Inhalt | Vorheriges Kapitel | Nächstes Kapitel |
Das Verhalten dieser Zähler
wird mit den bereits bei den Schaltwerken eingesetzten Zustandsdiagrammen
beschrieben.
Abb.: 7.1: Zustandsdiagramm und Übergangstabelle.
In diesem einfachen Beispiel werden die Zustandsübergänge durch die aktive Flanke eines Taktsignals ausgelöst.
Wechseln die Bits der Zustandskodierung bei einer Zustandsänderung exakt gleichzeitig, so handelt es sich um eine (takt)synchrone Schaltung. Werden die einzelnen Wechsel dagegen zeitversetzt angeregt, kann dieses Prinzip abgrenzend als quasi-synchron bezeichnet werden, womit auch die Unterscheidung zu den taktfreien, asynchronen Schaltwerken möglich wird.
7.1.1 Synchrone und asynchrone
Zähler
Als zu zählender Impuls wird
normalerweise der in das Schaltwerk eingegebene Takimpuls gewertet.
Im synchronen Betrieb des Zählers schaltet dieser Takt alle Flipflops gleichzeitig und das bei jedem Zustandswechsel. Dies geschieht auch dann, wenn die Zustandskodierung keinen Wechsel an einem Flipflop-Ausgang erfordert.
Abb. 7.2: Synchroner Zähler.
Im Unterschied dazu kann im asynchronen Betrieb die Taktung eines Flipflops unterdrückt werden, falls für einen Zustandsübergang kein Bit-Wechsel erforderlich ist.
Abb. 7.3: Asynchroner Zähler.
Diese Nichttaktung ist die einfachste
Methode der Wertspeicherung. Allerdings ist damit noch keine Asynchronität
des Zählerverhaltens eingeführt worden. Diese erfolgt
erst durch eine weitere Maßnahme der Vereinfachung:
In dem Verknüpfungsnetz für
die Taktung und Ansteuerung eines Flipflops wird der Wechsel am
FF-Ausgang zur Taktung eines weiteren Flipflops genutzt. Mit dem
ausgelösten Bitwechsel kann dieser "serielle" Vorgang
dann fortgesetzt und das wiederum folgende Flipflop getaktet werden.
Der Zustandswechsel in einem asynchronen
Zähler wird also durch ein Nacheinander von Bitwechseln des
Zustandskodes durchgeführt (engl. ripple changing),
so daß in dem ansteuernden Verknüpfungsnetz zeitweise
noch alte und bereits geänderte Werte von Flipflop-Ausgängen
koexistieren.
Zusammenfassend können die unterschiedlichen
Zählertypen also wie folgt bewertet werden:
Das Verknüpfungsnetz für
die Ausgabe ist zunächst optional; es dient lediglich der
Codewandlung von der Zustandskodierung in den geforderten Ausgabecode.
Für die Entwurfsphase bietet diese Trennung zwischen Zustands-
und Ausgabe-Kodierung Vorteile: eine einfachere Kodierung der
Zustände kann angestrebt werden, bei der die Anzahl der mit
der Zustandsänderung einhergehenden Bitwechsel klein gehalten
wird.
Die Eingangsvariablen eines Zählers
werden aufgabenspezifisch definiert; zwei Signalgruppen können
deshalb unterschieden werden:
Zur Realisierung dieser Funktionen
ist mindestens ein Verknüpfungsnetz erforderlich, das die
Logik-Eingänge der Flipflops und eventuell den Takteingang
ansteuert.
Soll die Ausgabe eines Zählers
nicht nur von dem augenblicklichen (aktuellen) Zustand abhängen
(oder sogar identisch mit dem Zustandscode sein), sondern darüberhinaus
auch von den Steuersignalen X, so ist ein weiteres Verknüpfungsnetz
für die Ausgabe unumgänglich. In diesem Netzwerk werden
gemäß der Mealy-Anordnung Zustandscode und Eingabe
direkt verknüpft.
Auf dieses Verknüpfungsnetz
kann also nur in einem Zähler verzichtet werden, der nach
dem Moore-Prinzip aufgebaut ist.
Abb. 7.4: Synchroner Zähler mit Mealy-Ausgabe.
Beachtet werden sollte allerdings, daß bei einem Zähler mit Mealy-Ausgabe (s.o.) die möglicherweise auf den Eingangsleitungen X auftretenden Störimpulse direkt auf die Ausgabe Y wirken. Es fehlt in diesem Fall die durch die Flipflops gegebene Pufferwirkung, die eine Taktung zum richtigen Zeitpunkt ohne Ausbreitung der Störsignale erlaubt.
Inhalt | Vorheriges Kapitel | Nächstes Kapitel |