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Uebung_004b3c: Zwei gegenseitig verriegelte Toggle-Flip-Flops unter Verwendung von bidirektionalen Adaptern

(Der Übung liegt keine bildliche Darstellung bei.)

Uebung_004b3c_network

Einleitung

In dieser Übung wird eine Schaltung aus zwei verriegelten Toggle-Flip-Flops realisiert. Jedes Flip-Flop wird über einen eigenen Taster (Eingang I1 bzw. I2) umgeschaltet. Die Besonderheit liegt in der gegenseitigen Verriegelung: Immer nur eines der beiden Flip-Flops kann den logischen Zustand TRUE annehmen. Sobald ein Flip-Flop auf TRUE gesetzt wird, setzt es automatisch das andere zurück. Die Kommunikation zwischen den beiden Sub-Applikationen erfolgt über einen einzigen bidirektionalen Adapter (Typ AE2), wodurch eine sehr kompakte Verbindungsstruktur entsteht.

Die Übung demonstriert den Einsatz von bidirektionalen Adaptern zur Signalübertragung zwischen Sub-Applikationen sowie die Kopplung von Ereignis- und Datenflüssen in einer verriegelten Steuerung.

Verwendete Funktionsbausteine (FBs)

Auf der obersten Ebene der Sub-Applikation Uebung_004b3c werden folgende Funktionsbausteine eingesetzt:

  • DigitalInput_CLK_I1 (Typ: logiBUS::io::DI::logiBUS_IE)
  • Eingang: Input_I1
  • Ereignis: BUTTON_SINGLE_CLICK

  • Gibt bei einem Tastendruck ein Ereignis an IND aus.

  • DigitalInput_CLK_I2 (Typ: logiBUS::io::DI::logiBUS_IE)

  • Eingang: Input_I2

  • Ereignis: BUTTON_SINGLE_CLICK

  • DigitalOutput_Q1 (Typ: logiBUS::io::DQ::logiBUS_QX)

  • Ausgang: Output_Q1

  • Schaltet den physikalischen Ausgang Q1.

  • DigitalOutput_Q2 (Typ: logiBUS::io::DQ::logiBUS_QX)

  • Ausgang: Output_Q2

  • Uebung_004b3b_sub1 (Typ: Uebungen::Uebung_004b3c_sub)

  • Erste Instanz des verriegelbaren Toggle-Flip-Flops.

  • Uebung_004b3b_sub2 (Typ: Uebungen::Uebung_004b3c_sub)

  • Zweite Instanz des verriegelbaren Toggle-Flip-Flops.

Sub-Bausteine: Uebung_004b3c_sub

Diese Sub-Applikation realisiert ein verriegelbares Toggle-Flip-Flop mit einer bidirektionalen Adapterschnittstelle (AE2).

  • Typ: SubApp

  • Verwendete interne FBs:

  • E_SWITCH_I1 (Typ: iec61499::events::E_SWITCH)

    • Ereigniseingang: EI
    • Dateneingang: G (Gate)
    • Ereignisausgänge: EO0 (bei G=FALSE), EO1 (bei G=TRUE)
    • Funktion: Leitet das eingehende Ereignis abhängig vom Wert G entweder an EO0 oder EO1.

  • E_SR_I1 (Typ: iec61499::events::E_SR)

    • Ereigniseingänge: S (Set), R (Reset)
    • Ereignisausgang: EO (nach Änderung des Ausgangs Q)
    • Datenausgang: Q (BOOL)
    • Funktion: Set-Reset-Flip-Flop. Bei Set-Ereignis wird Q = TRUE, bei Reset-Ereignis Q = FALSE.

  • AE2_EVENT_TO_E (Typ: adapter::conversion::bidirectional::AE2_EVENT_TO_E)

    • Konvertiert ein Ereignis, das über den Adapter empfangen wird, in ein normales Ereignissignal.

  • AE2_E_TO_EVENT (Typ: adapter::conversion::bidirectional::AE2_E_TO_EVENT)

    • Konvertiert ein normales Ereignissignal in ein Ereignis, das über den Adapter gesendet wird.

  • Funktionsweise:
    Der interne Toggle-Mechanismus wird durch das Set-Reset-Flip-Flop E_SR realisiert. Beim Eintreffen eines Ereignisses am Eingang IND wird durch E_SWITCH abhängig vom aktuellen Zustand Q (das auf G zurückgeführt ist) entschieden, ob gesetzt oder zurückgesetzt werden soll:

  • Ist Q = FALSE → Ereignis über EO0 zum Set-Eingang S → Flip-Flop wird gesetzt.
  • Ist Q = TRUE → Ereignis über EO1 zum Reset-Eingang R → Flip-Flop wird zurückgesetzt.

Parallel dazu wird bei einem Setz-Vorgang (EO0) ein Ereignis über den Adapter (AE2_E_TO_EVENT) an die andere Sub-Applikation gesendet, um dort ein Reset auszulösen. Das über den Adapter empfangene Ereignis von der anderen Seite (AE2_EVENT_TO_E) wird ebenfalls auf den Reset-Eingang geführt. Dadurch wird sichergestellt, dass immer nur eines der beiden Flip-Flops TRUE ist.

Der Ausgang Q wird nach außen über den Datenausgang der Sub-Applikation weitergegeben.

Programmablauf und Verbindungen

Die äußere Verschaltung der Haupt-Sub-Applikation ist wie folgt aufgebaut:

  • Die Ereignisausgänge der beiden digitalen Eingänge (DigitalInput_CLK_I1.IND und DigitalInput_CLK_I2.IND) sind direkt mit den Ereigniseingängen IND der beiden Sub-Applikationen verbunden.
  • Die Datenausgänge Q der Sub-Applikationen werden auf die digitalen Ausgangsbausteine DigitalOutput_Q1 und DigitalOutput_Q2 geführt.
  • Der bidirektionale Adapter verbindet Uebung_004b3b_sub1.PLUG mit Uebung_004b3b_sub2.SOCKET. Diese einzige Verbindung reicht aus, um die gegenseitige Verriegelung zu realisieren: Immer wenn eine Sub-Applikation gesetzt wird, sendet sie ein Reset-Signal über den Adapter an die andere.

Lernziele der Übung: - Verständnis des Einsatzes von bidirektionalen Adaptern zur Kopplung von Sub-Applikationen. - Realisierung einer verriegelten Toggle-Flip-Flop-Struktur. - Zusammenspiel von Ereignis- und Datenflüssen in IEC 61499. - Praktischer Umgang mit Hardware-Ein-/Ausgängen (logiBUS).

Start der Übung:
Die Übung kann direkt in der 4diac‑IDE geöffnet und auf die Zielhardware (z. B. logiBUS) übertragen werden. Voraussetzung ist eine korrekte Konfiguration der Ein- und Ausgangsadressen entsprechend der Hardware.

Zusammenfassung

In dieser Übung wurde eine gegenseitig verriegelte Steuerung mit zwei Toggle-Flip-Flops realisiert. Die Verriegelung erfolgt über einen einzigen bidirektionalen Adapter, der die Reset-Signale zwischen den beiden Sub-Applikationen überträgt. Die Übung verdeutlicht, wie Adapter zur effizienten Kommunikation zwischen Sub-Applikationen genutzt werden können, und festigt das Verständnis von Ereignissteuerung, Zustandsspeicherung und Verriegelungslogik im IEC 61499‑Modell.