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6 Schaltwerke und Automaten

In Verbindung mit der Flipflop-Behandlung wurde bereits gezeigt, daß Schaltwerke aus Verknüpfungsnetzen entstehen durch die Hinzunahme von Speichereigenschaften.

Die Logik eines Schaltwerkes wird durch die Verknüpfungsnetze realisiert, der Speichereffekt repräsentiert die Vorgeschichte des Schaltwerkbetriebs.

Typisches Beispiel eines Schaltwerkes ist der Modulo-4-Zähler (s.o.), bei dem unter Kenntnis des alten, gespeicherten Zählerstandes der neue Wert ermittelt wird. Durch die Eingangsimpulse wird dieses Ereignis jeweils nur ausgelöst.

Zur Realisierung der Speicherfähigkeit in einem Schaltwerk gibt es zwei Möglichkeiten:


Damit kann die bei der Behandlung der Flipflops eingeführte Darstellungsbasis erweitert werden:

Abb. 6.1: Asynchrones und Synchrones Schaltwerk

Schaltwerke mit direkten Rückkopplungen (ohne explizite Speicherelemente) werden als asynchrone Schaltwerke, Schaltwerke mit expliziten Flipflops bzw. Registern im Rückkopplungspfad als (takt)synchrone bezeichnet.

Für die Beschreibung der Abläufe in einem Schaltwerk und damit des unterschiedlichen Verhaltens der beiden Grundtypen kommt dem Begriff Zustand eine zentrale Bedeutung zu.

Der Zustand beschreibt das momentane Verhalten des Schaltwerkes. Dieser aktuelle Zustand ist die logische Folge aus allen vorherigen Zuständen des Schaltwerkes und der augenblicklichen externen Dateneingabe.

Er repräsentiert also für den nachfolgenden Zustand wiederum die gesamte Vorgeschichte des Schaltwerkes.

Zustände eines Schaltwerkes können von unterschiedlicher Dauer sein; man unterscheidet daher:


Asynchrone Schaltwerke sind in ihrer Beschreibung allgemeiner und komplexer als die synchronen. Das Erreichen eines stabilen Zustandes, das die Voraussetzung für eine erneute externe Eingabe sein sollte, hängt nur von den Abläufen innerhalb des Verknüpfungsnetzes ab. Diese werden nicht nur von den logischen Verknüpfungen bestimmt, sondern auch von ihrer zeitlichen Realisierung.

Beim Betrieb asynchroner Schaltwerke wird eine wichtige Grundregel über die Benutzung von Verknüpfungsnetzen aufgehoben:

An den rückgekoppelten Netzeingängen können die Signalwerte auch dann bereits wechseln, während Signalwellen innerhalb des Verknüpfungsnetzes noch aktiv sind und die Netzwerkausgänge damit noch keine stabilen Werte angenommen haben.




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