آموزش فلیپ فلاپ

عناصر ترتیبی به دو گروه تقسیم می‌شوند: لچ‌ها (latches) و فلیپ-فلاپ‌ها (flip-flops). با وجود اینکه این دو عنوان معمولاً به جای هم نیز استفاده می‌شوند ولی لچ‌ها عموماً کاربرد زیادی ندارند، چرا که آن‌ها کلاک نمی‌پذیرند. در ادامه درباره فلیپ فلاپ‌ها بحث خواهیم کرد.

آموزش فلیپ فلاپ

آموزش شناخت فلیپ فلاپ ( Flip Flop )

در مدارات الکترونیک و کامپیوتر، فلیپ فلاپ ( Flip Flop ) یک نوع آی سی یا تراشه ( IC ) یا مدار مجتمع دیجیتال است که می تواند به عنوان یک بیت حافظه عمل کند. یک فلیپ فلاپ می تواند شامل دو سیگنال ورودی، صفر یا یک در پایه یا پایه های ورودی باشد. ضمنا یک فلیپ فلاپ دارای یک پایه زمانی ( clock ) و یک خروجی ( out put ) و دو پایه set و reset می باشد. فلیپ فلاپ ها معمولا دارای یک خروجی معکوس خروجی اصلی هم هستند. یعنی از نظر منطقی خروجی معکوس یا متمم ، برعکس خروجی اصلی است و اگر خروجی اصلی مثلا دارای سطح منطقی یک ( مثلا ۵ ولت ) باشد خروجی متمم ( مکمل هم می گویند ) به صورت معکوس خروجی اصلی (در این مثال صفر منطقی ) خواهد بود. آن را آلاکلنگ نامیده اند چون خروجی آن بین صفر و یک تغییر می کند.

بعضی از فلیپ فلاپ ها شامل یک پایه clear می باشند که خروجی را دوباره راه اندازی (reset ) می کنند. در واقع فیلیپ فلاپ ها یکی از انواع مدارات مجتمع ( IC ) هستند که برای کار به اتصالات تغذیه ( VCC یا VDD ) و زمین ( GND ) نیاز دارند.
تغییرات پالسهای ورودی که منظور همان صفر و یک دیجیتال می باشند، بهمراه پایه clock سبب تغییرات در خروجی می شوند. عملا هر تغییری در وضعیت خروجی، به طور همزمان وابسته به تغییرات پالس در پایه clock است. (پایه کلاک را به صورت CLK یا CP به معنی کلاک پالس CLOCK PULS هم نشان می دهند)

مشخصات آیسی های فلیپ فلاپ ها مثلا پایه های ورودی، خروجی و بقیه پایه ها توسط کارخانه های سازنده در دفترچه هایی تحت عنوان دیتاشیت data sheet قرار می گیرند.

فلیپ فلاپ ها انواع متفاوتی دارند که این انواع مختلف عبارتند از:

• فلیپ فلاپ SR یا RS
• فلیپ فلاپ JK
• فلیپ فلاپ T
• فلیپ فلاپ D

فلیپ فلاپ SR یا RS

فلیپ فلاپ SR یک المان ساخته شده از نیمه هادی الکترونیکی است (SET یا RESET ) که می تواند به عنوان یک عنصر تاخیر دهنده به کار گرفته شود. این المان فیزیکی دارای دو ورودی به نام های R و S می باشد و دو خروجی دارد که یکی متمم دیگری است.
طرز کاراین فلیپ فلاپ در جدول صحت و درستی آن به این شکل است که وقتی عملکرد مدار را بررسی می کنیم اگر S=1 و R=0 باشد، اصطلاحا می گویند مدار set است یعنی خروجی آن ۱ شده است. اگر پس از آن S=0 شود، مدار در وضعیت set باقی می ماند ولی اگر R=1 شود اصطلاحا می گویند مدار Reset شده است یعنی خروجی در این لحظه صفر است، و اگر در این لحظه R=0 شود مدار در حالت Reset باقی می ماند.

بنابراین R=0 و S=0 در خروجی نشان می دهد که کدامیک از S یا R آخرین بار برابر ۱ بوده است. یعنی مدار آخرین وضعیت غیر صفر ورودی را به خاطر سپرده است. مطابق جدول کارنو اگر R و S همزمان در حالت ۱ قرار گیرند مدار در حالت نامشخص خواهد بود. به این خاطر مدارهای دارای فلیپ فلاپ SR را طوری طراحی می کنند که هیچ گاه ورودی های S و R همزمان برابر ۱ نشود.

این مورد محدودیتی برای فلیپ فلاپ SR است، که در فلیپ فلاپ JK این نقص برطرف شده است.

فلیپ فلاپ JK

این عنصر هم یک المان الکترونیکی از جنس نیمه هادی بوده و دارای دو ورودی به نام J و K می باشد و نیز دارای دو خروجی است که یکی متمم دیگری است و در آن محدودیت فلیپ فلاپ SR را رفع کرده اند و دو ورودی J=۱ و ۱=K برای این مدار قابل قبول است.

در این فلیپ فلاپ همانند نوع SR ورودی تمام صفر یعنی J=0 و K=0 تاثیری در حالت خروجی فلیپ فلاپ ندارد و همان حالت قبلی حفظ می شود. ولی اگر J=۱ و ۱=K باشد یک ورودی قابل قبول است که باعث تغییر حالت در مقدار خروجی می شود.

فلیپ فلاپ T

این فلیپ فلاپ عنصر تاخیر دهنده بوده و دارای یک ورودی به نام T است و دو خروجی به صورت Y یا Q و متمم آن دارد.

چنانچه T=1 شود باعث تغییر در خروجی می شود یعنی اگر خروجی صفر باشد با کلاک بعدی مقدار آن خروجی یک می شود و برعکس اگر خروجی یک باشد با ورود یک کلاک ( به پایه CLK یا CP ) مقدار آن صفر می شود. این فلیپ فلاپ را به این خاطر فلیپ فلاپ جهشی نیز می نامند.

فلیپ فلاپ T همانند فلیپ فلاپ JK است که دو ورودی آن از یک متغیر مقدار می گیرد یعنی یا هر دو J و K مقدار صفر و یا هر دو مقدار یک دارند. به این ترتیب در مواقعی یک است، ایجاد جهش می کند.

فلیپ فلاپ D

این فلیپ فلاپ به عنوان ذخیره کننده یک بیت دیتا بسیار پرکاربرد است و از نظر تاخیر نیز شبیه به یک عنصر تاخیر دهنده ساعت عمل می کند به این ترتیب که هر ورودی به آن می دهیم در یک فاصله زمانی مشخصی که به اندازه یک کلاک پالس ( پالس ساعت ) است همان ورودی را در خروجی دریافت می کنیم.

از این رو این فلیپ فلاپ را فلیپ فلاپ تاخیر ( Delay ) می نامند. این فلیپ فلاپ یک ورودی به نام D دارد. البته در آموزش الکترونیک بصورت کاربردی در کلاس کامتک شرح مفصل تر داده خواهد شد.

معمولاً ورودی کلاک با قرارگیری شکل یک مثلث کوچک چسبیده به کنار شماتیک از سایر ورودی‌ها متمایز می‌گردد. اکثر فلیپ-فلاپ‌ها دارای دو خروجی هستند: یکی خروجی معمولی و دیگری خروجی متمم (وارون). علت وجود خروجی وارون صرفاً به ساختمان داخلی فلیپ-فلاپ برمی‌گردد و دلیل خاصی ندارد.