Flipflops für Dummies – Teil 3

Wem die Brick’R’knowledge Blog Post Serie „für Dummies“ bisher gefallen hat, ist hier genau richtig! Ich schreibe heute (wie immer) als blutige Anfängerin, dieses Mal aber zum Thema RS-Flipflops, D-Flipflops und JK-Flipflops. Da das Thema Logik doch ein wenig komplexer ist, empfehle ich, zuerst die vorherigen Logik Blog Posts zu lesen, welche die Grundgatter beschreiben und eine allgemeine Erklärung der Flipflops geben.

„Definiert“ – Das D-Flipflop

Das D-Flipflop besteht aus einem RS-Flipflop, bei dem der Rücksetzeingang über einen Inverter mit dem Setzeingang verbunden wird.  Wenn du den Blogpost Flipflop für Dummies – Teil 2 gelesen hast, weißt du schon, was das bedeutet: Es tritt kein undefinierter Zustand ein. Wir haben schon gelernt, dass ein undefinierter Zustand unpraktisch ist, denn die bildliche „Wippe“ weiß nicht, auf welche Seite sie kippen soll: deshalb entscheidet der Zufall, ob das rechte Ende oben oder unten ist. Ein D-Flipflop gibt es als taktzustandsgesteuertes und als auch als taktflankengesteuertes Flipflop. Der Brick im Logic Set ist ein taktflankengesteuertes Flipflop, hier das Schaltzeichen (Beachte, dass unser D-Flipflop Brick keinen /Q Ausgang hat):

Ist doch logisch – die Wahrheitstabelle

Wie auch beim RS-Flipflop können wir das Verhalten eines D-Flipflops anhand einer sogenannten Wahrheitstabelle übersichtlich darstellen. Übertragen auf eine Brick Schaltung steht in der Wahrheitstabelle eine 1 am Daten-Eingang D für das Betätigen des Tasters, die Verbindung wird also geschlossen. Beim Ausgang Q steht eine 1 für das Aufleuchten der LED. Dementsprechend steht die 0 beim Daten-Eingang D für die nicht Betätigung des Tasters und bei dem Ausgang Q leuchtet die LED bei einer 0 in der Wahrheitstabelle nicht.  Nun kommen wir noch zum Takt-Eingang C, der unserem Flipflop den Namen „taktflankengesteuert“ gibt. Wenn der Zustand am C-Eingang von 0 auf 1 wechselt, kann eine Änderung am Ausgang Q passieren, wenn der Zustand am C-Eingang aber von 1 auf 0 wechselt (man also den Taster loslässt), wird sich am Ausgang Q nichts ändern, unabhängig davon, ob am D-Eingang eine 1 oder 0 anliegt.

Umgekehrt bedeutet das: Egal, was gerade am D-Eingang anliegt, ob ich den Taster 30 Mal drücke oder nicht: Solange keine Änderung von 0 auf 1 am C-Eingang stattfindet, ändert sich überhaupt nichts. Außer einem Taster am C-Eingang kannst du natürlich auch einen Taktgeber machen, dieser ist nichts anderes, als ein virtueller Finger, der in bestimmten Zeitabständen den Taster drückt. Er gibt also in gleichen Abständen eine 1 oder 0 aus. Wie oft das zum Beispiel pro Minute passiert, wird in Hertz gemessen. In der Wahrheitstabelle sind zusätzlich optionale Eingänge S und R, sowie der Ausgang /Q eingetragen. Da unser Brick diese nicht besitzt, lassen wir sie für den Moment weg. Um die Wahrheitstabelle direkt nachstellen zu können, baue am besten die folgende Brick Schaltung auf:

Nächstes Mal werden die Wahrheitstabelle in Ruhe durchgehen und uns auch einen D-Flipflop mit asynchronem Set- und Reset Eingang ansehen.