Don’t-Care

Bedeutung und Verwendung

In der Digitaltechnik bezeichnet ein Don’t-Care einen Wert, der keinen Einfluss auf die Logikschaltung hat. Er wird mit X oder - dargestellt und kann je nach Bedarf als logische „0“ oder „1“ behandelt werden.

In einer Wahrheitstabelle werden Don’t-Care-Einträge verwendet, wenn eine Funktion für bestimmte Eingangskombinationen nicht vollständig definiert ist. Das ist beispielsweise der Fall, wenn diese Kombinationen in der Schaltung nicht auftreten können oder wenn ein Baustein durch sein Enable-Signal deaktiviert ist. Dadurch müssen nicht alle theoretisch möglichen Eingangszustände einzeln berücksichtigt werden.

Don’t-Care-Werte kommen außerdem bei der Logiksynthese und in Timing-Diagrammen vor. Bei Flipflops zeigt ein X an, dass der betreffende Eingangszustand beliebig sein darf, weil er im jeweiligen Moment nicht verarbeitet wird. Ein Flipflop übernimmt Daten nur, wenn seine Triggerbedingung erfüllt ist. Außerhalb dieser Zeitpunkte können an den Eingängen beliebige Logikzustände anliegen, ohne das Ergebnis zu beeinflussen.

Beispiel mit einem D-Flipflop

Beim dargestellten D-Flipflop hängt der nächste Ausgangszustand Q_{n+1} von Data, clk, Enable und Reset ab. Q_n bezeichnet den bisherigen Ausgangszustand. Ein X bedeutet, dass der jeweilige Eingang für diesen Fall keine Rolle spielt.

• Ist Reset = 0, wird Q_{n+1} = 0. Data, clk und Enable sind dabei beliebig.

• Ist Reset = 1 und Enable = 0, bleibt der bisherige Zustand erhalten: Q_{n+1} = Q_n. Data und clk sind beliebig.

• Bei Reset = 1, Enable = 1 und einer fallenden Taktflanke ↓ bleibt ebenfalls Q_{n+1} = Q_n; Data ist dabei beliebig.

• Bei Reset = 1, Enable = 1 und einer steigenden Taktflanke ↑ wird der Datenwert übernommen: Für Data = 1 gilt Q_{n+1} = 1, für Data = 0 gilt Q_{n+1} = 0.

Das zugehörige Timing-Diagramm verwendet X in den Zeiträumen, in denen der anliegende Logikzustand nicht relevant ist.

Karnaugh-Diagramm

Der Artikel führt Don’t-Cares im Karnaugh-Diagramm als eigenen Anwendungsbereich auf, enthält dazu jedoch keine weitere Erklärung oder konkrete Regeln.

Vorteile und Grenzen

Don’t-Cares können die praktische Umsetzung einer Logikschaltung deutlich vereinfachen. Eine Schaltung lässt sich dadurch möglicherweise mit weniger Einzelgattern oder mit Bauelementen realisieren, die weniger Eingänge besitzen. Das kann die Kosten senken. Kompaktere Schaltungen sind häufig auch schneller, sofern dadurch weniger Bauelemente hintereinander geschaltet werden müssen.

Diese Vereinfachung gilt jedoch nur für den Definitionsbereich, in dem die Don’t-Care-Annahmen gültig sind. Eine weitere Einschränkung dieses Bereichs ist zulässig. Wird der Definitionsbereich dagegen erweitert, kann die vereinfachte Schaltung die Anforderungen möglicherweise nicht mehr erfüllen und sich bei einzelnen neuen Eingangsfällen falsch verhalten.