DE1512356B2

DE1512356B2 - Auf Taktimpulse ansprechende multistabile Schaltungsanordnung (JK-FIIp-Flop)

Info

Publication number: DE1512356B2
Application number: DE1512356A
Authority: DE
Inventors: Nicolaas Cornelis De Eindhoven Troye (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1966-04-27
Filing date: 1967-04-25
Publication date: 1975-04-10
Also published as: CH462244A; DE1512356C3; NL6605606A; GB1140620A; US3535544A; SE328330B; BE697717A; DE1512356A1; AT264880B

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine auf Taktimpulse ansprechende multistabile Schaltungsanordnung mit zwei Eingangsklemmen zum Empfangen zweier bivalenter Eingangssignale und einer Ausgangsklemme zum Liefern eines gleichfalls bivalenten Ausgangssignals, in der Weise, daß beim Empfang eines Taktimpulses:

a) das Ausgangssignal sich nicht ändert, wenn die Eingangssignale beide den Wert O aufweisen;

b) das Ausgangssignal den Wert eines der beiden Eingangssignale annimmt, wenn diese Eingangssignale verschiedene Werte haben;

c) das Ausgangssignal einen anderen Wert annimmt, wenn die Eingangssignale beide den Wert 1 aufweisen;

welche Schaltungsanordnung vier Stufen enthält, die aus je zwei NANDs aufgebaut sind, wobei die NANDs der letzten Stufe das Ausgangssignal in der affirmativen und in der negierten Form liefern, während die NANDs der ersten Stufe die Taktimpulse, die Eingangssignale und kreuzweise rückgekoppelte Ausgangssignale von weiteren Stufen empfangen und die NANDs der zweiten und der vierten Stufe kreuzweise rückgekoppelt sind.

Schaltungsanordnungen, die die oben beschriebene Funktion erfüllen, sind von Montgomery Phister jr. mit JK-FIip-Flops bezeichnet (s. sein Buch »Logical Design of Digital Computers«, Verleger John Wiley and Sons, New York, London). Bekannte Schaltungsanordnungen mit der obenerwähnten Funktion werden von einem Zweiphasentaktimpulszyklus gesteuert. Die Erfindung bezweckt, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die von einem Einphasentaktimpulszyklus gesteuert werden kann. Dies ergibt folgende Vorteile:

1. Die Schaltungsanordnung arbeitet schneller;

2. die Taktimpulse erzeugenden Kreise können einfacher aufgebaut sein, was insbesondere für kleinere Anlagen vorteilhaft sein kann;

3. die Schaltungsanordnung hat einen Eingang weniger, was insbesondere bei einer Mikrominiaturausführung der Schaltungsanordnung vorteilhaft ist.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erzielt, daß jeder Ausgang der beiden NANDs der ersten Stufe mit je einem Eingang jedes der beiden NANDs der dritten Stufe verbunden ist.

Aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung geht hervor, daß die Schaltungsanordnung nach der Erfindung keine natürliche Neigung zur Selbsterregung hat und stets auf eine eindeutig bestimmte Weise auf ihre Eingangssignale anspricht. Bei verschiedenen, bereits bekannten Schaltungsanordnungen der erwähnten Art läßt sich dies nur mit Hilfe von bisweilen schwer zu erfüllenden zusätzlichen Bedingungen der Taktimpulse erzielen.

Unter einer NAND-Schaltung (nachstehend kurz mit NAND bezeichnet) ist hier eine Schaltung mit mindestens zwei Eingängen zum Empfangen bivalenter Eingangssignale und einem Ausgang zum Liefern eines bivalenten Ausgangssignals zu verstehen, weiche Schaltung ein Ausgangssignal vom Wert O liefert, wenn sämtliche Eingangssignale den Wert 1 haben, während die Schaltung ein Ausgangssignal vom Wert 1 liefert, wenn mindestens eines der Eingangssignale den Wert O aufweist. Wenn die Eingangssignale durch x,y, z,... dargestellt sind, kann das Ausgangssignal Boole-algebraisch durch

x-y z· ·· = χV νVζ V ...

dargestellt werden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und 2 die Schaltbilder zweier Beispiele der Erfindung,

Fig. 3,4, 5 und 6 vier Tabellen zur Erläuterung insbesondere der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform besteht aus acht NANDs /V₁, /V₂ bis /V₈, die auf die dargestellte Weise geschaltet sind. Die NANDs /V₃ und /V₄ der zweiten Stufe der Schaltungsanordnung sind, gleich wie die NANDs /V₇ und /V₈ der vierten Stufe, kreuzweise rückgekoppelt. Die letzteren NANDs liefern das Ausgangssignal sowohl in der affirmativen Form Q als auch in der negierten Form J2- Diese NANDs sind außerdem kreuzweise auf die Eirigangsseiten der NANDs /V₁ und /V., der ersten Stufe rückgekoppelt. Jedes der letzteren NANDs empfängt überdies die Taktimpulse Cp, während das NAND /V₁ noch das Eingangssignal / und das NAND /V₂ das Eingangssignal K empfängt. Die Erfindung besteht darin, daß der Ausgang der NAND-Schaltung /V₂ mit einem Eingang jedes der NANDs /V₅ und /V_n der dritten Stufe verbunden ist.

Die Schaltungsanordnung der Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 darin, daß die Kreuzrückkopplung zwischen den NANDs /V_R und /V₁ durch eine Kreuzrückkopplung zwischen den NANDs /V₁ und /V., ersetzt ist.

3 4

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach nung sich anfänglich im Gleichgewichtszustand 5 be-

F i g. 1 kann am einfachsten an Hand der in den findet und in diesem Zustand einen Taktimpuls emp-

Fig. 3, 4, 5 und 6 dargestellten Tabellen erläutert fängt (der Wert von C_n geht von 0 in 1 über). Dies

werden. hat zur Folge, daß das NAND N₁ nicht mehr im

Die Tabelle der Fig. 3 gibt sämtliche 16 Gleich- 5 Gleichgewicht ist (in der Tabelle der Fig. 4 mit

gewichtszustände der Schaltungsanordnung an. Es einem Sternchen angedeutet) und der Wert seines

stellt sich heraus, daß sich die Schaltungsanordnung Ausgangssignals von 1 in 0 übergeht. In diesem Zu-

bei jeder möglichen Kombination von Werten der stand (Zeile α der Tabelle) sind jedoch die NANDs

Signale C₁,, J, K und Q im Gleichgewichtszustand N₃ und N₈ nicht mehr im Gleichgewicht. Vorläufig

befinden kann; insgesamt gibt es also2⁴ = 16 Gleich- io wird angenommen, daß diese NANDs genau mit der

gewichtszustände. gleichen Geschwindigkeit arbeiten und daß die Werte

Die Schaltungsanordnung ist im Gleichgewicht, der Ausgangssignale dieser beiden NANDs gleichwenn jedes NAND das von seinen Eingangssignalen zeitig von 0 in 1 übergehen. In diesem Zustand ist vorgeschriebene Ausgangssignal liefert. Für das das NAND N₄ nicht mehr im Gleichgewicht, wo-NAND N₁ ist dies das Signal N₁ = C_n V 7 V Q (ein 15 durch der Wert seines Ausgangssignals von 1 in 0 NAND und das von ihm gelieferte Signal sind stets übergeht. Die Schaltungsanordnung ist dadurch in mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet), d. h., den Gleichgewichtszustand 13 übergegangen,
daß das NAND N₁ ein Ausgangssignal mit dem Wenn in diesem Gleichgewichtszustand der Takt-Wert 1 liefert, wenn eines oder mehrere der Signale impuls wieder wegfällt (der Wert von C_p geht von C₁,, J oder 5 den Wert 0 haben, und es liefert ein 20 1 in 0 über), geht die Schaltungsanordnung über eine Ausgangssignal mit dem Wert 0, wenn die Signale Anzahl von Zwischenzuständen, in denen nachein- C₁₁, J und U alle den Wert 1 haben. Das NAND N₂ ander die NANDs N₁₁N₅, N₇ und N₈ nicht im Gleichliefert das Ausgangssignal C_nyK\l~Q, d.h., daß das gewicht sind, in den Gleichgewichtszustand 6 über. NAND N₂ ein Ausgangssignal mit dem Wert 1 liefert, Dies ist deutlich aus der Tabelle ersichtlich,
wenn eines oder mehrere der Signale C₁,, K oder Q 25 Der Übergang 7-»■ 15^-8 ist gleichfalls in der den Wert 0 haben, und es liefert ein Ausgangssignal Tabelle angegeben und der betreffende Teil der Tamit dem Wert 0, wenn die Signale C₁,, K und Q alle belle muß auf entsprechende Weise interpretiert werden Wert 1 haben. Etwas ähnliches trifft für die den.

übrigen NANDs zu. Der Übersichtlichkeit halber und Im Zusammenhang mit der vollständigen Sym-

zur Erleichterung der Kontrolle gibt die Tabelle für 30 metrie der Schaltungsanordnung in bezug auf die

jedes NAND die Eingangssignale (C„ 7 und 5 für N₁; Signale / und K sind die Übergänge 2->-10-^2,

C„, K und Q für N₂ usw.) an. 3->ll->3, 4-»-12-»-3 und 8-»-16-»-7 nicht in

Aus der Tabelle der F i g. 3 ist ersichtlich, daß es die Tabelle aufgenommen.

vier Paare von Gleichgewichtszuständen gibt, näm- Aus der in F i g. 6 dargestellten Tabelle ist ersichtlich die Paare 1/9, 2/10, 3/11 und 6/14, die sich nur 35 Hch, daß es nicht erforderlich ist, daß die NANDs in dem Wert des Signals C₁, (dem Vorhandensein N₅ und N„ der dritten Stufe genau mit der gleichen oder Fehlen eines Taktimpulses) voneinander unter- Geschwindigkeit wie die NANDs N₃ und N₄ der scheiden. Diese Gleichgewichtszustände können also zweiten Stufe arbeiten, weil die Schaltungsanordnung paarweise direkt ineinander übergehen. in den gleichen Endzustand gelangt, wenn die

Die Tabelle der F i g. 4 gibt an, was geschieht, 40 NANDs der dritten Stufe beide entweder viel schnel-

wenn die Schaltungsanordnung sich anfänglich in ler oder viel langsamer als die der zweiten Stufe

einem Gleichgewichtszustand befindet, für den arbeiten.

C_n — 0 (kein Taktimpuls vorhanden) und dann einen Es sei z. B. angenommen, daß die Schaltungs-

Taktimpuls empfängt (C₁, = 1), der nach einiger Zeit anordnung sich im Zwischenzustand α befindet und

wieder wegfällt (wiederum C₇, = 0). Aus obenstehen- 45 daß die NANDs N₅ und N₆ sehr viel langsamer als

dem geht hervor, daß dabei die Übergänge 1 -> 9 ->■1, die NANDs N₃ und N₄ arbeiten. Die Schaltungs-

2-^.10-^-2, 3 —i- 11 —>- 3 und 6-> 14-v 6 ohne wei- anordnung gelangt dann über die in Abteilung I an-

teres stattfinden. gegebenen Zwischenzustände in den Gleichgewichts-

Es stellt sich jedoch heraus, daß auch die Über- zustand 13. Wenn hingegen die NANDs N, und N„

gänge 4^- 12-> 3, 5—> 13->- 6, 7-> 15-> 8 und 50 sehr viel schneller als die NANDs N₃ und N₄ arbei-

8 -> 16-^-7 stattfinden können, aber dann alle über ten, gelangt die Schaltungsanordnung über die in

einige nichtstabile Zwischenzustände. Abteilung II angegebenen Zwischenzustände in den

Die Tabelle der Fig. 5 gibt eine Übersicht der Gleichgewichtszustand 13. Eine analoge Situation

möglichen Übergänge, wobei die ohne Zwischenzu- ergibt sich, wenn die Schaltungsanordnung sich im

stände stattfindenden Übergänge mit dem Buch- 55 Zustand b befindet.

stäben d (direkt) und die über Zwischenzustände Es zeigt sich somit, daß die Schaltungsanordnung

stattfindenden Übergänge mit dem Buchstaben/ (in- (wenn auch über vier verschiedene Zwischenzustände)

direkt) bezeichnet sind. Aus dieser Tabelle ist ersieht- stets den gleichen Endzustand erreicht, mit anderen

lieh, daß die Schaltungsanordnung tatsächlich die Worten, das Ansprechen der Schaltungsanordnung

oben definierte Funktion des y/C-Flip-Flops erfüllt. 60 ist eindeutig von den Eingangssignalen bestimmt.

Es sei z. B. angenommen, daß die Schaltungsanord-

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Auf Taktimpulse ansprechende multistabile Schaltungsanordnung mit zwei Eingangsklemmen zum Empfangen zweier bivalenter Eingangssignale und einer Ausgangsklemme zum Liefern eines gleichfalls bivalenten Ausgangssignals, in der Weise, daß beim Empfang eines Taktimpulses:

a) das Ausgangssignal sich nicht ändert, wenn die Eingangssignale beide den Wert O haben;

b) das Ausgangssignal den Wert eines der beiden Eingangssignale annimmt, wenn diese Signale verschiedene Werte haben;

c) das Ausgangssignal einen anderen Wert annimmt, wenn die Eingangssignale beide den Wert 1 haben;

welche Schaltungsanordnung vier Stufen enthält, die aus je zwei NANDs aufgebaut sind, wobei die NANDs der letzten Stufe das Ausgangssignal in der affirmativen und in der negierten Form liefern, während die NANDs der ersten Stufe die Taktimpulse, die Eingangssignale und kreuzweise rückgekoppelte Ausgangssignale von weiteren Stufen empfangen und die NANDs der zweiten und der vierten Stufe kreuzweise rückgekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ausgang der beiden NANDs der ersten Stufe mit je einem Eingang jedes der beiden NANDs der dritten Stufe verbunden ist.