2. Getaktete Flipflops

1. Unterschied zum ungetakteten Flipflop
2. Getaktete RS-Flipflop
3. Getaktete JK-Flipflop
4. Arten der Taktsteuerung
5. Sonderformen von JK-Flipflops
6. D-Flipflop
7. T-Flipflop
8. Betriebsdaten von Flipflop

2.1. Unterschied zum ungetakteten Flipflop

Bei vielen Anwendungen ist es aber besser, daß nur zu bestimmten, genau einstellbaren Zeitpunkten die Eingangssignale verarbeitet werden. Diese Zeitpunkte werden über einen dritten Eingang in Form eines Taktsignals übergeben. Die Flipflops, die einen Takt (engl. clock) benötigen werden als getaktete Flipflops (engl. gated latch) bezeichnet. Da bei ihnen alle Zustandsänderungen synchron mit dem Takt ablaufen, werden sie auch als synchrone Flipflops bezeichnet.

Ihr Vorteil ist, daß man mit ihnen z. B. mit nur einem Eingang sowohl ein 0- als auch ein 1-Signal speichern kann oder durch einen Impuls einen Wechsel des Ausgangssignals erreicht. Dies ist mit ungetakteten Flipflops nicht möglich.

2.2. Getaktete RS-Flipflop

2.3. Getaktete JK-Flipflop

Er ist das universellste Flipflop und deshalb sehr wichtig, da man daraus die verschiedensten Flipfloparten bauen und ableiten kann. Er ist eine Weiterführung des RS-Flipflops. Das RS-Flipflop hat einen irregulären Zustand, wenn beide Eingänge den Wert 1 besitzen. Beim JK-Flipflop hat man diesen Zustand mit einer vierten Funktion belegt, dem Kippen bei jedem Taktsignal, wenn an beiden Eingängen 1-Signal anliegt. Unter dem Kippen (engl. toggle) des Ausgangssignals versteht man einen Wechsel des Signals, entweder von 0 auf 1 oder von 1 auf 0. Die Eingänge werden zur Unterscheidung nicht als R und S bezeichnet, sondern als J und K (engl. jump für setzen, kill für rücksetzen). Doch der einzustandgesteuerte JK-Flipflop ist noch nicht zufriedenstellend, weil er bei J=K=1 noch nicht seine eigentliche Funktion erfüllt. Denn in diesem Fall kippt er während des ganzen Taktimpulses immer zwischen 1 und 0 hin und her, so daß er beim Ende des Taktsignals einen unbestimmten Wert hat. Deshalb braucht man für den JK-Flipflop eine andere Taktsteuerung.

taktzustandgesteuertes JK-Flipflop

vollständige Analysetabelle J K Q Q+ 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0

verkürzte Analysetabelle J K Q+ 0 0 Q 0 1 0 1 0 1 1 1

dynamische Analysetabelle Q Q+ J K 0 0 0 X 0 1 1 X 1 0 X 1 1 1 X 0

2.4. Arten der Taktsteuerung

2.4.1 EinzustandgesteuertesFlipflop

2.4.2 EinflankengesteuertesFlipflop

Diese beiden Wechsel nennt man auch Flanken. Es gibt vorderflankengesteuerte Flipflops, die auf die 0/1-Flanken (= ansteigende oder positive Flanken) reagieren und rückflankengesteuerte Flipflops, die auf die 1/0-Flanken (= abfallende oder negative Flanken) reagieren, die Letzteren werden mit einem invertierten Eingang C gekennzeichnet (Kreis). Die Flanke, bei der die Steuereingänge ausgewertet werden wird auch als aktive Flanke bezeichnet.
Diese Flipflops sind gegen Störimpulse geschützt, sofern diese nicht gleichzeitig mit der Taktflanke eintreffen.

2.4.3 ZweizustandgesteuertesFlipflop

Die Eingangszustände werden während des einen Taktsignals aufgenommen und erst beim nächsten Taktsignal ausgegeben.
Die Ausgänge werden hier retardierte Ausgänge (lat. retardare = verzögern) genannt, da die Eingangszustände um die Dauer des Taktimpulses verzögert werden. Sie werden durch die zwei Linien in Eckform dargestellt.
Solche Flipflops werden durch die Master-Slave-Schaltung von zwei einzustandgesteuerten Flipflops realisiert.

2.4.4 Zweiflankengesteuertes Flipflop

Die Eingangszustände werden während der einen Taktflanke aufgenommen und erst bei der nächsten Taktflanke ausgegeben.

Die Ausgänge werden hier retardierte Ausgänge genannt, da hier die Eingangszustände besonders verzögert werden. Sie werden durch die zwei Linien in Eckform dargestellt.
Solche Flipflops werden durch die Master-Slave-Schaltung von zwei einflankengesteuerten Flipflops realisiert.

2.5. Sonderformen von JK-Flipflops

Viele JK-Flipflops haben neben den Eingängen J, K und C noch spezielle Eingänge zum Setzen und Rücksetzen. Durch und kann der Flipflop auch unabhängig vom Takt, also asynchron, gesteuert werden, wie ein höhere-Flipflop. Dabei sind diese beiden Eingänge unabhängig von den anderen und haben Priorität. Um einen solchen Flipflop als normalen JK-Flipflop zu benutzen, muß man die beiden unbenutzten Eingänge und mit einem 1-Signal versorgen.

Manchmal haben JK-Flipflops auch mehrere J- und K-Eingänge. Die Eingänge sind dann über UND-Gatter miteinander verknüpft. Zusätzlich besitzen diese Flipflops auch spezielle Eingänge zum Setzen und Rücksetzen. Unbenutzte J- und K-Eingänge müssen hier mit einem 1-Signal versorgt werden.

2.6. D-Flipflop

D Q+ 0 0 1 1

Das Signal am Daten-Eingang D (engl. data) wird gespeichert, wenn ein Taktsignal gegeben wird. Man kann dieses Flipflop aus einem RS-Flipflop oder einem JK-Flipflop aufbauen, indem den Rücksetzeingang zum Setzeingang negiert. Dadurch gibt es auch keinen irregulären Zustand mehr. Die D-Flipflops sind die Grundelemente für statische Schreib-Lese-Speicher.

2.7. T-Flipflop

T Q+ 0 Q 1

Um einen T-Flipflop zu erhalten muß man nur die Eingänge J und K eines JK-Flipflop zusammenschließen.
Der T-Eingang kann auch weggelassen werden, dann wird der Takteingang T genannt und der Wechsel findet bei jedem Taktsignal statt.
Der zweiflankengesteuerte T-Flipflop eignet sich als Frequenzteiler.

2.8. Betriebsdaten von Flipflop

Es wird z. B. angegeben in welchem Betriebsspannungsbereich der Flipflop funktioniert.
Die Eingangsspannung gibt an, in welchem Spannungsbereich das 0- bzw. 1-Signal noch als solches erkannt wird.
Die Schaltverzögerung (t_z) gibt die Zeit an, von der Taktwirkung an gemessen, die der Flipflop braucht um von 1 auf 0 zu setzen (erster Wert) und von 0 auf 1 (zweiter Wert).
Die Arbeitsfrequenz (f) gibt die maximale zulässige Frequenz an.
Die Ausgangsspannung gibt die Spannungsbereiche der 0- und 1-Signale am Ausgang an.

Familie

Art

Betriebs- spannung Ub in V

Ia in mA

Pzu in mW

Eingangs- spannung Ue in V

tz

f in MHz

Ausgangs- spannung Ua in V

Temperatur- bereich in oC

TTL

Jk-FF pfl, tuS, R

min 4,7

N 5

max 8

14

70

min H 1,8

max L 0.85

20/12

20

min H 2,4

max L 0,45

0 bis 75