 R---- Der 1. FIP FOP wird mit Master, der 2. FIP FOP mit Slave beze.ichnet. Diesen gesamten Aufbau nennt man Master-Slave FIP FOP. Die Übertragung des Signales in einem Master-Slave FIP FOP in Abhängigkeit zum Taktsignal ist nachfolgend abgebildet. 1. Über das NOR-Glied wird der Master FIP FOP vom Slave-FIP FOP getrennt. 2--r-7 ~,-3 1 - _-;,_-_...,..._ 4 Taktimpuls 2. Das Eingangssignal wird in den Master FIP FOP eingegeben. J. Die Eingänge werden gesperrt. 4. Das im Master gespeicherte Signal wird in den Slave eingegeben. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
47 ier ist das Impulsdiagramm des J-K Master-Slave FIP FOP'S abgebildet. r-......----.--r-r-r--w-.~r---,-----.--------...---.-----.,----r---..-----r--.----------...-----..---, T P--..,_-l'--;--;--;-...,...,----11.,_+-+-'4----l-_..._---'...,'---',._i--+-f--...,.+-...,....,...,.._...,...~ t---t--t-_,_..,...--+-+--+---i~..._...r-_...,..i---+--+--1---+--.1.._1--..._.-..... --i.-_...+o-+--i.-+--i...- J,..."'1-"'t"-""'-_,.."""""...,._.,_.,......,...~......,..,_..,.4-...,..._-1--l-~..._-l--+--+--+-+--+--I r-+--t--t--+--p...---...i~ t---t--t--t--t--+-;--i.--i...,1--+-+--t-;...,._...+o-+-+-+--i...- K,_-i-~-+---+--11---"1"-4-...,-+--+--+---+--.,_+-..._-1--1-..--+--+--+-4--1--1--+---4--11--1f--l---i r--i--t--+--+-+--+--t--.1--..._...,...,...,..,._-t--+-t-i~'--..._..._,._,_-t--t---p-+-r-+---ti...t Q ~..,._...,..,...,...,_..._... """----l.~.1---1---1-_,...,...,_..._..._-1--1-----1-~,._..._......,.~1--...,_,._..._~ to-+--+--+--+--+--+--+...t~+--t--t--t-_,_-+--+--+...t~t--+-+-,_-+-...,...,...,._-t--i-+...i~ Q J J t t_j.,._........ _.. -. J_-.,_.,...1...1i.-._. 1 t._...1...j-..._. Zeit.,. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
48 J-K Master-Slave FIP FOP Im J-K Master-Slave FIP FOP sind die Eigenschaften des J-K - FIP FOP'S und des Master-Slave FIP FOP'S zusammengefaßt. ier ist das Blockschaltbild des J-K Master-Slave FIP FOP 1 S abgebildet. Master Slave 1--4~--o r----+----...i Um nicht bei jeder Anwendung eines J-K Master-Slave FIP FOP'S diese umfangreiche Schaltung zeichnen zu müssen, wird das gleiche Schaltungssymbol wie für den J-K - FIP FOP verwendet. Damit deutlich wird, daß es sich um einen J-K Master-Slave FIP FOP handelt, wird diese Bezeichnung mit hinzugefügt. Der J-K Master-Slave FIP FOP ist ein negativer, flankengetriggerter FIP FOP. Bei der negativen Flanke des Taktimpulses erscheint das Signal am Ausgang des FIP FOP'S, das während der positiven Flanke des Taktimpulses an den Eingängen anstand. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
1 49 J-K Master-Slave FIP FOP mit statischen Eingängen ======================== = ====~===~================= Wie beim D - FIP FOP hat man auch die Einsatzmöglichkeiten des J-K Master-Slave FIP FOP'S durch die Erweiterung mit statischen Eingängen erhöht. Dabei gibt es zwei Versionen: Einen J-K Master-Slave FIP FOP mit R- und S-Eingang und einen J-K Master-Slave FIP FOP mit R-Eingang. Dabei wird der J-K Master-Slave FIP FOP mit einem statischen Eingang häufiger benutzt als der J-K Master-Slave FIP FOP mit zwei statischen Eingängen. Durch das Anlegen von -Signal an den R-Eingang ist es möglich, den Q-Ausgang des FIP FOP'S unabhängig vom Taktimpuls auf - Signal zu legen. ier ist das Schaltsymbol und das Impulsdiagramm des J-K Master Slave FIP FOP'S mit R-Eingang. T J J r---...,_ K Q K R 1! Q i-1 a Zeit WUFF-AUTOMATEN GMB - ANNOVER
50 74107 - zwei J-K Master Slave FIP FOPS ======================================== Zwei der besprochenen J-K Master-Slave FIP FOPS mit statischem R-Eingang bilden einen 74107. Die folgende Abbildung zeigt die Anschlußbelegung des 74107 von oben gesehen. R 13 T 12 K 11 - R 10 T 9 J 8 1 J 2 0 3 Q 4 K 5 Q 6 Q An Anschluß Us liegt die positive Betriebsspannung, an Anschluß Os die negative Betriebsspannung. Erklärung der Abkürzungen: Q, Q = Ausgänge R = Rückstelleingang T = Takteingang J, K = Dateneingänge. WUFF -AUT O MATEN GMB A NNOVER
51 Das amerikanische Schaltzeichen weicht vom deutschen ab. ier ist das amerikanische Schaltzeichen. J-- ~--Q Clock- K--~ Clear Erklärung der Bezeichnungen: Q, Q = Ausgänge Clear = Rückstelleingang Clock = Takteingang J, K = Dateneingänge. WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
52 Test 5 ====== 1) Zeichnen Sie das Schaltsymbol des J-K Master-Slave FIP FOP's. 2) Welches Signal erscheint beim J-K Master-Slave FIP FOP, während der negativen Flanke des Taktimpulses am Ausgang? a) Das Signal, das während der negativen Flanke des Taktimpulses an den Eingängen anstand? b) Das Signal, das während der positiven Flanke des Taktimpulses an den Eingängen anstand? c) Das Signal, das während der positiven und der negativen Flanke des Taktimpulses an den Eingängen anstand? 3) Vervollständigen Sie das Impulsdiagramm eines J-K Master Slave FIP FOP's mit statischem R-Eingang. T J K R Q Q Zeit WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
53 ösungen zu Test 5 ===-=============== 1 ) J K --Q Q R r---..- J-K-Masfer-Slave F/ip-Flop 2) Antwort b) ist richtig. Bei der positiven Flanke des Taktimpulses gelangt das Signal an den Ausgang, das während 0 der positiven Flanke des Taktimpulses an den Eingängen des FIP FOP'S anstand. Die Antworten a) und c) sind falsch. 3) T J K - R Q Q Zeit WUFF-AUTOMATEN GMB ANNOVER
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