Digitaltechnik I Grundschaltungen

Digitaltechnik I Grundschaltungen Seite 4 - 30 -
Die Funktionstabellen des D-Flipflops (Bild 4.32) werden gewonnen aus Tabelle 4.11 unter
Berücksichtigung von Gl. (4.32). Das D-Flipflop wird auch als transparentes Latch bezeichnet,
da der Ausgang Q1 den Signalzustand des D-Eingangs wiedergibt, also transparent macht. Bei
technischen Flipflops ist noch eine kurze Verzögerungszeit t pd zu berücksichtigen.
4.7 Taktgesteuerte Flipflops
Die in Abschnitt 4.6.4 behandelten ungetakteten Flipflops besitzen den Nachteil, daß eine
häufig notwendige zeitliche Synchronisierung aller Flipflop-Stufen einer Schaltung nicht möglich
ist. Durch entsprechende Erweiterung der FF-Schaltungen um einen zusätzlichen Takteingang
läßt sich dieses Ziel jedoch verwirklichen. Man unterscheidet bei taktgesteuerten Flipflops
zwischen zwei Formen der Taktsteuerung, nämlich
• Zustandssteuerung und
• Flankensteuerung
Bild 4.33 läßt die Unterschiede beider Formen erkennen. Bei der Taktzustandssteuerung kann
das Flipflop einen Wechsel der Informationseingänge prinzipiell während der Dauer des aktiven
Taktzustandes (1 bzw. 0) übernehmen. Bei technischen Fliplops sind naturgemäß
einschränkende Zeitbedingungen (set up- sowie hold- time) zu beachten. Die
Taktflankensteuerung zeichnet sich dadurch aus, daß ein Wechsel der FF-Information nur
während der ansteigenden (0 --> 1-Flanke) bzw. abfallenden Taktflanke (1 � 0- Flanke)
möglich ist.
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Prof. Dr. -Ing. G. Biethan Fassung 1.21 vom 31.03.2003
(a) (b)
Bild 4.33 (a) Taktzustandssteuerung b) Taktflankensteuerung
Die Taktzustandssteuerung läßt sich realisieren durch eine UND-Verknüpfung der
Informationseingänge des betreffenden Flipflops (z.B. RS-, JK-, D-FF) mit einem zusätzlichen
Taktsignal C. Hierdurch wird erreicht, daß das FF nur bei aktivem Taktsignal seinen Zustand
ändern kann. Bild 4.36 läßt beispielhaft die logische Schaltung eines RS-Flipflops mit
Taktzustandssteuerung erkennen.
Die notwendige Erzeugung kurzzeitiger Einzelimpulse bei der Taktflankensteuerung kann auf
zwei verschiedene Arten erfolgen, nämlich durch
• Differenzierung von Impulsflanken mit RC-Glied
• Ausnutzung von Signalverzögerungszeiten.
Die erste, schon "klassische" Methode wurde bei Impulsgattern verwendet, wobei mit Hilfe
eines als Hochpaß geschalteten RC-Gliedes die Signalflanken eines impulsförmigen
Eingangssignales differenziert werden. Bild 4.34 zeigt die Prinzipschaltung einer dynamischen
UND-Schaltung mit zwei Eingängen in diskreter Technik. Der über Diode D1 gekoppelte
Eingang Es ist rein statisch, Ed hingegen dynamisch. Das Impulsdiagramm (Bild 4.35) läßt die
Funktion der Schaltung erkennen. Wird zur Vereinfachung der Ausgang der Schaltung als
unbelastet angenommen, so entstehen bei idealen Rechtecksprüngen nachfolgende
Spannungsverläufe von U a (t)