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Schaltzeichen der Digitaltechnik

Logikgatter nach IEC 60617-12 und in US-Form: AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, Negationskreis, Flipflops, Takteingang und Sonderausgänge erkennen.

5 Min. LesezeitLogikgatterANDORNAND

Digitale Schaltungen arbeiten mit nur zwei Zuständen, 0 und 1. Die Grundbausteine – Gatter – verknüpfen Eingänge nach einfachen logischen Regeln. Für sie gibt es zwei Zeichensysteme, die du beide lesen können solltest: die europäischen Rechtecksymbole nach IEC 60617-12 und die amerikanischen Kontursymbole nach IEEE 91 / ANSI. In alten deutschen Unterlagen findest du noch eine dritte Form nach der zurückgezogenen DIN 40700 mit halbrunden Gattern – sie wurde durch die IEC-Norm (in Deutschland DIN EN 60617-12) abgelöst. Welche Familien und Pegel hinter den Symbolen stecken, erklärt Logikfamilien und Kennzeichnung digitaler ICs.

Das Prinzip der IEC-Symbole

Nach IEC ist jedes Gatter ein Rechteck. Die Funktion steht als Zeichen oben im Rechteck, die Eingänge kommen von links, der Ausgang geht nach rechts. Ein kleiner Kreis am Anschluss bedeutet Negation: Das Signal wird an dieser Stelle invertiert. Das Zeichen beschreibt, wie viele Eingänge 1 sein müssen, damit der Ausgang 1 wird:

FunktionIEC-ZeichenAusgang ist 1, wenn …
UND (AND)&alle Eingänge 1 sind
ODER (OR)≥1mindestens ein Eingang 1 ist
NICHT (NOT)1 mit Kreis am Ausgangder Eingang 0 ist
Treiber (Buffer)1der Eingang 1 ist (verstärkt nur)
Exklusiv-ODER (XOR)=1genau ein Eingang 1 ist
Äquivalenz (XNOR)=alle Eingänge gleich sind
NAND& mit Kreis am Ausgangnicht alle Eingänge 1 sind
NOR≥1 mit Kreis am Ausgangkein Eingang 1 ist
IEC-Schaltzeichen der Grundgatter AND, OR, NOT, NAND, NOR und XOR
Logikgatter nach IEC 60617-12: Rechteck mit Funktionszeichen, Kreis bedeutet Negation.

Die amerikanischen Symbole unterscheiden die Gatter durch die Form: AND als „D“ mit flacher Rückseite, OR als spitz zulaufender Bogen, XOR wie OR mit zusätzlichem Bogen am Eingang, NOT als Dreieck mit Kreis. Auch hier bedeutet der Kreis Negation. Viele Datenblätter und Bauteilbibliotheken verwenden die US-Form – du begegnest also beiden.

US-Schaltzeichen der Gatter AND, OR, NOT, NAND, NOR und XOR
Dieselben Gatter in US-Form: Die Körperform zeigt die Funktion, der Kreis die Negation.

Wahrheitstabellen

Die Funktion eines Gatters beschreibt eine Wahrheitstabelle: Für jede Kombination der Eingänge steht dort der Ausgang. Für zwei Eingänge A und B:

ABANDORNANDNORXOR
0000110
0101101
1001101
1111000
Alarmschaltung aus einem ODER-Gatter für Tür und Fenster und einem UND-Gatter mit dem Scharfschalter
Die Alarmanlage als Gatterschaltung: Tür oder Fenster offen (≥1) und scharf geschaltet (&) ergibt A = S · (T + F).

Flipflops und Zusatzzeichen

Speicherglieder – Flipflops – haben ebenfalls Rechtecksymbole, mit Buchstaben an den Eingängen. Die wichtigsten Kennzeichnungen:

ZeichenBedeutung
S, RSetzen, Rücksetzen (RS-Flipflop)
DDateneingang (D-Flipflop)
J, KEingänge des JK-Flipflops
TUmschalteingang (Toggle): jede wirksame Taktflanke kippt den Ausgang
C, C1Takteingang (Clock); die Ziffer verknüpft ihn mit den Eingängen „1D“. Ohne weiteres Zeichen ist er zustandsgesteuert: Solange C1 = 1 ist, folgt der Ausgang dem Eingang
▷ am Takteingangdynamischer Eingang (flankengesteuert): reagiert auf die Flanke, nicht auf den Pegel
Kreis an einem Eingangnegierter, low-aktiver Eingang: wirkt bei 0
⌐ am Ausgangretardierter (verzögerter) Ausgang: Das Ergebnis erscheint erst, wenn der Takt wieder zurückgeht – typisch für Master-Slave-Flipflops
Kreis vor ▷reagiert auf die fallende Flanke
Q, Q̄Ausgang und invertierter Ausgang
D-Flipflop nach IEC mit Eingängen 1D und C1 und Ausgängen Q und Q-quer
D-Flipflop: Der Dateneingang 1D wird mit der steigenden Flanke am Takteingang C1 übernommen.

Das einfachste Speicherglied brauchst du gar nicht als eigenes Symbol: Zwei NOR-Gatter (oder zwei NAND-Gatter), deren Ausgänge jeweils auf einen Eingang des anderen zurückgeführt sind, bilden ein RS-Flipflop. Mit NOR sind S und R high-aktiv, mit NAND low-aktiv – im Symbol stehen dann Kreise an den Eingängen. Das JK-Master-Slave-Flipflop besteht intern aus zwei hintereinandergeschalteten Speichern; der erste (Master) übernimmt die Eingänge, während der Takt 1 ist, der zweite (Slave) gibt das Ergebnis erst beim Zurückgehen des Taktes aus – daher das Verzögerungszeichen an den Ausgängen.

RS-Flipflop aus zwei rückgekoppelten NOR-Gattern mit den Eingängen S und R
RS-Flipflop aus zwei NOR-Gattern: Jeder Ausgang führt auf einen Eingang des anderen Gatters zurück.

Weitere Zusatzzeichen im Rechteck geben besondere Eigenschaften an: Eine Hystereseschleife kennzeichnet einen Schmitt-Trigger-Eingang, ein Dreieck nach unten (▽) einen Tristate-Ausgang, eine Raute mit Strich einen Open-Collector- bzw. Open-Drain-Ausgang, der einen Pull-up-Widerstand braucht. Ein Querstrich über einem Signalnamen (oder ein vorangestelltes „/“, „#“ bzw. „n“) zeigt, dass das Signal low-aktiv ist: Ein Eingang /RESET oder nRESET löst bei 0 aus.

Gatter in Schaltplänen

Ein IC wie der 74HC00 enthält vier gleiche NAND-Gatter. Im Schaltplan zeichnet man sie nicht als ein großes Rechteck, sondern einzeln, dort wo sie gebraucht werden – als U1A, U1B, U1C, U1D (siehe Referenzbezeichner). Die Versorgungsanschlüsse VCC und GND tauchen oft in einer eigenen, fünften Einheit auf oder sind im Symbol verborgen. Prüf deshalb immer, dass jedes Logik-IC tatsächlich an Versorgung und Masse hängt – und einen Abblockkondensator bekommt.

Selbsttest

Was bedeutet das Zeichen ≥1 in einem Gatter-Rechteck?

ODER: Der Ausgang ist 1, wenn mindestens ein Eingang 1 ist.

Wie erkennst du im Symbol ein NAND-Gatter?

Rechteck mit & und einem kleinen Kreis am Ausgang (Negation).

Was zeigt ein kleines Dreieck am Takteingang eines Flipflops?

Einen dynamischen Eingang – das Flipflop reagiert auf die Flanke, nicht auf den Pegel.