Flanken- statt Zustandssteuerung
Zielsetzung
Im Folgenden wollen wir uns erneut mit dem theoretischen zeitlichen Ablauf bei Schaltwerken befassen. Was passiert wann und wo mit dem Ziel, eine Flanken- statt Zustandssteuerung zu erreichen.
Aufgabe 1
Betrachte die 4 RS-FF, welche in einer Reihe geschaltet sind. D.h. der Ausgang des ersten FF dient als Eingang des zweiten FF usw.
Berechne, wie "lange" es dauert, bis die LED am Ausgang leuchtet, wenn jedes FF 10 ns (Nanosekunden) zum Schalten braucht und
der Stromfluss (bzw. Signalfluss) durch die Leitung je 1 ns.
Aufgabe 2
Nun etwas schwieriger: Wir nehmen den 4-Bit-Addierer aus dem vorherigen Kapitel:
Angenommen, die Schaltnetze HA und VA benötigen zum Schalten jeweils genau 10 ns; der Stromfluss (bzw. Signalfluss) pro Leitung 1 ns.
a) Bestimme die Signale der Ausgänge S0 - S3 sowie ü exakt beim Einschalten, also bei 0 ns.
b) Bestimme die Signale der Ausgänge S0 – S3 sowie ü nach exakt 12 ns. Wie „lange“ braucht die Schaltung, um das fertige Ergebnis dar zu stellen?
c) Nenne Probleme, die bei solchen Schaltprozessen entstehen.
Aufgabe 3
Überlege dir, welche Probleme entstehen können, falls das Daten Eingangsignal während der „High“-Phase des Taktes c gewechselt wird. Wie verhält sich der Ausgang? Nutze dazu die nachfolgende Schaltung:
Während der Taktphase c = 1 (d.h. während einem Zeitintervall) ist jede Änderung am Eingang d sofort am Ausgang wirksam. Besser wäre es, den Eingangswert nur zu einem definierten Zeitpunkt zu übernehmen, nämlich genau dann, wenn eine Taktflanke kommt.
Aufgabe 4
Versuche mit zwei D-Flip-Flops eine Schaltung mit der gewünschten Funktionalität zu konzipieren.
Schalte zwei D-Flip-Flops in Reihe...
