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4 Sequentielle Schaltungen, Schaltwerke

4.3 Das RS-Flipflop


Das Latch-Flipflop wurde eingeführt, um die Grundeigenschaften eines Flipflops zu definieren. Es stellt aber noch kein anwendungsrelevantes Bauteil dar.

Charakteristisch für das grundlegende Flipflop ist das bistabile Verhalten, d.h. die Existenz zweier unterscheidbarer Zustände, die durch die logischen Werte "0" und "1" beschrieben werden können.

Die beiden Vorgänge, die zum Einstellen dieser Werte führen, werden als

Setzen (engl. set) und
Rücksetzen (engl. reset)

des FFs bezeichnet. Hinzu kommt die Möglichkeit, den einmal eingestellten Wert zu speichern.

Die beiden Zustände "reset" und "set" werden abgekürzt als R- und S-Zustand, das entsprechende Basis-FF als RS-Flipflop bezeichnet.

Dieses RS-FF entspricht den Eingangs geforderten FF-Eigenschaften, nur die zuletzt gestellte Forderung nach einer Flankensteuerung wird nicht erfüllt.

Die drei Funktionen des RS-Flipflops können wiederum an Hand einer Wertetabelle bzw. eines Zustandsdiagramms objektiver beschrieben werden:

S
R
Funktion
Q+
1
0
Setzen
1
0
1
Rücksetzen
0
?
?
Speichern
Q

Tab. 4.3: Funktionstafel des RS-FFs:

Abb. 4.12: Zustandsdiagramm des RS-FFs:

Wird eine Realisierung des RS-FF in NOR- bzw. NAND-Form angestrebt, kann von folgender Grundform ausgegangen werden:

Abb. 4.13: Grundformen des RS-Flipflops.


Durch die Dominanz des rückgekoppelten Signals wird die geforderte Speicherfunktion sichergestellt (Speichern: S=R=0 bei NOR, S=R=1 bei NAND).

Mit Hilfe des KV-Diagrammes kann eine praktische Realisierung im NOR- oder NAND-Format gefunden werden:

Abb. 4.14: KV-Diagramm des RS-Flipflops.


Werden die "don't cares" als d = 0 interpretiert, ergibt sich als Funktionsgleichung

, (4.3)

was zur gesuchten NOR-Schaltung des RS-Flipflops führt:

Abb: 4.15: RS-Flipflop in NOR-Realisierung.

Diese durch Zusammenfassung im KV-Diagramm gefundene Standardstruktur der gekreuzten Rückkopplungen gilt sowohl für die hier gezeigte NOR- als auch für die NAND-Realisierung.

Als entgültiges KV-Diagramm des RS-Flipflops in NOR-Struktur ergibt sich damit:

Abb. 4.16: KV-Diagramm des RS-Flipflops in NOR-Realisierung.


Durch Einkreisungen werden wiederum die stabilen Zustände angezeigt.

Hinweis 1:


Hinweis 2:

Aus diesen beiden Gründen ist beim RS-NOR-FF die Eingangskonfiguration R=S="1" verboten. Entsprechendes gilt beim RS-NAND-FF für die Eingangskombination R=S="0".


Zusammenfassung: RS-Flipflops


Abb. 4.17: NOR- und NAND-Realisierung des RS-Flipflops.




NOR-FF
NAND-FF
S
R
Q+
Funktion
Q+
1
0
1
Setzen
0
1
1
0
1
0
Rücksetzen
1
0
0
0
0
Q
Speichern
1
1
Q
1
1
-
(verboten)
0
0
-

Tab. 4.4: Wahrheitstafel des RS-Flipflops für NOR- und NAND-Realisierung.


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