FLIP-FLOPS
Aus den logischen Verknüpfungen lassen sich weitere Schaltungen realisieren. Dazu gehören die
sogenannten Flip-Flops. Ein Flip-Flop (auch bistabile Kippstufe genannt) ist eine elektronische
Schaltung in der Digitaltechnik, die zwei stabile Ausgangszustände (0 oder 1) besitzen kann. Der
aktuelle Zustand hängt nicht nur von den aktuellen Eingangssignalen ab, sondern auch vom
vorherigen Zustand. Eine Abhängigkeit von der Zeit besteht nicht, sondern nur von Ereignissen.
Der Unterschied zu normalen logischen Gattern ist die sogenannte Rückkopplung. Dabei wird jeweils der
Ausgang eines Logik Gatters mit dem Eingang des anderen Gatters verbunden. Diese Rückkopplung ist das, was
Flip-Flops die Speicherfähigkeit verleiht, die für sequentielle Logikschaltungen essenziell ist. Es handelt sich um
einen flüchtigen Speicher bei dem dauerhaft eine Spannungsversorgung anliegen muss, um den
Ausgangszustand aufrechtzuerhalten.
RS-Flip-Flop
Ein RS-Flipflop (Rücksetz-Setz-Flipflop) ist die einfachste Art eines Flipflops. Dieses Grundelement hält einen
beliebigen seiner zwei möglichen Ausgangszustände auf Dauer fest. Eine Veränderung ist möglich über seine zwei
Eingänge, die üblicherweise mit R und S bezeichnet werden. Es dient als elementarer Ein-Bit-Speicher und bildet
die Basis für viele andere Flip-Flops. Man kann dieses Flip-Flop auf verschiedene Weisen realisieren.
Implementierung eines RS-FF aus NOR-Verknüpfungen:
S
R
Q
Q
Zustand
1
0
1
0
Setzen
0
0
1
0
Speichern
0
1
0
1
Rücksetzen
0
0
0
1
Speichern
1
1
0
0
Q=Q=0 Rücksetzdominant
0
0
?
?
Unbestimmt!
Beim RS-Flip-Flop mit NOR-Gliedern spricht man von einem 1-aktiven Flip-Flop.
Implementierung eines SR-FF aus NAND-Verknüpfungen:
S
R
Q
Q
Zustand
1
0
1
0
Setzen
0
0
1
0
Speichern
0
1
0
1
Rücksetzen
0
0
0
1
Speichern
1
1
1
1
Q=Q=1 Setzdominant
0
0
?
?
Unbestimmt!
Beim SR-Flip-Flop mit NAND-Gliedern spricht man vom 0-aktiven Flip-Flop. (Eingänge negiert)
Unterschied: Reset-Set-Flip-Flop und Set-Reset-Flip-Flop
Der Hauptunterschied liegt in der Dominanz bezüglich des Ausgangssignals Q, wenn beide Eingänge (Set S und
Reset R) gleichzeitig logisch 1 sind (verbotener Zustand). In diesem Fall entscheidet die Dominanz, welcher
Eingang priorisiert wird.
•
RS-Flip-Flop: Rücksetzdominant (Reset-dominant). Wenn S=1 und R=1, dominiert der Reset-Eingang, und
Q wird auf 0 gesetzt. Typisch realisiert mit NOR-Gattern.
•
SR-Flip-Flop: Setzdominant (Set-dominant). Wenn S=1 und R=1, dominiert der Set-Eingang, und Q wird
auf 1 gesetzt. Typisch realisiert mit NAND-Gattern.
Vermeidung des Widerspruchs durch zusätzliche Beschaltung:
In der Praxis wird der verbotene Zustand vermieden, um Stabilität zu gewährleisten.
RS-Flipflop mit Rücksetzvorrang:
Mit R = 1 wird der S-Eingang blockiert
Taktgesteuerte FlipFlops
Da die Eingangssignale nicht immer stabil anliegen, ist es oft gewünscht, dass ein Flipflop nur zu bestimmten
Zeiten auf die Eingangssignale reagiert. Das ist vor allem der Fall, wenn mehrere FlipFlops zeitgleich arbeiten
sollen. Die Eingänge können durch ein weiteres Signal, dem Taktsignal (Clock) freigeschaltet werden. Dadurch
wird eine Synchronität gegeben. Grundsätzlich unterscheidet man in Zustandgesteuert & Flankengesteuerte
FlipFlops.
Zustandgesteuerte FF´s arbeiten in Abhängigkeit vom Zustand. In
diesem Fall: nur solange der Clock Eingang „1“ ist. Ist der Eingang
des Signals „0“, werden auch die Eingänge des FF´s gesperrt.
Flankengesteuerte FF´s arbeiten während des Wechsels von
„0“ auf „1“ oder von „1“ auf „0“. Sie können aber auch auf beiden
Flanken gleichzeitig arbeiten!
Meist werden flankengesteuerte Flip-Flops verwendet. Sie haben den Vorteil, dass die Störanfälligkeit durch die
kurze Zeit der Taktflanke reduziert wird, wodurch die Fehlerwahrscheinlichkeit geringer ist. Dies liegt daran, dass
sie auf Signalübergänge (0→1 oder 1→0) reagieren, anstatt während eines gesamten Pegels (‚1‘ oder ‚0‘)
empfindlich zu sein.