Das R-S-Master-Slave-Flip-Flop

Das Master-Slave-Prinzip:

Es geht bei diesem Prinzip darum, die Wirkung der Eingänge auf den Ausgang zeitlich zu trennen:
Zur einen Zeitphase sollen die Eingänge offen sein und deren Schalt-Informationen zwischengespeichert werden (im Master-FF), aber der Ausgang soll noch den alten Zustand beibehalten.
Erst in der zweiten Zeitphase soll die Information am Ausgang (im Slave-FF) ankommen, dafür sollen aber die Eingang sperrt sein.

Mit der folgenden Schaltung (zweizustandgesteuertes Flip-Flop), die zwei "gegentakt-gesteuerte" Auffang-Flip-Flops enthält, wird dieses Prinzip verwirklicht:

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Das Master-Flip-Flop hat die Eingänge h01 (Setzen) und h10 (Rücksetzen), sowie den Takteingang.

Während C=0 ist das Master-Flip-Flop gesperrt und kann keine Informationen aufnehmen.

Die Eingänge des Slave-Flip-Flop sind direkt mit den Ausgängen des Masters verbunden. Der Takteingang ist mit dem invertierten Taktsignal verbunden. Das Slave-FF ist während C=0 offen, wird in diesem Fall rückgesetzt (unterer Rücksetzteingang = 1 (rot), oberer Setzeingang =0), am Ausgang ergibt sich Q=0.


So kann man das FF setzen:


Phase 1: Setzen des Master-Flip-Flops

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Der Eingang h01 wird auf 1 gelegt. Wenn der Takt C auf 1 wechselt, wird das Master-Flip-Flop gesetzt. Allerdings ist jetzt das Slave-Flip-Flop wegen des invertierten Taktsignals gesperrt, bleibt also noch rückgesetzt.


Phase 2: Setzen des Slave-Flip-Flops

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Der Takt wechselt von 1 auf 0. Das Master-Flip-Flop ist wieder gesperrt, das Slave-Flip-Flop wird geöffnet. Die Ausgänge des Master lösen beim Slave die Funktion Setzen aus, der Ausgang Q wird 1.

 

 

Aufgaben

1. Überlegen Sie, wie die Rücksetz-Funktion des Master-Slave-Flip-Flops zeitlich abläuft.

2. Lernen Sie die Schaltung auswendig.

3. Holen Sie aus dem Schrank zwei Auffang-Flip-Flop-Bausteine und bauen Sie das Master-Slave-Flip-Flop auf. Testen Sie die Setz- und Rücksetz-Funktionen und erklären Sie die Funktionsweise Ihrer Mitschülerin genau.

4. Mit dem bekannten Applet können Sie das Zweizustandsgesteuerte Flip-Flop untersuchen.    img30.gif

Dabei wird automatisch ein Zeitdiagramm erstellt. Hier ein Beispiel:

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Die Zeit läuft von links nach rechts. Zuerst wird h01 auf 1 gesetzt. Wenn C=1 wird, wird das Master-Flip-Flop M gesetzt. Wechselt C auf 0, dann wird das Slave-Flip-Flop S gesetzt, was Q=1 bedeutet.

Analysieren Sie den Rest dieses Zeitdiagramms. "Spielen" Sie ein bisschen mit dem Applet und versuchen Sie viel zu verstehen!

5. Tüftelaufgabe: Entwickeln Sie ein Flip-Flop, das mit jedem ganzen Takt seinen Zustand wechselt (andere Namen dafür: Toggle-Flip-Flop, Frequenzteiler)