Das Exklusiv-Oder-Gatter - Das unbekannte Genie
Materialbedarf
Anz. | Bezeichnung | Datenblatt |
1 | Batterie/Spannungsquelle 9V | |
2 | CMOS-IC 4070 | |
4 | Widerstand 470 Ohm | |
1 | Widerstand 10 kOhm | |
4 | Widerstand 1,0 MOhm | |
1 | Elektrolytkondensator 10 µF / 16 V | |
4 | Mikrotaster | |
1 | Standard-Leuchtdiode 3mm oder 5mm | 3mm, 5mm |
Grundlagen
Das Exklusiv-Oder-Gatter führt unter den Logikgattern ein klein wenig ein Schattendasein. Meist wird es nur als Addierer verwendet. Bedingt durch die besondere Funktion dieses Logikgatters sind aber noch erheblich mehr Anwendungen möglich.
Ein programmierbarer Inverter
Man
kann das XOR-Gatter zum Beispiel als programmierbaren Inverter
einsetzen. Gibt es Anwendungen wo mal ein Signal invertiert oder mal
nicht invertiert werden soll, so kann man dies hiermit lösen. Je
nachdem, wie man die Brücke am zweiten Eingang setzt, wird das Signal
unverfälscht oder invertiert weiter gegeben. Mit S1 wird ein Testsignal eingegeben welches dann durch D1 entweder direkt oder invertiert wiedergegeben wird. Eine Anwendung wäre z.B. ein Display welches, je nach Umgebungshelligkeit, Normal oder invertiert dargestellt werden soll. |
Das Exklusiv-Oder-Gatter taktet
Da
man das XOR-Gatter auch als Inverter einsetzen kann, drängt sich
förmlich eine Anwendung auf. Nämlich der Einsatz als Taktgeber, so wie
er auf diesen Seiten häufiger verwendet wird. Die ersten beiden Gatter bilden hierbei den Taktgeber und wurden entsprechend als Inverter verschaltet. Das dritte Gatter wurde einfach als LED-Treiber eingesetzt und leitet so nur den aktuellen Taktzustand an die Leuchtdiode weiter. |
Gerade oder ungerade?
Eine
sehr interressante Anwendung des Exklusiv-Oder-Gatters ist die Prüfung
der Parität. Also, ob eine gerade oder eine ungerade Anzahl von
Eingängen ein 1-Signal führen. Hier werden 4 Signale geprüft, dargestellt durch S1-S4. Wird eine ungerade Anzahl von Tastern gleichzeitig betätigt, so leuchtet die LED auf. Bei einer geraden Anzahl bleibt diese entsprechend dunkel. Mit Hilfe dieser Schaltung kann man z.B. grob prüfen, ob eine Datenübertragung erfolgreich war. Bei Speicherbausteinen wird intern mit dieser Methode geprüft, ob die Speicherzelle noch in Ordnung ist. Daher haben viele Speicher auch 9 Bit. 8 für die Daten und ein Prüfbit. |
Der Schlüssel der Daten
Das Exklusiv-Oder-Gatter eignet sich auch hervorragend, Daten auf einfache Weise zu verschlüsseln. Der Sender und der Empfänger legen an den Zweiteingängen ein gleiches Bitmuster an. So werden einige Bits invertiert und andere nicht. Wer jetzt die Datenleitungen 'abhorcht' kann den Datensalat erst einmal nicht deuten.
Mit den Tastern S1-S4, welche an den jeweils anderen Eingang des XOR-Gatters liegt, wird das Datensignal eingegeben. Die LEDs zeigen diese Daten dann wieder entschlüsselt an.
Um die Daten noch weiter zu verschlüsseln könnte man z.B. diese noch durch ein Ringschieberegister schieben. Der Sender schiebt z.B. nach links und der Empfänger nach rechts.