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:
| Funktion | IEC-Zeichen | Ausgang ist 1, wenn … |
|---|---|---|
| UND (AND) | & | alle Eingänge 1 sind |
| ODER (OR) | ≥1 | mindestens ein Eingang 1 ist |
| NICHT (NOT) | 1 mit Kreis am Ausgang | der Eingang 0 ist |
| Treiber (Buffer) | 1 | der Eingang 1 ist (verstärkt nur) |
| Exklusiv-ODER (XOR) | =1 | genau ein Eingang 1 ist |
| Äquivalenz (XNOR) | = | alle Eingänge gleich sind |
| NAND | & mit Kreis am Ausgang | nicht alle Eingänge 1 sind |
| NOR | ≥1 mit Kreis am Ausgang | kein Eingang 1 ist |
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.
Wahrheitstabellen
Die Funktion eines Gatters beschreibt eine Wahrheitstabelle: Für jede Kombination der Eingänge steht dort der Ausgang. Für zwei Eingänge A und B:
| A | B | AND | OR | NAND | NOR | XOR |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
Flipflops und Zusatzzeichen
Speicherglieder – Flipflops – haben ebenfalls Rechtecksymbole, mit Buchstaben an den Eingängen. Die wichtigsten Kennzeichnungen:
| Zeichen | Bedeutung |
|---|---|
| S, R | Setzen, Rücksetzen (RS-Flipflop) |
| D | Dateneingang (D-Flipflop) |
| J, K | Eingänge des JK-Flipflops |
| T | Umschalteingang (Toggle): jede wirksame Taktflanke kippt den Ausgang |
| C, C1 | Takteingang (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 Takteingang | dynamischer Eingang (flankengesteuert): reagiert auf die Flanke, nicht auf den Pegel |
| Kreis an einem Eingang | negierter, low-aktiver Eingang: wirkt bei 0 |
| ⌐ am Ausgang | retardierter (verzögerter) Ausgang: Das Ergebnis erscheint erst, wenn der Takt wieder zurückgeht – typisch für Master-Slave-Flipflops |
| Kreis vor ▷ | reagiert auf die fallende Flanke |
| Q, Q̄ | Ausgang und invertierter Ausgang |
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.
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.