Zeitverhalten von Schaltungen

[Timo N. (feal)]

Hallo Leute.

Ich studiere BWL mit Informatik und wir haben einen etwas älteren Prof 
in einem Fach. Es ist für uns alle sehr sehr schwer das ganze was er 
verlangt zu verstehen.

Es geht bei meinem Problem um das Zeitverhalten von Schaltungen.

Ich habe zwar die Lösung zu einer Aufgabe, leider ist die Übungsstunde 
so lange her, dass ich nicht mehr nachvollziehen kann wie auf die Lösung 
zu kommen ist.

Aufgabenstellung:

Zeichnen Sie das Verhalten der nachstehenden Schaltungen auf die 
angegebenen Eingangssignale in die jeweiligen Zeitdiagramme für 
Zwischen- und Ausgangssignale ein.

Gatter und Inverter haben einer Durchlaufzeit von einer Zeiteinheit, 
D-Flipflops von Taktflanke zum Ausgang von zwei Einheiten.

Auf den Zeitachsen entspricht eine Teilung dieser Zeiteinheit.

Die Lösung findet ihr im Anhang

Es wäre sehr nett, wenn ihr mir wenigstens einen Ansatz für die Lösung 
liefern könntet. Ich werde im Internet leider nicht fündig. Im Skript 
steht auch nichts hilfreiches.

Sollte ich hier im Forum absolut falsch gelandet sein, dürft Ihr diesen 
Post natürlich gerne wieder löschen.

MfG

[Kuzus (Gast)]

Wenn die Funktion von Gatter, Inverter und Flipflop bekannt sind 
verstehe ich dein Problem nicht. Wo liegt es denn genau?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Timo Nauerz schrieb:
> Aufgabenstellung:
>
> Zeichnen Sie das Verhalten der nachstehenden Schaltungen auf die
> angegebenen Eingangssignale in die jeweiligen Zeitdiagramme für
> Zwischen- und Ausgangssignale ein.
>
> Gatter und Inverter haben einer Durchlaufzeit von einer Zeiteinheit,
> D-Flipflops von Taktflanke zum Ausgang von zwei Einheiten.
>
> Auf den Zeitachsen entspricht eine Teilung dieser Zeiteinheit.
Ok. Du mußt also schon mal die einzelnen Teile erkennen und kennen.
Und dazu läufst du die Funktion mal ohne Zeitverzögerung durch.

Wenn das geklappt hat, dann spielst du "Signal" und fängst vorne an. 
Immer wenn du an eine Funktion (Nicht, Und, FF) kommst, dann berechnest 
du den neuen Wert aus dem eingangswert dieser Funktion, und verzögerst 
das Ausgangssignal dann um den angegebenen Wert.

Nehmen wir die Aufgabe a)
Hier kommst du aus eine (angenommen statischen) Zustand mit x=0. Daraus 
ergibt sich i=1 und damit y=0.
Und jetzt kommt eine Pegeländerung an x. Jetzt gibt es 2 Pfade:
1. Diese Pegeländerung kommt sofort am einen Eingang vom Und-Gatter an. 
Dort findest du also jetzt x=1 und (immer noch) i=1. Damit ergäbe sich 
ein Wert von y=1. Bevor dieser Wert an y erscheint, muß er aber um 1 
Zeiteinheit verzögert werden.
2. Gleichzeitig ändert sich der Pegel am Nicht-Gatter auf 1. Der nächste 
Zustand von i wird also 0 sein.

Eine Zeiteinheit später passiert folgendes:
1. Die vorher brerchnete 1 kommt am Und-Gatter-Ausgang y an.
2. Die 0 hat das Nicht-Gatter durchlaufen und kommt am Und-Gatter an.
Damit liegen jetzt am Und-Gatter ein x=1 und ein i=0 an. Damit ergibt 
sich ein Wert y=0, der aber erst mal wieder um 1 Zeiteinheit verzögert 
werden wird.

Damit passiert wieder 1 Zeiteinheit später das:
1. Die 0 hat das Und-Gatter durchlaufen und kommt am Ausgang y an.

Es ist wieder ein statischer Zustand erreicht, alle Pegeländerung haben 
alle Verzögerungen durchlaufen.

Das Fazit ist also: Teile und Herrsche.

[Timo N. (feal)]

Hallo.

Danke für die Antwort Lothar. Ich habe den Aufgabentyp a) verstanden und 
musste feststellen, dass es ein extrem einfaches Beispiel ist.

Problematisch bei der 2. Aufgabe ist jedoch, dass ich die Schaltung 
nicht richtig verstehe - also die Funktionsweise. Wie ein UND-Gatter 
funktioniert ist mir klar, aber wie genau dieses D-FF arbeitet und das 
Zusammenspiel stattfindet ist mir unklar.

Im Skript steht lediglich, dass ein FF eine bitstabile Kippstufe ist, 
also der Ausgangswert solange erhalten bleibt bis über Eingänge eine 
Wertänderung erzwungen wird. Wie genau und was geschehen muss, damit 
sich etwas ändert wird allerdings nicht näher erläutert.

Ich glaube ich weiß, wie man auf den Wert von Nicht-Q (Ausgang) kommt:

Ein Versuch...

Q ist ja abhängig vom Wert des Taktes und des Wertes von x (Sorry für 
schlechte Terminologie). Ausserdem ändert sich der Ausgang nur bei einer 
Aktiven (0->1) Taktflanke, korrekt?

Das heisst nach der Zeiteinheit 4 sind beide Werte (x,T) 1 und das 
UND-Gatter schaltet auf 1. Da der Ausgang quasi das Ergebnis invertiert 
ist der neue Ausgangswert aber 0. Dies geschieht (gruene Linie) wie in 
der Aufgabenstellung angegeben aber erst nach 2 ZE. Das gleiche Spiel 
bei der nächsten steigenden Taktflanke.

Wie sich "D" - also der Dateneingang ändert (3. Takt/Zeit-Achse) ist mir 
noch unklar. Hoffe ich erhalte weitere Denkanstöße.

Danke vielmals!

Lg,

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Timo Nauerz schrieb:
> Im Skript steht lediglich, dass ein FF eine bitstabile Kippstufe ist,
> also der Ausgangswert solange erhalten bleibt bis über Eingänge eine
> Wertänderung erzwungen wird. Wie genau und was geschehen muss, damit
> sich etwas ändert wird allerdings nicht näher erläutert.
Du kannst dir ja ohne weiteres Informationen zum Thema aus anderen 
Quellen beschaffen. Vielleicht will dich das der "alte" Prof. ja auch 
lehren...

> Ein Versuch...
Nicht schlecht, aber wie gesagt: Teile und Herrsche.

> Q ist ja abhängig vom Wert des Taktes und des Wertes von x (Sorry für
> schlechte Terminologie).
Du meinst das Richtige, solltest die Arbeit aber auf zwei Aussagen 
aufteilen, dann wird das viel einfacher:
1) Q ist nur abhängig vom x.
2) Q kann sich nur wegen einer positiven Taktflanke ändern.

> Wie sich "D" - also der Dateneingang ändert (3. Takt/Zeit-Achse) ist mir
> noch unklar.
D ändert sich nur, weil sich eines der Signale am Und-Gatter ändert. 
Hier das Eingangssignal x. Das wird sich auch ändern, wenn sich /Q 
ändert, weil dieses Signal ja auch auf das Und-Gatter geht...

Du mußt also ganz einfach den Wert D berechnen, und dann nach einer 
steigenden Taktflanke um 2 Zeiteinheiten verzögert an Q ausgeben.