1. ungetaktete Flipflop / Signalspeicher

1. Allgemeines
2. RS-Kippglied

1.1 Allgemeines

Bistabile Kippstufen haben grundsätzlich zwei (bi = zwei) stabile Zustände, einen Setzzustand und einen Rücksetzzustand.

Bild 1.1: Allgemeines Schaltzeichen eines Bistabilen Kippgliedes:
 

Setzzustand S Rücksetzzustand R

Speicherausgang Q  Speicherausgang

Laut Festlegung befindet sich das Flipflop im Setzzustand, wenn am Ausgang Q 1-Signal und am komplementären Ausgang  0-Signal liegt. Es befindet sich dagegen im Rücksetzzustand, wenn am Ausgang Q 0-Signal und am Ausgang  1-Signal liegt.

Über den Setzeingang S (abgeleitet von set = setzen) kann der Speicher durch ein entsprechendes Signal in den Setzzustand gebracht werden. Man bezeichnet diesen Vorgang als "Setzen" eines Speichers. Der Setzzustand bleibt auch dann weiter erhalten, wenn das Setzsignal nicht weiter vorhanden ist. Weitere Signale am Setzeingang sind wirkungslos, da dieser Eingang "verriegelt" wird. In den Rücksetzzustand kann das Bistabile Kippglied nur noch durch ein entsprechendes Signal am Rücksetzeingang R (abgeleitet von reset = rücksetzen) gebracht werden. Dieser Vorgang wird als "Rücksetzen" eines Speichers bezeichnet. Auch der Rücksetzzustand bleibt erhalten, wenn das Rücksetzsignal nicht mehr vorhanden ist.

In der Signalverarbeitung werden mehrere verschiedene Ausführungen von Signalspeichern eingesetzt. Sie unterscheiden sich jedoch im wesentlichen nur durch die Art der Ansteuerung und der Auslösung des Kippvorganges von dem einen stabilen Zustand in den anderen stabilen Zustand. Jede dieser verschiedenen Ausführungen von Speichern hat seine speziellen Einsatz- und Aufgabengebiete.

Ein Bistabiles Kippglied kann nur ein einzelnes Signal speichern. Man bezeichnet den Informationsgehalt eines solchen Signals als 1 bit. Mit einem Flipflop kann daher der Informationsgehalt 1 bit gespeichert werden.

1.2 RS-Kippglied

Das einfachste Element zur Speicherung eines logischen Signals ist das RS-Kippglied. Es besitzt mindestens zwei Eingänge, und zwar den Setzeingang S und einen Rücksetzeingang R. Der R-Eingang und der S-Eingang reagieren genauso wie logische Schaltungen auf die anliegenden Spannungspotentiale. Vorhanden sind weiterhin mindestens ein Speicherausgang Q, oft auch noch der zugehörige komplementäre Ausgang .

In der Praxis ist vielfach auch eine einfache Abwandlung des RS-Kippgliedes zu finden, das -Kippglied. Schon aus der Bezeichnung ist zu erkennen, daß es sich dabei um ein RS-Kippglied mit negierten Eingängen handelt.

Bild 1.2: Schaltzeichen für das RS-Kippglied: 

Bild 1.3: Schaltzeichen für das -Kippglied: 

Das logische Verhalten des RS-Kippgliedes läßt sich in anschaulicher Weise im Signal-Zeit-Plan darstellen. Bild 1.4:

* entspricht 0 oder 1 ; gestrichelte Linien zeigen verbotene Kombination

Eingetragen sind in Bild 1.4 alle denkbar möglichen Fälle. Als Besonderheit ist hier die Wertekombination S = 1 und R = 1 zu beachten. Sie darf einerseits aus logischen Gründen nicht auftreten, weil gleichzeitige Befehle "Setzen" und "Rücksetzen" widersprüchlich sind. Anderseits ist die Eingangskombination S = 1 und R = 1 aber auch aus schaltungstechnischen Gründen verboten, weil in Abhängigkeit vom Aufbau des RS-Kippgliedes am Ausgang der Zustand Q = 0 oder 1 auftreten kann Weiterhin tritt ebenfalls aus schaltungstechnischen Gründen ein unbestimmter Zustand ein, wenn unmittelbar nach S = 1 und R = 1 die Wertekombination S = 0 und R = 0 folgt. Das RS-Flipflop wird zwar dann in einen der beiden möglichen Zustände kippen; ob es aber der Setz- oder Rücksetzzustand ist, hängt im wesentlichen nur von zufälligen Schaltungsunsymmetrien ab, nicht aber von den Eingangsbedingungen. Aus diesen Gründen ist beim RS-Kippglied die Wertekombination der Eingangsvariablen S = 1 und R = 1 verboten.

Bild 1.5: Signal-Zeit-Plan für das RS-Kippglied und das -Kippglied:
  In Bild 1.5 sind nun die Signal-Zeit-Pläne für das RS-Kippglied und das -Kippglied in vereinfachter Form dargestellt. Fortgelassen sind jeweils die verbotene Wertekombinationen für die Eingangssignale, beim RS-Kippglied die Kombination  = 1 und  = 1, beim -Kippglied die Kombination R = 0 und S = 0. In dem Diagramm für das -Kippglied ist deutlich zu erkennen, daß das Setzen und Rücksetzen des Speichers jeweils mit 0-Signal erfolgt.

Das logische Verhalten des RS-Kippgliedes läßt sich aber auch wie bei den Logischen Schaltungen in Form einer Wahrheitstabelle angeben. Berücksichtigt werden muß hier jedoch, daß wegen der Speicherwirkung bei einer bestimmten Wertekombination der Eingangsspannungen auch noch der vorhergehende Zustand des Speichers einen Einfluß hat. Man muß in diesem Fall zwei verschiedene Zeitpunkte betrachten. Sie müssen so ausgewählt sein, daß zwischen ihnen alle Schalt-, Kipp- und Übertragungsvorgänge abgeschlossen sind.

In den üblichen Wahrheitstabellen für Speicher werden die logischen Zusammenhänge allgemeingültiger angegeben.

In der Wahrheitstabelle nach Bild 1.7 sind die Zeiten t2 und t4 zusammengefaßt. Die Angabe Qtn bedeutet hier, daß keinen Änderung auftritt, also der jeweils vorliegende Zustand erhalten bleibt.
In gleicher Weise kann dann die Wahrheitstabelle für das RS-Kippglied angegeben werden: Bild 1.8