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Schaltkreise/Speicherzelle (Redstone)

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Schaltkreise

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Die vorgestellte Technik kann in der Redstone-Welt angesehen werden.
Redstone-Diagramm.png                      Diese Seite enthält zur besseren Übersicht Diagramme des MCRedstoneSims

Latches und Flip-Flops sind 1-bit-Speicherzellen. Sie erlauben Schaltkreisen, Daten zu speichern und sie zu einem späteren Zeitpunkt zurückzuliefern. Dazu wird mindestens ein Ausgang auf einen Eingang rückgekoppelt. Solche Schaltungen werden "sequentielle Schaltungen" oder Schaltwerke genannt. Sie ermöglichen die Erstellung von Zählern, Langzeit-Uhren und komplexen Speichersystemen.

Latches haben normalerweise zwei Eingänge: den "Set" und den "Reset", die benutzt werden, um den gespeicherten Wert zu kontrollieren. Die einfachste Bauweise ist ein RS-NOR-Latch (RS steht für Reset/Set). Es wird aus zwei NOR-Gattern gebaut, deren Eingänge mit den Ausgängen verbunden wurden. Der Aufbau des NOR-Latches entscheidet, welcher Eingang der "Set" und welcher der "Reset" ist.

NOR-Latch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ein NOR-Latch hat zwei Eingänge und zwei Ausgänge. Die beiden Eingänge heißen "S" und "R". Die Ausgänge werden "Q" und "Q" genannt. "Q" wird eingeschaltet, wenn "S" kurz eingeschaltet wird und ausgeschaltet, wenn "R" kurz eingeschaltet wird. "Q" nimmt immer den negierten Zustand von "Q" an, sodass wenn zum Beispiel Q eingeschaltet ist, Q ausgeschaltet ist.

Ein sehr einfaches Bespiel für eine Schaltung mit einem NOR-Latch wäre eine Alarmanlage, die (wenn eine Kreatur oder ein Spieler auf eine Druckplatte tritt) eine Warnlampe anschaltet, bis der Spieler einen Reset-Knopf betätigt.

In der Wahrheitstabelle nimmt Q nicht immer den negierten Zustand von Q an, deshalb wird der Zustand, wenn S=1 und R=1 sind, "verbotener Zustand" genannt. Dieser sollte möglichst nicht vorkommen und kann mit einem Set- oder Reset-Vorrang verhindert werden (siehe SR-Flip-Flop und RS-Flip-Flop). Um den verbotenen Zustand zu verhindern, sollten am besten keine Hebel zum Schalten verwendet werden. Wenn beide Eingänge ausgeschaltet sind, befindet sich der NOR-Latch im sogenannten Speicherzustand. Hierbei wird der Ausgang nicht verändert.

Variante 1[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Varianten eines NOR-Latches.

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 1.1.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 1.1.2.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 1.1.3.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 1.1.4.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 1.1.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 1.1.5.png

Variante 2[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 1.2.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 1.2.2.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 1.2.3.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 1.2.4.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 1.2.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 1.2.5.png

S R Q Q Bezeichnung
0 0 Unbestimmt Unbestimmt Speichern
0 1 0 1 Setzen
1 0 1 0 Rücksetzen
1 1 Unverändert Unverändert Verboten

Variante 3[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Aufbau eines NOR-Latches.

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 1.3.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 1.3.2.png

S R Q Q Bezeichnung
0 0 Unbestimmt Unbestimmt Speichern
0 1 0 1 Setzen
1 0 1 0 Rücksetzen
1 1 Nur mgl. mit Hebeln Nur mgl. mit Hebeln Verboten

Variante 4[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 1.4.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 1.4.2.png

Die Animation zeigt das kleinste NOR-Latch, das man bauen kann! Es ist 2×2×1 groß, wodurch man es in Schaltungen gut einbauen kann, falls man etwas platzsparender bauen will.

Variante 5[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 1.5.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 1.5.2.png

Variante 6[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Bild 1.6.png

Weitere Varianten

S R Q Q Bezeichnung
0 0 Unbestimmt Unbestimmt Speichern
0 1 0 1 Setzen
1 0 1 0 Rücksetzen
1 1 Nur mgl. mit Hebeln Nur mgl. mit Hebeln Letztes Signal wird gespeichert

NAND-Latch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]


Variante 1[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Varianten eines NAND-Latches.

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 2.1.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 2.1.2.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 2.1.3.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 2.1.4.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 2.1.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 2.1.5.png

Variante 2[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 2.2.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 2.2.2.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 2.2.3.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 2.2.4.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 2.2.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 2.2.5.png

Anmerkung: Das NAND-Latch allein rentiert sich in Minecraft nicht, weil es größer als das NOR-Latch ist, aber dieselben Zustände hat.

Ein NAND-Latch ist ein NOR-Latch, an dem alle Eingänge und Ausgänge negiert werden, oder man baut es wie das NOR-Latch, nur mit NAND-Gattern anstatt NOR-Gattern. Der Unterschied zwischen einem NAND-Latch und einem NOR-Latch ist, dass man beim NAND-Latch Q anschaltet, indem man kurz R ausschaltet, und um Q auszuschalten, muss man kurz S ausschalten. Der Speicherzustand befindet sich hier bei R=1 und S=1 und der verbotene Zustand ist, wenn R=0 und S=0 sind.

S R Q Q Bezeichnung
0 0 Unverändert Unverändert Verboten
0 1 1 0 Rücksetzen
1 0 0 1 Setzen
1 1 Unbestimmt Unbestimmt Speichern

RS-Flip-Flop[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ein RS-Flip-Flop (RS steht für Reset/Set) ist ein normales Flip-Flop mit einem dominierenden Setzsignal. Das heißt, wenn beide Eingänge aktiviert werden (R und S) dann hat es Q = S.

Variante 1[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ein SR-Flip-Flop neben einem RS-Flip-Flop.

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 3.1.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 3.1.2.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 3.1.3.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 3.1.4.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 3.1.5.png

In dieser Variante wird vor dem R ein UND-Gatter gesetzt, dessen Komponenten R und S sind.

S R Q Q Bezeichnung
0 0 Unverändert Unverändert Speichern
0 1 0 1 Rücksetzen
1 0 1 0 Setzen
1 1 1 0 Setzen

Variante 2[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 3.2.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 3.2.2.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 3.2.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 3.2.3.png

Die zweite Variante ist wohl die einfachste und platzsparendste Variante. Sie braucht nur 2 Fackeln und etwas Redstone und hat die Maße 1×3×3. Dieses RS-Flip-Flop besitzt folgende typische Eigenschaften: Wenn der dominierende Eingang (S) aktiviert wird, speichert es das Signal und wird erst zurückgesetzt, wenn Eingang 2 (R) betätigt wird. Es funktioniert mit Schaltern und Hebeln.

S R Q Q Bezeichnung
0 0 Unverändert Unverändert Speichern
0 1 0 1 Rücksetzen
1 0 1 0 Setzen
1 1 1 0 Setzen

SR-Flip-Flop[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 4.1.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 4.1.2.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 4.1.3.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 4.1.4.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 4.1.5.png

Ein SR-Flip-Flop (SR steht für Set/Reset) ist ein Flip-Flop mit Rücksetzvorrang. Rücksetzvorrang bedeutet, dass anstatt des verbotenen Zustands der Rücksetz-Zustand eintritt. Dies wird erreicht, indem man vor dem S-Eingang ein UND-Gatter setzt, wovon ein Eingang S und der andere Eingang R ist.

S R Q Q Bezeichnung
0 0 Unverändert Unverändert Speichern
0 1 0 1 Rücksetzen
1 0 1 0 Setzen
1 1 0 1 Rücksetzen

D-Flip-Flop[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]


D C Q Q Bezeichnung
0 0 n n- Speichern
0 1 0 1 Rücksetzen
1 0 n n- Speichern
1 1 1 0 Setzen
     
Version A B C D E F G
Größe 7×3×2 7×7×2 1×5×6 2×4×5 3×2×7 3×2×6 2×1×4
Fackeln 4 8 5 8 5 4 1
Redstone-Kabel 11 18 6 5 13 8 0
Verstärker 0 0 0 0 0 1 2
Trigger Level Taktflanke Level Level Level Level Level und Steigende Taktflanke
Ausgang isoliert? Nein Nein Nein Nein Nein Ja Ja
Eingang isoliert? Ja Ja nur C Ja Ja Nein Ja

Ein D-Flip-Flop (D steht für Daten) setzt seinen Ausgang nur unter bestimmten Bedingungen auf den Zustand seines Einganges D. Das einfache D-Flip-Flop (Version A), auch bekannt unter dem Namen "taktzustandsgesteuertes D-Flip-Flop" oder auch einfach D-Latch, setzt den Ausgang auf den Zustand von D nur, wenn der Takt am Eingang C (Clock) aus ist. Wenn der Takt-Eingang C eingeschaltet ist, wird jede Änderung am D-Eingang ignoriert.

Version B besitzt eine Taktflankensteuerung und setzt den Ausgang genau dann auf D, wenn der Takt-Eingang C von 0 auf 1 wechselt.

Version C funktioniert genau wie Version A, jedoch ist diese nur einen Block breit, abgesehen davon, dass der Takt-Eingang nicht negiert ist und sich somit der Ausgang ändert, wenn der Takt-Eingang eingeschaltet ist.

Die Version G ist eine sehr sparsame Variante des D-Flip-Flops.

Variante C[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schaltkreise Speicherzellen (Redstone) Bild 5.6.png

Variante G[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 5.1.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 5.1.2.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 5.1.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 5.1.3.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 5.1.4.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 5.1.5.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 5.1.6.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 5.1.3.png

Variante H[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schaltkreise Speicherzellen (Redstone) Bild 5.7.png

Diese Variante ist zwar wie C nur einen Block breit, aber viel kompakter und schneller.

JK-Flip-Flop[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ein JK-Flip-Flop (JK steht für Jump/Kill) ist ein flankengesteuertes NOR-Latch mit dem Zusatz, dass der Zustand J=K=1 erlaubt ist. Bei diesem Fall switchen Q und Q dauernd zwischen den Zuständen hin und her, etwa wie ein flankengesteuerter T-Flip-Flop (T steht für Toggle).

Variante 1[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Impulsdiagramm (vorderflankengesteuertes JK-Flipflop)

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 6.1.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 6.1.2.png

Diese Variante des JK-Flip-Flops funktioniert mit einem Expanded-Gatter, 2 Taktgebern (unterschiedlich einstellbar!) und einem NOR-Latch. Man kann hier ebenfalls den oberen Taktgeber, die als Flanke fungiert, ausschalten und somit ein normales Toggle im eingestellten Takt der unteren erzielen. Dieses JK-Flip-Flop hat die Größe 6×14×7 und ist damit relativ groß.

Schaltkreise Speicherzellen (Redstone) Bild 6.2.png Schaltkreise Speicherzellen (Redstone) Bild 6.3.png Schaltkreise Speicherzellen (Redstone) Bild 6.4.png

Variante 2[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 6.2.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 6.2.2.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 6.2.3.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 6.2.4.png

Diese Variante ist sehr viel kleiner als die erste, und damit besser einsetzbar. Sie hat eine Größe von 3×6×4.

Schaltkreise Speicherzellen (Redstone) Bild 6.5.png Schaltkreise Speicherzellen (Redstone) Bild 6.6.png

Das JK-Flip-Flop ist in Minecraft relativ unwichtig, da es wegen seiner Größe und Komplexität nicht sehr vielseitig einsetzbar ist. Allerdings besitzt es die Eigenschaft (anders als bei den anderen Latches und Flip-Flops) bei J=K=1 ein Toggle auszugeben und nicht wie z.B. beim NOR-Latch in den "verbotenen" Zustand zu wechseln.

clock J K Q Q
1 0 0 unverändert unverändert
1 0 1 0 (Flipflop zurückgesetzt 1 (Flipflop gesetzt)
1 1 0 1 (Flipflop gesetzt) 0 (Flipflop zurückgesetzt)
1 1 1 Zustand wechselt (toggle) =Q

T-Flip-Flop[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das T-Flip-Flop (T steht für Toggle) ist ein Speicher, der umspringt, wenn das eingehende Signal von aus auf an springt. Das kann verwendet werden, um z. B. Zähler zu bauen, die im Dualsystem von Null hoch zählen. Eine alternative, kompaktere Version ist unten links im Bild zu sehen. Diese ändert ihren Ausgang allerdings dann, wenn der Eingang aus geht.

In Minecraft ist eine solche Schaltung auf unterschiedlichen Wegen zu erreichen. Eine Möglichkeit ist das Ausnutzen des Klebrigen Kolbens. Er benötigt zwei Tick lange Signale, um ein Objekt wegzuschieben und dann wieder heranzuziehen, während er nur einen Tick benötigt, um leer auszufahren und ein entferntes Objekt heranzuziehen. Somit kann z. B. ein Block mit einem klebrigen Kolben beim ersten Klick geschoben werden und beim zweiten Klick wieder herangezogen werden. Eine Möglichkeit, um ein 1-Tick langes Signal zu bekommen, ist der 1- oder 3-Tick-Wandler. Man muss hierbei lediglich den Output mit einem klebrigen Kolben verbinden.

Um einen An-Aus-Schaltkreis zu bauen, muss eine Impuls-Speicherzelle mit einem Knopf verbunden werden. Man kann so den Schaltkreis mit nur einem Knopfdruck (wie einen Lichtschalter) an- und ausschalten. Man muss beachten, dass ein Redstone-Verstärker vor dem Selbstunterbrecher im Ruhezustand auf Stufe 3 ist (da wo das erste Signal durchgeht) und dass, wenn der Selbstunterbrecher aktiv ist, danach zwei Redstone-Verstärker auf Stufe 3 sind (da wo das zweite Signal durchgeht). Das erste Signal muss länger brauchen, bis es durch den Block geht als das zweite Signal, sonst geht der Selbstunterbrecher wieder in seinen Ruhezustand über. Das zweite Signal muss aber nach dem Block länger brauchen als das erste, sonst passiert das gleiche wie im vorherigen Satz.

Eine etwas kompaktere Version ohne Kolben erhält man z. B. durch das Schalten zweier (etwas vereinfachter) UND-Gatter mit einen NOR-Latch (Variante B). Ein weiterer Vorteil ist, dass man so zwei Ausgänge hat, die man mit einen Schalter ein- und ausschalten kann.

Variante 1[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 7.1.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 7.1.2.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Bild 7.1.png

Variante 2[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 7.2.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 7.2.2.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 7.2.3.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 7.2.4.png

Variante 3[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 7.3.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 7.3.2.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 7.3.3.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 7.3.4.png

Variante 4[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 7.4.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 7.4.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 7.4.2.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 7.4.2.png

Variante 5[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 7.5.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 7.5.1.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 7.5.2.png Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Animation 7.5.2.png

Variante 6[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Bild 7.2.png

Variante 7[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Bild 7.3.png

Analog-Flip-Flop[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schaltkreise Speicherzelle (Redstone) Bild 8.1.png

Die meisten Speicherzellen können nur zwei unterschiedliche Zustände speichern. Analog-Flip-Flops können so viele unterschiedliche Zustände speichern, wie es Redstone-Signalstärken gibt. Sie funktionieren mit Hilfe von Komparatoren.


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