فلیپ فلاپها و انواع آن

در الکترونیک و کامپیوتر، فلیپ فلاپ Flip-Flop یک نوع مدار 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 ورودی باشد. ضمنا یک فلیپ فلاپ دارای یک پایه زمانی(clock) و یک خروجی(out put) و دو پایه set و reset می باشد.
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 و زمین 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 پایهclock است. 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
فلیپ فلاپ JK
فلیپ فلاپ T
فلیپ فلاپ D

فلیپ فلاپ SR یک المان فیزیکی است 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 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 تاخیر دهنده دارای دو ورودی به نام J و K می باشد و دو خروجی آن یکی متمم دیگری است و در آن محدودیت فلیپ فلاپ SR را رفع کرده اند و دو ورودی J=1 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=1 و ۱=K باشد یک ورودی قابل قبول است که باعث تغییر حالت در مقدار خروجی می شود.

فلیپ فلاپ T
این عنصر تاخیر دهنده دارای یک ورودی به نام T است و دو خروجی به صورت Y و متمم آن دارد.
چنانچه T=1 شود باعث تغییر در خروجی می شود یعنی اگر خروجی صفر باشد مقدار آن یک می شود و برعکس اگر خروجی یک باشد 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 مدار تاخیر دهنده 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 بعدا همان ورودی را به صورت 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.

تصویر و جدول حالت لچ rs با گیت های nor

فرق لچ با فلیپ فلاپ چیه؟

لچ: یک حافظه است که نسبت به ورودی ها شفاف است یعنی اگر سیگنال کنترلی لچ فعال باشد هر تغییر در ورودی های لچ بعد از زمان اندکی در خروجی لچ ظاهر میشود.

فلیپ فلاپ : یک حافظه که نسبت به ورودی ها شفاف نیست. یعنی ممکن است ورودی ها بلافاصله حالت خروجی را تغییر ندهند.تغییر حالت فقط در بازه های زمانی گسسته یعنی در لبه های بالا رونده یا پایین رونده سیگنال کنترلی امکان پذیر است. خوب در هر دو مورد برای کنترل خروجی از سیگنال کنترلی استفاده میشه ولی در لچ اگر زمان فعال بودن سیگنال کنترلی از حد لزوم بیشتر باشه میتونه باعث ناپایداری و چند بار تغییر در خروجی بشه.برای جلوگیری از اینکار میتونیم عرض سیگنال کنترلی رو کم کنیم ولی این روش محدودیت داره اونم به خاط اینکه قطعات قادر به شناسایی اون نخواهند بود، به دلیل پهنای کم. روش دیگه اینه که کاری کنیم در زمان فعال بودن سیگنال کنترلی خروجی تغییر نکنه و تغییر خروجی فقط هنگام ایجاد لبه تغییر کنه.