Uebung_004d_T: Exercise for FB_T_FF (Toggle Flip-Flop)

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Einleitung

Diese Übung demonstriert die Anwendung des Funktionsbausteins FB_T_FF (Toggle Flip-Flop).
Ein Toggle-Flipflop ändert seinen Ausgangszustand bei jedem positiven Flanke des Taktsignals (CLK). Zusätzlich kann der Ausgang durch ein Resetsignal (RST) zurückgesetzt werden.
In der Übung werden zwei digitale Eingänge als Takt- und Reset-Quelle verwendet, der T-FF-Baustein verarbeitet die Signale und steuert einen digitalen Ausgang. Ziel ist es, das grundlegende Umschaltverhalten eines Toggle-Flipflops in einer Automatisierungsumgebung zu verstehen.

Verwendete Funktionsbausteine (FBs)

Die Übung besteht aus vier Funktionsbausteinen, die im SubApp-Netzwerk miteinander verbunden sind:

DigitalInput_RST (logiBUS_IX)

• Typ: logiBUS::io::DI::logiBUS_IX
• Parameter:
  QI = TRUE (Qualifier für Initialisierung aktiv)
  Input = Input_I1 (physischer Eingang der logiBUS-Klemme)
• Funktionsweise: Liest den digitalen Eingang Input_I1 aus. Das Ereignis IND wird bei Signaländerung ausgelöst. Der gelesene Wert wird am Datenausgang IN bereitgestellt. Dient als Reset-Signal für das T-FF.

DigitalInput_CLK (logiBUS_IX)

• Typ: logiBUS::io::DI::logiBUS_IX
• Parameter:
  QI = TRUE
Input = Input_I2
• Funktionsweise: Liest den digitalen Eingang Input_I2 aus. Das Ereignis IND wird bei Signaländerung ausgelöst. Der gelesene Wert wird am Datenausgang IN bereitgestellt. Dient als Taktsignal für das T-FF.

T_FF (FB_T_FF)

• Typ: logiBUS::bistableElements::FB_T_FF
• Parameter: Keine expliziten Parameter, die Schnittstellen werden über Verbindungen belegt.
• Funktionsweise: Implementiert ein Toggle-Flipflop.
• Ereigniseingang REQ: Startet die Verarbeitung.
• Dateneingang CLK: Taktsignal (boolesch). Bei positiver Flanke von CLK wird der interne Zustand getoggelt.
• Dateneingang RST: Resetsignal (boolesch). Bei TRUE wird der Ausgang sofort auf FALSE gesetzt, unabhängig vom Takt.
• Datenausgang Q: Aktueller Zustand des Flipflops.
• Ereignisausgang CNF: Wird nach abgeschlossener Verarbeitung ausgelöst.

DigitalOutput_Q1 (logiBUS_QX)

• Typ: logiBUS::io::DQ::logiBUS_QX
• Parameter:
  QI = TRUE
Output = Output_Q1
• Funktionsweise: Empfängt den Zustand des T-FF über den Dateneingang OUT und gibt diesen am physischen Ausgang Output_Q1 aus. Der Ausgang wird durch das Ereignis REQ aktualisiert.

Programmablauf und Verbindungen

1. Ereignisverkettung:
2. Beide Digitaleingänge (DigitalInput_RST und DigitalInput_CLK) sind über ihren Ereignisausgang IND mit dem Ereigniseingang REQ des T_FF verbunden.
3. Das bedeutet: Jede Änderung eines der beiden Eingänge löst eine Verarbeitung des T-FF aus.

4. Nach der Verarbeitung des T-FF wird der Ereignisausgang CNF mit dem REQ-Eingang des DigitalOutput_Q1 verbunden, sodass der Ausgangswert sofort an die Hardware weitergereicht wird.

5. Datenverkettung:

6. Der gelesene Wert des Reseteingangs (DigitalInput_RST.IN) wird auf den RST-Eingang des T-FF gelegt.
7. Der gelesene Wert des Takteingangs (DigitalInput_CLK.IN) wird auf den CLK-Eingang des T-FF gelegt.

8. Der Ausgang des T-FF (T_FF.Q) wird auf den OUT-Eingang des Digitalausgangs DigitalOutput_Q1 verbunden.

9. Funktionsweise im Betrieb:

10. Wird Input_I2 (Takt) von FALSE auf TRUE geändert (positive Flanke), toggelt der Ausgang Q des T-FF.
11. Wird gleichzeitig oder später Input_I1 (Reset) auf TRUE gesetzt, wird Q sofort FALSE (asynchroner Reset).
12. Der aktuelle Zustand von Q erscheint am Ausgang Output_Q1.

Lernziele:
- Funktionsweise eines Toggle-Flipflops (T-FF) verstehen.
- Ereignisgesteuerte Datenflussmodellierung in 4diac (IEC 61499).
- Einfache Verbindung von Hardware-Eingängen/Ausgängen mit logischen Bausteinen.

Schwierigkeitsgrad: Einfach (grundlegende Übung).
Vorkenntnisse: Grundlagen der Digitaltechnik, Einführung in die 4diac-IDE.

Start der Übung:
1. Laden Sie das Projekt in die 4diac-IDE (die SubApp Uebung_004d_T ist in der Klasse Uebungen enthalten).
2. Weisen Sie die Eingänge Input_I1 und Input_I2 sowie den Ausgang Output_Q1 den entsprechenden logiBUS-Klemmen Ihrer Hardware zu.
3. Starten Sie die Anwendung und beobachten Sie das Verhalten durch Anlegen von Signalen an die Eingänge.

Zusammenfassung

Die Übung Uebung_004d_T zeigt den Einsatz des Funktionsbausteins FB_T_FF zur Realisierung eines Toggle-Flipflops. Durch die Kopplung von digitalen Eingängen, dem T-FF und einem digitalen Ausgang wird das grundlegende Schaltverhalten – Toggeln bei Taktflanke und asynchrones Rücksetzen – vermittelt. Die einfache Ereignis- und Datenverkettung macht diese Übung zu einem idealen Einstieg in die Arbeit mit bistabilen Elementen unter IEC 61499.