MezData-Logo Lösungen Button :TI-BASIS: Taktgesteuerte Flip-Flops

Taktzustand gesteuertes Flipflop (Latch)

Das einfache RS-Flipflop zeichnet sich dadurch aus, daß jede Änderung der Eingangsparameter R bzw. S sofort ausgewertet wird; das Flipflop kann also jederzeit neue Daten an den Logikeingängen R und S übernehmen. In vielen Anwendungen ist es jedoch vorteilhaft, wenn eine Informationsübernahme nur zu bestimmten, genau einstellbaren Zeitpunkten möglich ist. Das Flipflop sollte also nur in extern festgelegten Zeitintervallen die Auswertung der logischen Eingänge vornehmen.

Diese zusätzliche Zeitsteuerung wird als Takt (engl. clock) bezeichnet, das entsprechende Signal als Taktsignal. In seiner Funktionalität entspricht dieser Takteingang der oben geforderten Latch-Funktion des einfachen Latch-FF. Das derart gesteuerte Flipflop wird als "getaktetes Flipflop" (engl. gated latch) bezeichnet.

Latch
Im Englischen bezeichnet man den Riegel am Kanienchenstall als latch, solange der Riegel offen ist, können die Kanienchen rein und raus.

Das getaktete RS-Flipflop (Gated Latch)

Zur Umwandlung des Basis-RS-Flipflops in ein taktgesteuertes Flipflop ist die Implementierung eines Takteinganges notwendig, der z.B. folgende Bedingung erfüllt:

  • Takt = "1": die RS-Eingänge werden sofort ausgewertet,
  • Takt = "0": die Auswertung der RS-Eingänge unterbleibt.

Ausgehend vom RS-Grundbaustein kann diese Logik durch einfaches Vorschalten von zwei UND-Gattern realisiert werden.

Nur während des relevanten "1"-Pegels werden Signale durch das Flipflop weitergeleitet ("1" wurde in diesem Fall willkürlich als der aktive Pegel vorgegeben).

Ein derart gesteuertes System wird "taktpegel-gesteuert" bzw. "taktzustands-gesteuert" genannt, die Funktion wird als "Taktpegel-Steuerung" bezeichnet.

Das D-Flipflop (Data Latch)

Auch durch die Taktpegel-Steuerung ist beim RS-Flipflop der "verbotene" Zustand (R=S="1") nicht beseitigt worden. Eine geringfügige Änderung des getakteten RS-Flipflops kann allerdings zur Vermeidung dieses Zustandes führen.

In dieser abgewandelten Form des RS-FF wird der R-Eingang durch das invertierte S-Signal definiert, es existiert also nur noch ein einziges logisches Eingangssignal, das in diesem Fall dann als "D" (von Datum bzw. von engl. data oder delay) bezeichnet wird.

R=S ist also nicht mehr möglich, der Speicher-Zustand wird jetzt durch Takt="0" realisiert. Dieses Flipflop benötigt zur Steuerung des logischen Verhaltens also nur einen einzigen Eingang und entspricht damit weitestgehend dem Latch-Flipflop.

Das so entstandene Flipflop wird "transparentes D-Flipflop" oder "D-Latch" genannt.
Zn Takt D Qt Qt+1 Q+ Funktion
0
0
0
0
0
Q
 Speichern
Takt=0
Qt+1=Qt (Q+=Q)
1
0
0
1
1
2
0
1
0
0
3
0
1
1
1
4
1
0
0
0
D
 Übernehmen
Takt=1
Qt+1=D (Q+=D)
5
1
0
1
0
6
1
1
0
1
7
1
1
1
1
Schaltzeichen

Bedeutung der Bezeichner:

1D dieser Eingang wirkt auf Bausteinmodul 1 als Dateneingang

C1 die Eingänge des Moduls 1 werden mit C verknüpft:
C=1 bewirkt Übernahme der Eingänge

Taktflanken-Steuerung

Impulsglieder

Um Taktimpulse endlicher Dauer einsetzen zu können und gleichzeitig die Forderung nach einem einmaligen Wechsel zu erfüllen, wird eine Taktflankensteuerung eingeführt. Diese Art der Steuerung definiert eine aktive Taktflanke, bei der die Auswertung der logischen Steuereingänge vorgenommen wird.

Eine Flankensteuerung kann durch ein Impulsglied realisiert werden. Beim Pegelwechsel wird ein kurzer Impuls erzeugt.

Vorderflankengesteuertes D-Flipflop

Übernahme und Ausgabe der Information geschehen mit der Taktvorderflanke (0-->1)

Rückflankengesteuertes D-Flipflop

Übernahme und Ausgabe der Information geschehen mit der Taktrückflanke (1-->0)

Takteingänge

Takt-Eingang mit Zustandssteuerung. Die Variablen an den Eingängen, die von C abhängen, werden bei C = 1 wirksam. Takt-Eingang mit Flankensteuerung. Die Variablen an den Eingängen, die von C abhängen, werden beim 0-1-Übergang wirksam (positive Flanke). Takt-Eingang mit Flankensteuerung. Die Variablen an den Eingängen, die von C abhängen, werden beim 1-0-Übergang wirksam (negative Flanke).

T-Flipflop (Toggle Flipflop)

Bei jeder steigenden Taktflanke wechselt das T-Flipflop seinen Ausgangszustand (toggle).

Ein T-FF kann durch Rückkopplung eines D-FF gebaut werden.

T-Flipflops können als Frequenzteiler und Zähler (Ribble Counter) verwendet werden

Zweiflankengesteuertes Flipflop (Master Slave)

Anordnungen dieser Art werden als "Master-Slave"-Schaltungen bezeichnet, da das erste FF vollständig das zweite kontrolliert. Die Funktionsweise dieses Flipflops kann in drei Phasen aufgeteilt werden:

  1. Solange der Takt C=0 ist, folgt der Master dem Eingangssignal, und es wird Q' = D. Der Slave speichert währenddessen den alten Zustand.
  2. Wenn der Takt auf 1 geht, wird die in diesem Augenblick anliegende Information D im Master eingefroren und an den Slave und damit an den Q-Ausgang übertragen. In der übrigen Zeit ist der Zustand des D-Eingangs ohne Einfluß.
  3. Der Slave geht in den Speichermodus, der Master öffnet sein "Tor"