lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 1 zum Kapitel Digitaltechnik Hallo Studierende, der folgende dient dazu, sich das Kapitel lip-lops im Selbststudium aneignen zu können. Offene ragen klären Sie zunächst in eigener Runde in Kleingruppen und erarbeiten sich unverstandenen Lernstoff gemeinsam. nschließend können Sie mit mir in einer Übungsstunde das Kapitel vertiefen und ergänzen. Ich werde allerdings keinerlei rgebnisse an die Tafel schreiben, sondern in einer rt Lernberatung von ruppe zu ruppe gehen und Ihre ragen beantworten oder Hinweise zur richtigen Lösung geben. Damit Sie den Stoff nicht nur nachvollziehen, sondern auch aktiv erarbeiten und anwenden können, stehen Ihnen Übungsaufgaben zur Verfügung. Sie können damit Ihren Kenntnisstand selbst überprüfen und feststellen, ob Sie die Lernziele erreicht haben. itte führen Sie die ufgaben durch. Deren Lösung ist für das Verständnis der nachfolgenden usführungen unbedingt notwendig. m die Richtigkeit der rgebnisse überprüfen zu können, habe ich die rgebnisse im nhang beigelegt. Ich wünsche Ihnen viel Spaß und einen rfolg beim Durcharbeiten dieses Textes! copyright lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 2 8.4 unktionsgruppen 8.4.1 lip-lops ür die earbeitung dieses Kapitels sind Kenntnisse über die grundlegenden atterfunktionen ND, ODR und NICHT (ND, OR und NOT) und deren Verknüpfung mit Hilfe der OOL'schen lgebra (vergl. dazu Regelungs- und Lernziele Steuerungstechnik) notwendig. In diesem Kapitel lernen Sie die unktionsweise von lip-lops (bistabile Kippstufen) kennen und sollten nach dem Durcharbeiten des Textes... nterschiede zwischen Taktzustands- und Taktflankentriggerung kennen. die Reaktion von lip-lops auf Takt- und Steuersignale in Impulsdiagrarmme einzeichnen können. den nterschied zwischen einem einfachen und einem Master-Slave lip-lop kennen. das Zusammenwirken von lip-lops mit anderen digitalen Komponenten bearbeiten können. Ich werde die verschiedenen usführungen von lip-lops ausgehend vom einfachsten RS-lip-lop bis hin zum Master-Slave JK-lip-lop durch schrittweises hinzufügen von Komponenten erläutern. Da jedes neue lip-lop damit auf die igenschaften der vorangegangenen lip-lops aufbaut, sind jeweils Übungsaufgaben zwischengeschaltet, die unbedingt gelöst werden sollten. Dabei werden wie im Praktikum nur TTL austeine eingesetzt. Damit gilt: offene ingänge wirken wie ein "H" Spannungen kleiner als 0,8V wirken als L Spannungen größer als 2V und kleiner als die Versorgungsspannung (typ. 5 V) wirken als H Durch die eschränkung auf positive Logik gilt: H = 1 und L = 0 Wichtige igenschaften von TTL-austeinen infachste usführung lip-lops in besteht in seiner einfachsten usführung aus zwei rückgekoppelten attern. s können sich zwei stabile Zustände einstellen. ür den all, dass Q auf 1 liegt stellt sich automatisch an Q, der usgang des unteren NOR-atters, eine 0 ein und umgekehrt. (Vergl. Sie hierzu Ingenieurinformatik I) Damit können logische Zustände beliebig lange gespeichert werden. Die igenschaften lassen sich sehr einfach durch sogenannte Impulszeitdiagramme und Zustandsfolgetabellen beschreiben. infachste usführung RS-lip-lops bb. 8.4.1 RS- In diesen Tabellen wird mit dem Index n der Zustand vor einer Änderung bzw. vor einem wirksamen Taktsignal, mit dem Index n+1 der Zustand nach der Änderung bzw. des wirksamen Taktsignals gekennzeichnet.
lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 3 Mit nur zwei ingängen gibt es vier mögliche ingangskombinationen (2²). Sind beide ingänge S und R auf 0", so ist das gesperrt. D.h. der alte Zustand bleibt erhalten. Mit dem S (=Setz)- ingang auf 1" wird das gesetzt, d.h. der Q -usgang geht auf 1". Mit dem R (=Rücksetz)-ingang auf 1" wird das rückgesetzt, d.h. der Q- usgang geht auf 0". Der Zustand für S und R = 1" ist nicht definiert, da Q und Q zueinander per Definition invers sein müssen. erner ist nicht klar welchen Zustand das einnehmen wird, wenn gleichzeitig die beiden R- und S-ingänge auf 1" gehen. Somit ergibt sich folgende Zustandsfolgetabelle: S R Q m+1 Q n+1 0 0 Q n Q n 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0* 0* * nicht definiert Tab. 8.4.1 Zustandsfolgetabelle RS- Zustandsfolgetabelle für ein einfaches RS- lip-lop Impulszeitdiagramm für ein einfaches RS- lip-lop bb. 8.4.2 Impulszeitdiagramm RS- Vervollständigen Sie das nachstehende Impulsdiagramm lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 4 1 (Lösung siehe nhang) ragen: Welcher Zusammenhang besteht zwischen dem Q und dem Q usgang? Warum dürfen S- und R-ingang nicht beide 1 sein? ragen zum einfachen RS-lip-lop
lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 5 infache taktzustandsgesteuerte lip-lops Durch die Verknüpfung des R- und S-ingangs mit einem Taktsignal C (= clock) erhält man ein einfaches taktzustandsgesteuertes RS-. Ist das Taktsignal auf 0", so sind beide ND-atter ( ) in der nsteuerung gesperrt, also sind beide usgänge der ND-atter auf 0". Damit bleibt der Zustand des asis- wie bisher (-gesperrt). Während der Zeiträume, in denen das Taktsignal 1" ist, werden die R- und S-Pegel auf die R und S Signale durchgeschaltet und das asis- kann damit entweder gesetzt oder rückgesetzt werden. bb. 8.4.3 Taktzustandsgesteuertes RS- Taktzustandsgesteuerte usführung RS-lip-lops Die bhängigkeit des S- und R-inganges wird durch die vorangestellte Zahl (hier 1) hervorgehoben. Der zugehörige ingang wird durch eine nachgestellte Zahl gekennzeichnet. Schaltzeichen nach DIN Impulszeitdiagram m taktzustandsgesteuerten RS-lip-lops bb. 8.4.4 Impulsdiagramm taktzustandsgesteuertes RS- lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 6 Vervollständigen Sie das nachstehende Impulsdiagramm für ein taktzustandsgesteuertes RS-! 2 ragen: Welchen Vorteil hat ein taktzustandsgesteuertes lip-lop gegenüber einem asis RS-lip-lop? Wie kann der Zustand über längere Zeit gehalten werden? Was passiert, wenn beide ingänge auf 1" gehen, während der Takt inaktiv ist? Was passiert, wenn beide ingänge auf 1" gehen, während der Takt aktiv ist? ragen zum taktzustandsgesteuerten RS-lip-lop
lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 7 Taktzustandsgesteuertes Data lip-lop Durch das Hinzufügen weiteren atters ( ) (bb. 8.4.5) kann das einfache RS- zu einem D- (Data-Latch) erweitert werden, das nur in bestimmten, durch ein Taktsignal vorgegebenen, Zeiträumen gesetzt oder rückgesetzt werden kann. Man spricht in diesem all von einem taktzustandsgesteuerten D-s. Die Kombination das R und S gleichzeitig auf 1" sind, ist durch den Inverter nun nicht mehr möglich, da entweder nur ND-atter oder ND-atter auf 1" gehen kann. T a k t z u s t a n d s - gesteuertes Data lip-lops bb. 8.4.5 Taktzustandsgesteuertes D-lip-lop Impulszeitdiagramm taktzustandsgesteuerten Data- lip-lops bb. 8.4.6 Impulsdiagramm für taktzustandsgesteuertes D-lip-lop (S und R sind die Signalpegel im Inneres des ) lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 8 Vervollständigen Sie das nachstehende Impulsdiagramm für ein taktzustandsgesteuertes D-! 3 ragen: Welchen Vorteil hat ein D-lip-lop gegenüber einem RS-lip-lop? Wozu werden D-lip-lops eingesetzt? ragen zum taktzustandsgesteuerten D-lip-lop
lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 9 Taktzustandsgesteuertes D-lip-lop mit Prioritätseingängen Taktzustandsgesteuertes D-lip-lop mit Prioritätseingängen bb. 8.4.7 Taktzustandsgesteuertes D-lip-lop mit Prioritätseingängen m die s in eine definierte Startlage zu bringen, oder um einen Reset durchzuführen, werden normalerweise zusätzliche R- und S-ingänge an das asis- angefügt, die nicht mit dem Takt verknüpft sind, also immer unmittelbar wirken. Daher werden sie auch als Prioritätseingänge bezeichnet. Dies wird auch durch die Kennzeichnung mit R und S allein ohne eine weitere Zahl im Schaltzeichen (bb. 8.4.8) ausgedrückt! Durch die esonderheit, dass bei TTL ein offener ingang wie eine logische 1" wirkt, führt man diese ingänge jeweils über einen Inverter, damit die unktionsweise des auch bei nicht angeschlossenen R- bzw. S- ingängen (offene ingänge) gewährleistet ist. Daraus ergibt sich, dass mit einer logischen 0" der Prioritätseingang aktiv wird. Dies wird im Schaltzeichen durch die Invertierung (Kreis vor dem ingang) bzw. Durch einen Negationsstrich über dem ingangssignalbezeichner R oder S ausgedrückt. m einen undefinierten Zustand zu vermeiden, der beim Durchschalten des D-Signals entstehen könnte, werden diese R- und S-Signale zusätzlich noch auf die beiden ND-attter gegeben, um diese zu sperren. bb. 8.4.8 Schaltzeichen Schaltzeichen taktzustandsgesteuertes D-lip-lop mit Prioritätseingängen Impulszeitdiagramm taktzustandsgesteuerten Data- lip-lops mit Prioritätseingängen lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 10 bb. 8.4.9 Impulsdiagramm taktzustandsgesteuerten D-lip-lop mit Prioritätseingängen Vervollständigen Sie das nachstehende Impulsdiagramm für ein taktzustandsgesteuertes D- mit Prioritätseingängen! 4 ragen: Warum werden die R- und S-ingänge als Prioritätseingänge bezeichnet? Wozu werden R- und S-ingänge genutzt? ragen zum taktzustandsgesteuerten D-lip-lop mit Prioritätseingängen
lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 11 Taktflankengesteuerte lip-lops ei taktzustandsgesteuerten s kann es dazu kommen, dass während Taktsignals noch eine Änderung wirksam werden kann. Dies kann zu Problemen führen, da damit auch kurze Störsignale eventuell noch wirksam werden können. In modernen Schaltungen werden deshalb heute dynamische s eingesetzt, die nur während einer Taktflanke ihren usgangszustand ändern können. Man bezeichnet diese als flankengetriggerte s. Dies wird durch ein Dreieck am Takteingang dargestellt. Die wirksame lanke ist dabei bei einem nicht ausgefüllten Dreieck der Übergang von 0 auf 1 (positive Taktflanke) (vergl. ufgabe 5). bb. 8.4.9 D- Schaltzeichen taktflankengesteuertes D-lip-lops mit Prioritätseingängen bb. 8.4.10 D- ei einem ausgefüllten Dreieck bzw. bei einem Invertierungssymbol (Kreis) vor dem Dreieck ist die wirksame lanke der Übergang von 1 auf 0 (negative Taktflanke) (vergl. ufgabe 6) Der genaue innere ufbau soll hier nicht näher betrachtet werden. Vielmehr soll mit den Schaltsymbolen und den Zustandsfolgetabellen im Weiteren gearbeitet werden. Die Kreise an den R- und S-Prioritätseingängen (bb. 8.4.9 und 8.4.10) zeigen, dass die Low-Signale aktiv sind. nstelle der Kreise findet man häufig auch die Kennzeichnung mit S bzw. R. (vergl. bb. 8.4.8) lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 12 ür beide Typen gilt folgende Zustandsfolgetabelle: D T Q n+1 emerkung 0 0 Q n gesperrt 0 1 0 rückgesetzt Zustandsfolgetabelle für ein D-lip-lop 1 0 Q n gesperrt 1 1 1 gesetzt Qn = Signal am Q usgang vor dem aktiven Taktsignal Qn+1 = Signal am Q usgang nach dem aktiven Taktsignal Tab. 8.4.2 Zustandsfolgetabelle D- Impulszeitdiagramm taktflankengesteuerten Data- lip-lops mit Prioritätseingängen bb. 8.4.11 Impulsdiagramm positiv taktflankengesteuerten D-lip-lops mit Prioritätseingängen
lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 13 rgänzen Sie im nachfolgenden Zeitdiagramm den Signalverlauf Q für ein positiv flankengetriggertes D- lip-lop. Die Prioritätseingänge S und R sind aktiv 0". 5 (Lösung siehe nhang) lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 14 rgänzen Sie im nachfolgenden Zeitdiagramm den Signalverlauf Q für ein nun negativ flankengetriggertes D-lip- lop. Die Prioritätseingänge sind aktiv Low 6 (Lösung siehe nhang) ragen: Woran erkennt man, mit welcher lanke das lip-lop geschaltet wird? Welchen Vorteil hat ein taktflankengesteuertes D-lip-lop gegenüber einem taktzustandsgesteuerten D-lip-lop? ragen zum taktflankengesteuerten D-lip-lop
lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 15 Taktflankengesteuerte Master-Slave lip-lops isher wurden nur Schaltnetze behandelt, bei denen ingangssignale zu usgangssignalen verknüpft werden. Werden auch usgangssignale auf den ingang zurückgeführt, so spricht man von Schaltwerken. Dort ist es unbedingt notwendig, die in- und usgangssignale voneinander zeitlich zu entkoppeln, um ein Schwingen der Schaltung zu vermeiden. nterscheidung Schaltnetz und Schaltwerk bb.: 8.4.10 Schaltwerk Dazu erweitert man das einfache D- um ein weiteres. Man erhält dann ein so genanntes Master-Slave (siehe bb. 8.4.11). Im Schaltzeichen wird dies durch die besondere Kennzeichnung der usgänge dargestellt. Die unktionsweise dieses Master-Slave-Prinzipes soll für ein flanken getriggertes gezeigt werden, bei dem der innere ufbau noch zu erkennen ist. Dazu werden die Zeitverläufe der Zwischenvariablen Q und des Signals T ermittelt. Innerer ufbau und Schaltzeichen taktflankengesteuerten Data- Master-Slave lip-lops mit Prioritätseingängen bb. 8.4.11 positiv flankengetriggertes Data-Master-Slave-lip-lop Der Takt C liegt direkt am Master- an. Damit erfolgt ein inlesen mit der positiven Taktflanke in das Master. m Slave- liegt aber der invertierte Takt C an. Die dort wirksame positive Taktflanke ist bezogen auf das ingangssignal C, eigentlich die Rückflanke. Damit ergibt sich die geforderte zeitliche ntkopplung der ingangs- und usgangssignale. Die Information wird über den Q -usgang des Master- an das Slave- übergeben. Das Signal an Q entspricht exakt dem Signal Q, allerdings um eine Taktflanke verschoben! lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 16 Impulszeitdiagramm taktflankengesteuerten Data- Master-Slave lip-lops bb.: 8.4.12 Impulsdiagramm positiv flankengetriggerten D-Master- Slave-lip-lop rgänzen Sie im nachfolgenden Zeitdiagramm den Signalverlauf Q für ein positiv flankengetriggertes D-Master-Slave-lip-lop nach bb. 8.4.11. Die Prioritätseingänge sind nicht beschaltet, also inaktiv. 7 (Lösung siehe nhang) ragen: Wozu verwendet man Master-Slave-lip-lops? Wodurch wird die zeitliche ntkopplung zwischen ingang und usgang des lip-lops erreicht? ragen zum taktflankengesteuerten D-Master- Slave-lip-lop
lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 17 Das JK-lip-lop in universell verwendbares stellt das JK- dar. Wir betrachten im olgenden die flankengesteuerte usführung, die aus den bisher genannten ründen am häufigsten eingesetzt wird. Da es sich beim JK- meist auch um ein Master- Slave- handelt, wird mit der aktiven lanke das am ingang anliegende Signal in das Master- übernommen, aber erst mit der eigentlich inaktiven lanke an den usgang durchgeschaltet. Zunächst sollen eventuell vorhandene Prioritätseingänge nicht betrachtet werden. Die unktionsweise lässt sich anhand der rundschaltung nach bb. 8.4.13 erläutern: J C Master Slave & S Q S Q Q Innerer ufbau taktflankengesteuerten JK- Master-Slave- lip-lops & K R Q R Q 1 bb.: 8.4.13 Innerer ufbau JK-MS- Durch die Rückkopplung der usgangssignale auf die in-gangsgatter ( und ) wird die unktion des s nicht nur bestimmt durch die J- und K- ingänge, sondern ist auch ab-hängig von dem Zustand, den das vor dem aktiven Taktsignal für das Master gerate hat. bb. 8.4.14 zeigt das Schaltsymbol. bb. 8.4.14 JK- lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 18 s lassen sich vier mögliche Kombinationen der beiden ingänge J und K unterscheiden: J K Q n Q n+1 0 0 0 0 0 0 1 1 Die beiden ND-atter ( und ) am ingang sind gesperrt. Damit sind die beide ingangssignale R und S des Master 0, d.h. (vergl. Tab. 8.4.1) der usgangszustand des ändert sich nicht ( gesperrt oder speichert). 0 1 0 0 0 1 1 0 Ist zum Zeitpunkt des wirksamen Taktsignals das bereits gesetzt, so kann der K-ingang am ND- atter ( ) wirksam werden. Das wird zurückgesetzt. ür den all, dass das bereits rückgesetzt war, sind beide ND-atter gesperrt und das bleibt im rückgesetzten Zustand. 1 0 0 1 1 0 1 1 Ist zum Zeitpunkt des wirksamen Taktsignals das bereits zurückgesetzt, so kann der J-ingang am ND-atter ( ) wirksam werden. Das wird gesetzt. ür den all, dass das bereits gesetzt war, sind beide ND-atter gesperrt und das bleibt im gesetzten Zustand. 1 1 0 1 1 1 1 0 ine esonderheit des JK- ergibt sich für diesen all. Das wird mit jeder wirksamen Taktflanke in den anderen Zustand wechseln. War es gesetzt, wird es rückgesetzt und umgekehrt. Man sagt, das toggelt. lle beschriebenen unktionen JK- lassen sich in einer verkürzten Zustandsfolgetabelle (Tab. 8.4.3) zusammenfassen. J K Q n+1 emerkung 0 0 Q n gesperrt 0 1 0 rückgesetzt 1 0 1 gesetzt 1 1 n Q toggelt Zustandsfolgetabelle für ein JK-lip-lop Qn = Signal vor dem aktiven Taktsignal Qn+1 = Signal nach dem aktiven Taktsignal Tab. 8.4.3 Zustandsfolgetabelle JK-
lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 19 Impulszeitdiagramm taktflankengesteuerten JK- Master-Slave lip-lops bb. 8.4.15 Impulsdiagramm für ein positiv flankengesteuertes JK-Master- Slave- ohne Prioritätseingänge rgänzen Sie im nachfolgenden Zeitdiagramm den Signalverlauf Q für ein positiv flankengetriggertes JK-Master-Slave-lip lop nach bb. 8.4.14. 8 (Lösung siehe nhang) lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 20 bb. 8.4.16 Innerer ufbau JK-MS- mit Prioritätseingängen Handelsübliche JK-MS-lip-lops haben noch zwei taktunabhängige Setz- und Rücksetzeingänge S und R (bb. 8.4.17), die mit logisch Null aktiviert werden (vergl. bb. 8.4.6). Diese ingänge haben wie bei den bisher besprochenen lip-lops absolute Priorität. bb. 8.4.17 JK- Innerer ufbau taktflankengesteuerten JK- Master-Slave lip-lops mit Prioritätseingängen Impulszeitdiagramm taktflankengesteuerten JK- Master-Slave lip-lops mit Prioritätseingängen bb. 8.4.18 Impulsdiagramm für ein positiv flankengesteuertes JK-Master- Slave- mit Prioritätseingängen
lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 21 rgänzen Sie im nachfolgenden Zeitdiagramm den Signalverlauf Q für ein positiv flankengetriggertes JK-Master-Slave-lip lop nach bb. 8.4.17. 9 nhang) ( L ö s u n g s i e h e Durch eine geeignete eschaltung am J- und K-ingang kann jeder andere Typ von, z.. das D-, nachgebildet werden. (bb. 8.4.19) bb. 8.4.19 JK- als D- Durch die universelle Verwendbarkeit dieses Typs werden heute fast ausschließlich noch JK-s eingesetzt, da sie durch die hohen Stückzahlen bei der Produktion sehr preisgünstig sind. Im Praktikum Versuch Digitaltechnik werden nur JK- eingesetzt. ragen: Warum werden heute fast ausschließlich JK-Master-Slave lip-lop eingesetzt? ibt es bei einem JK-lip-lop undefinierte ingangszustände? ragen zum taktflankengesteuerten JK-Master- Slave-lip-lop lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 22 8.4.2 nwendungsbeispiele mit lip-lops 8.4.2.1 requenzteiler Der einfachste requenzteiler (bb. 8.4.20) besteht aus einem JK-, dessen ingänge J und K beide auf logisch 1 (TTL: Versorgungsspannung 5 V) gelegt sind. eschaltung als requenzteiler bb. 8.4.20 JK- als requenzteiler In dieser eschaltung wechselt das mit jeder wirksamen Taktflanke seinen Zustand. us dem Impulsdiagramm (bb. 8.4.21) sieht man, dass sich die nzahl der usgangssignale halbiert hat. Man spricht von einem Teilungsverhältnis von 1:2. Durch eschaltung mit weiteren JK- erhält man requenzteiler, die im Verhältnis 1:2 n teilen können. Impulsdiagramm für requenzteiler bb. 8.4.21 JK- Timing ragen: Skizzieren Sie einen requenzteiler, der um den aktor 8 teilt! ragen zum requenzteiler
lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 23 8.4.2.2 4-it-inärzähler Der aus Ingenieurinformatik her bekannte inärkode kann sehr einfach zum Zählen verwendet werden. Dazu müssen JK-s wie in bbildung 8.4.21 geschaltet werden. Die vier usgänge (,, C, D) der vier s entsprechen den 4 its, wobei das 1. am häufigsten schaltet. Damit stellt der usgang das LS (least significant bit) dar.das 4. repräsentiert das MS (most significant bit). Mit den 4 its sind insgesamt 16 unterschiedliche Zustände, also Zahlen von 0 bis 15 darstellbar. (Siehe bb. 8.4.22) Zur besseren Kennzeichnung wurde hier C in T (=Takt) umgenannt, um Verwechslungen mit dem Datenausgang C zu vermeiden rundschaltung inärzähler bb. 8.4.21 4-it-inärzähler Impulsdiagramm inärzähler bb. 8.4.22 Impulszeitdiagramm 4 it-inärzählers lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 24 2 3 2 2 2 1 2 0 ewichtung D C Zuordnung Zustandstabelle inärzähler 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 0 0 0 8 1 0 0 1 9 1 0 1 0 10 1 0 1 1 11 1 1 0 0 12 1 1 0 1 13 1 1 1 0 14 1 1 1 1 15 Tab. 8.4.4 Zustandstabelle inärzählers 8.4.2.3 Dezimalzähler rgänzt man den Zähler aus 8.4.2.2 durch eine Dekodierschaltung, so kann sichergestellt werden, dass beim rreichen der Zahl 10 der Zähler über den Prioritätsrücksetzeingang auf den Zustand 0 (CD = 0000) zurückgesetzt wird. rundschaltung Dezimalzähler bb. 8.4.23 Dezimalzähler
lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 25 Mit rreichen des Zählerzustandes 10 sind erstmals die beiden usgänge und D auf logisch ins. Über das NND-atter werden damit alle Rücksetzeingänge R (Prioritätseingänge) der vier JK- aktiviert, wodurch alle usgänge CD auf logisch Null gesetzt werden. Damit beginnt der Zähler wieder von vorne zu zählen. eobachtet man das usgangssignal von mit einem schnellen Oszilloskop, so erkennt man einen schmalen Nadelimpuls (Impulsbreite entspricht einer atterlaufzeit 10-9 s). Impulsdiagramm Dezimalzähler bb. 8.4.24 Impulszeitdiagramm Dezimalzählers ragen: Wie viele lip-lops braucht man, um 63 zählen zu können? Skizzieren Sie dazu die Schaltung! Durch welche Maßnahme kann der Zähler beim rreichen der 50 auf 0 zurückgestellt werden? ragen zum Zähler lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 26 8.4.2.4 Schieberegister Durch die Zusammenschaltung mehrerer Master-Slave-lip-lops kann ein Schieberegister aufgebaut werden, bei dem die Information von einem zum nächsten weitergegeben wird. Diese Schieberegister können sowohl zum Wandeln von seriell nach parallel oder auch parallel nach seriell anliegender Information genutzt werden. rundschaltung Schieberegister bb. 8.4.25 Schieberegister als seriell-parallel-wandler Die an S (Serieller ingang) anliegende Information (D 1, D 2, D 3, D 4, D 5, D 6,...) wird synchron mit dem Takt T in das Schieberegister hineingeschoben. Nach dem ersten Takt liegt an Q 4 die Information D 1 an. Mit dem nächsten Takt wird D 1 an das 2. weitergereicht und die Information D 2 in das 1. eingelesen. Dies ist durch die zeitliche ntkopplung beim Master-Slave Prinzip möglich. Nach 4 Taktsignalen (vergl. Tab. 8.4.5) kann dann die Information an den usgängen Q 1 - Q 4 parallel ausgelesen werden. Takt Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 1 D 1 2 D 2 D 1 3 D 3 D 2 D 1 4 D 4 D 3 D 2 D 1 5 D 5 D 4 D 3 D 2 6 D 6 D 5 D 4 D 3 usw. usw. Tab. 8.4.5 Schema Schieberegisters als 4-it seriell parallel Wandler
lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 27 Durch Nutzung der Setz- und Rücksetzeingänge kann auch eine parallel serielle mwandlung erfolgen. rundschaltung Schieberegisters als parallel-seriell Wandler bb. 8.4.26 Schieberegister als parallel-seriell-wandler Mit dem Signal S (Set) und R (Reset) werden in die s parallel die anliegenden Informationen 1-4 eingelesen. Dazu werden zuerst alle s mit dem Resetsignal auf 0 gesetzt, um danach mit dem reigabesignal S die Informationen, die an den ingängen 1 bis 4 anliegen, zum Setzen der entsprechenden s zu nutzen. Danach kann die Information seriell am usgang S (vergl. Schieberegister bb. 8.4.25) nach rechts herausgeschoben werden. ls bschluss dieser Lerneinheit folgen 2 Prüfungsaufgaben aus dem ach lektronik, deren Lösung in den angesetzten Übungsstunden mit dem Dozenten durchgesprochen werden können. lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 28 Prüfungsaufgabe aus WS 2003/04 Vervollständigen Sie für d i e S c h a l t u n g d i e Zeitdiagramme! ei den handelt es sich um positiv flankengetriggerte Master Slave lip lops m i t Prioritätseingängen(ktiv low).
lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 29 Prüfungsaufgabe aus dem WS 2000/01 Vervollständigen Sie für die untenstehende Schaltung die Zeitdiagramme! Die bkürzung POR steht für power on reset. ei den s handelt es sich um positiv flankengetriggerte Master Slave lip lops mit Prioritätseingängen. lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 30 nhang: Lösungen ufgabe 1: ufgabe 2:
lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 31 ufgabe 3: ufgabe 4: lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 32 ufgabe 5: ufgabe 6:
lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 33 ufgabe 7: ufgabe 8: lektronik/mikroprozessoren Digitaltechnik 34 ufgabe 9: