آموزش الکترونیک

فلیپ فلاپ چیست؟ آموزش کاربرد فلیپ فلاپ و انواع آن

فلیپ فلاپ ها در ذخیره سازی اطلاعات ضروری هستند. آن ها مدار های الکترونیکی با دو حالت پایدار هستند که برای ذخیره داده های باینری استفاده می شوند. چنین مداری دارای یک یا چند ورودی کنترل و یک یا دو خروجی است. با اعمال ورودی های مختلف، داده های ذخیره شده را می توان تغییر داد. در منطق ترتیبی، فلیپ فلاپ عنصر اصلی ذخیره سازی است. آن ها بلوک های سازنده سیستم های الکترونیکی مانند کامپیوتر ها و دستگاه های ارتباطی هستند.

یک فلیپ فلاپ قادر است یک بیت از اطلاعات را در خود ذخیره کند. دو حالت یک فلیپ فلاپ نشان دهنده “یک” و “صفر” است. خروجی و حالت بعدی یک فلیپ فلاپ به ورودی و حالت فعلی آن بستگی دارد. یک فلیپ فلاپ برای شمارش پالس ها و همگام سازی سیگنال های ورودی با زمان متغیر با برخی سیگنال های مرجع استفاده می شود. یک فلیپ فلاپ می تواند حساس به سطح یا لبه باشد. فلیپ فلاپ های حساس به سطح می توانند ناهمزمان، شفاف یا کدر باشند، در حالی که فلیپ فلاپ های حساس به لبه می توانند همزمان یا کلاک باشند.

پیشنهاد میکنم ابتدا مقاله مدار منطقی را بخوانید.

فلیپ فلاپ مربوط به دستگاه های کلاک شده یا کلاکینگ است. دستگاه های کلاک شده فقط سیگنال اختصاصی ساعت را انتقال می دهند. یک فلیپ فلاپ بر اساس مقادیر سیگنال های ورودی در انتقال ناشی از کلاک، سیگنال خروجی خود را تغییر داده یا حفظ می کند. برخی از فلیپ فلاپ ها خروجی را در لبه مثبت (بالا رونده) ساعت و برخی دیگر در لبه منفی (پایین رونده) تغییر می دهند. از آنجا که مراحل تقویت اولیه معکوس هستند، می توان دو مرحله را به هم متصل کرد تا تقویت کننده غیر وارون مورد نیاز را تشکیل دهد.

کاربرد فلیپ فلاپ

فلیپ فلاپ کاربرد های زیادی دارد. در الکترونیک دیجیتال، فلیپ فلاپ های حساس به لبه به عنوان یک جزء اصلی برای مدار های ترتیبی استفاده می شوند. از جمله کاربرد های آن ذخیره یا انتقال داده های باینری از یک مکان خاص به مکان دیگر و به عنوان شمارنده است. بعضی از کاربرد ها از عملکرد کلاک فلیپ فلاپ استفاده می کنند و این کاربرد ها در گروه مدار های ترتیبی قرار می گیرند. فلیپ فلاپ ها در شمارنده ها، ثبات های ذخیره سازی، ثبات های جابجایی (رجیستر های شیفت)، مدار های تقسیم فرکانس و انتقال داده ها دیده می شوند.

شمارنده ها

از این دستگاه های الکترونیکی به طور گسترده ای در الکترونیک به ویژه سیستم های دیجیتال استفاده می شود. شمارنده ها تعداد یک رویداد خاص را که در یک بازه زمانی مشخص اتفاق می افتد، حساب می کنند. از آنجا که شمارنده ها حالات گذشته را به یاد می آورند، بنابراین باید حافظه داشته و برای این منظور از فلیپ فلاپ استفاده کنند. شمارنده ها می توانند همزمان یا ناهمزمان باشند. برای شمارنده های همزمان، فلیپ فلاپ ها به همان سیگنال ساعت متصل می شوند. این فلیپ فلاپ ها همزمان فعال می شوند. برای شمارنده های ناهمزمان، فلیپ فلاپ ها به هم متصل شده و تکمیل می شوند.

ثبات ها (رجیستر ها)

یک ثبات گروهی از فلیپ فلاپ هاست. همانطور که گفته شد هر فلیپ فلاپ قادر است یک بیت از اطلاعات را در خود ذخیره کند. یک ثبات n بیت مجموعه ای از n فلیپ فلاپ می باشد که n بیت از اطلاعات دودویی را درخود ذخیره می کند.

انتقال داده

این فرآیند انتقال داده ها از یک ثبات به ثبات دیگر است. امروزه می توان داده ها را با استفاده از فلیپ فلاپ منتقل کرد.

انواع فلیپ فلیپ

فلیپ فلاپ چهار نوع متداول دارد:

فلیپ فلاپ SR

فلیپ فلاپ SR مشابه لچ های SR است. این نوع فلیپ فلاپ دو ورودی به نام S به معنی نشاندن (set) و R برای بازنشانی (Reset)، و یک ورودی Clock دارد. وقتی Clock فعال می شود، اگر ورودی SET برابر 1 باشد، خروجی Q برابر 1 می شود. از طرف دیگر، اگر ورودی RESET برابر 1 باشد، خروجی Q برابر 0 می شود.

به یاد داشته باشید که فلیپ فلاپ های SR دو ورودی دارند و هر دوی SET و RESET هنگامی که Clock فعال است نباید مقدار 1 را داشته باشند. این نوع فلیپ فلاپ فقط با Clock مثبت یا Clock منفی کار می کند.

فلیپ فلاپ SR فقط با Clock مثبت یا Clock منفی کار می کند. در حالی که لچ SR با سیگنال فعال کار می کند. دیاگرام مدار فلیپ فلاپ SR در شکل زیر نشان داده شده است.

فلیپ فلاپ SR

این مدار دارای دو ورودی S و R و دو خروجی Qt و ’Qt است. عملکرد فلیپ فلاپ SR مشابه لچ SR است. اما، این فلیپ فلاپ تنها هنگامی که انتقال مثبت سیگنال ساعت اعمال می شود، بر خروجی ها تأثیر می گذارد.

جدول زیر جدول حالت فلیپ فلاپ SR را نشان می دهد.

اگر در مورد این مطلب سوالی دارید در قسمت نظرات بپرسید
S R Qt+1t+1
0 0 Qtt
0 1 0
1 0 1
1 1

در اینجا ، Qt و Qt + 1 به ترتیب حالت فعلی و بعدی هستند. بنابراین ، هنگامی که انتقال مثبت سیگنال ساعت اعمال می شود ، می توان برای یکی از این سه عملکرد مانند نگه داشتن ، تنظیم مجدد و تنظیم بر اساس شرایط ورودی ، از فلیپ فلاپ SR استفاده کرد. جدول زیر جدول مشخصات SR flip-flop را نشان می دهد.

ورودی فعلی وضعیت فعلی وضعیت بعدی
S R Qtt Qt+1t+1
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 x
1 1 1 x

با استفاده از جدول کارنو سه متغیره، می توانیم حالت بعدی (Q (t + 1 را بدست آوریم. این جدول در شکل زیر نشان داده شده است:

جدول کارنو 3 متغیر

حداکثر گروه بندی های ممکن انجام شده است. بنابراین، بیان ساده شده برای حالت بعدی (Q (t + 1 برابر است با:

Q (t + 1) = S + R′Q (t)

فلیپ فلاپ JK

نسخه اصلاح شده فلیپ فلاپ SR، فلیپ فلاپ JK است، فقط با Clock مثبت یا Clock منفی کار می کند. این نوع فلیپ فلاپ دارای دو ورودی J و K است. ورودی J یک فلیپ فلاپ JK مانند ورودی SET یک فلیپ فلاپ SR است. به همین ترتیب، ورودی K یک فلیپ فلاپ JK مانند ورودی RESET یک فلیپ فلاپ SR عمل می کند. در یک فلیپ فلاپ SR، ورودی های SET و RESET نمی توانند هر دو 1 باشند. در فلیپ فلاپ JK، هر دو ورودی J و K می توانند 1 باشند. وقتی این اتفاق می افتد خروجی معکوس می شود.

فلیپ فلاپ JK نسخه اصلاح شده فلیپ فلاپ SR است. این فقط با Clock مثبت یا Clock منفی کار می کند. دیاگرام مدار فلیپ فلاپ JK در شکل زیر نشان داده شده است.

فلیپ فلاپ JK

این مدار دارای دو ورودی J و K و دو خروجی Qt و ’Qt است. عملکرد فلیپ فلاپ JK مشابه فلیپ فلاپ SR است. در اینجا ، ما ورودی های فلیپ فلاپ SR را برابر S = J Qt و’R = K Qt در نظر گرفتیم تا بتوانیم از فلیپ فلاپ SR اصلاح شده برای 4 ترکیب ورودی استفاده کنیم.

جدول زیر جدول حالت فلیپ فلاپ JK را نشان می دهد.

J K Qt+1t+1
0 0 Qtt
0 1 0
1 0 1
1 1 Qtt

در اینجا، Qt و (Q (t + 1 به ترتیب حالت فعلی و بعدی هستند. بنابراین، هنگامی که انتقال مثبت سیگنال ساعت اعمال می شود، می توان برای یکی از این چهار عملکرد مانند نگه داشتن، بازنشانی (Reset)، نشاندن (set) و تکمیل حالت فعلی بر اساس شرایط ورودی، فلیپ فلاپ JK استفاده کرد.

جدول زیر جدول مشخصه فلیپ فلاپ JK را نشان می دهد.

ورودی های فعلی وضعیت فعلی وضعیت بعدی
J K Qtt Qt+1t+1
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 0

با استفاده از جدول کارنو سه متغیره، می توانیم بیان ساده شده برای حالت بعدی (Q (t + 1 را بدست آوریم. این جدول در شکل زیر نشان داده شده است.

جدول کارنو سه متغیر برای فلیپ فلاپ JK

حداکثر گروه بندی های ممکن انجام شده است. بنابراین، عبارت ساده شده برای حالت بعدی (Q (t + 1 می باشد

Q(t+1)=JQ(t)′+K′Q(t)

فلیپ فلاپ D

به غیر از ورودی Clock، یک فلیپ فلاپ D فقط یک ورودی دارد: ورودی DATA. اگر ورودی D برابر 1 باشد، خروجی Q برابر 1 می شود. اگر ورودی D برابر 0 باشد، خروجی Q هم 0 است. این نوع فلیپ فلاپ فقط با Clock مثبت یا Clock منفی کار می کند. فلیپ فلاپ D به عنوان عنصر تأخیر دهنده نیز شناخته می شود زیرا این نوع فلیپ فلاپ پس از تأخیر یک پالس ساعت، داده های خود را بین ورودی و خروجی های خود منتقل می کند. اکثر فلیپ فلاپ های D شامل ورودی های S و R هستند که به شما امکان تنظیم یا تنظیم مجدد فلیپ فلاپ را می دهند.

فلیپ فلاپ D فقط با Clock مثبت یا Clock منفی کار می کند. در حالی که، لچ D با سیگنال فعال کار می کند. به این معنی که، خروجی فلیپ فلاپ D به استثنای انتقال سیگنال ساعت، نسبت به تغییرات ورودی حساس نیست. دیاگرام مدار فلیپ فلاپ D در شکل زیر نشان داده شده است.

مدار فلیپ فلاپ D

این مدار دارای یک ورودی D و دو خروجی Qt و ’Qtاست. عملکرد فلیپ فلاپD مشابه لچ D است. اما، این فلیپ فلاپ تنها هنگامی که انتقال مثبت سیگنال ساعت اعمال می شود، بر خروجی ها تأثیر می گذارد.

جدول زیر جدول درستی فلیپ فلاپ D را نشان می دهد.

D Qt + 1t + 1
0 0
1 1

بنابراین، فلیپ فلاپ D همیشه اطلاعات را خود نگه می دارد و وقتی Clock ورودی یک انتقال مثبت انجام می دهد مقدار D به Q منتقل می شود. از جدول حالت فوق می توان معادله حالت بعدی را مستقیماً به صورت زیر نوشت

Q (t + 1) = D

حالت بعدی فلیپ فلاپ D همیشه برای هر پالس مثبت ساعت برابر با داده ورودی است. از این رو، می توان از فلیپ فلاپ D در رجیستر ها، ثبات های جابجایی (رجیستر های شیفت) و برخی از شمارنده ها استفاده کرد.

فلیپ فلاپ T

این نوع فلیپ فلاپ از نظر تجاری در دسترس نیست. با این حال، شما می توانید با استفاده از یک فلیپ فلاپ JK یا یک فلیپ فلاپ D آن را بسازید. فلیپ فلاپ D شبیه یک فلیپ فلاپ JK است. خروجی با هر پالس ساعت بین 1 و 0 متناوب است.

فلیپ فلاپ T یک فلیپ فلاپ متمم ساز است و می توان آن را با گره زدن دو ورودی J و K ایجاد کرد. وقتی 0=T باشد (J=K=0) لبه ساعت خروجی را عوض نمی کند. وقتی که 1=T است (J=K=1) لبه ساعت خروجی را معکوس می کند.

فلیپ فلاپ T نسخه اصلاح شده فلیپ فلاپ JK است و با اتصال ورودی T به هر دو ورودی فلیپ فلاپ JK بدست می آید. فلیپ فلاپ T فقط با Clock مثبت یا Clock منفی کار می کند. دیاگرام مدار فلیپ فلاپ در شکل زیر نشان داده شده است.

فلیپ فلاپ T

این مدار دارای یک ورودی T و دو خروجی Qt و ’Qt است. عملکرد فلیپ فلاپ T مانند عملکرد فلیپ فلاپ JK است. در اینجا، ما ورودی های فلیپ فلاپ JK را برابر T در نظر گرفته ایم (J=K=T) تا از فلیپ فلاپ اصلاح شده JK برای ساخت فلیپ فلاپ T استفاده کنیم. بنابراین، ما به جای دو ورودی J و K یک ورودی T داریم.

جدول زیر جدول حالت فلیپ فلاپ T را نشان می دهد.

D Qt+1t+1
0 Qtt
1 Qtt

در اینجا ، Qt و Qt + 1 به ترتیب حالت فعلی و بعدی هستند. بنابراین ، هنگامی که انتقال مثبت سیگنال ساعت اعمال می شود ، می توان از T flip-flop برای یکی از این دو عملکرد مانند نگهداشتن و تکمیل حالت فعلی بر اساس شرایط ورودی استفاده کرد. جدول زیر جدول مشخصات فلیپ فلاپ T را نشان می دهد.

ورودی وضعیت فعلی وضعیت بعدی
T Qtt Qt+1t+1
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

از جدول مشخصه فوق می توان معادله حالت بعدی را بصورت زیر نوشت

Q (t + 1) = T’Q (t) + TQ(t)’
⇒Q (t + 1) = T⊕Q (t)

خروجی فلیپ فلاپ T همیشه برای هر انتقال مثبت سیگنال ساعت تغییر می کند، وقتی که ورودی T در منطق 1 باقی بماند. از این رو، می توان از فلیپ فلاپ T در شمارنده ها استفاده کرد.

آی سی فلیپ فلاپ

آی سی CD4013 یک فلیپ فلاپ دوبل است که دارای دو نوع فلیپ فلاپ نوع D یکسان و مستقل است. از آنجا که مستقل هستند، هر فلیپ فلاپ نوع D ورودی set، ورودی Reset، ورودی clock و خروجی Q را دارد. این IC می تواند برای مدارهای کنترل، ثبات ها، شمارنده ها و موارد دیگر استفاده شود. صرف نظر از سطح ورودی های دیگر، هرکدام از ورودی های set یا Reset، خروجی را تنظیم می کند. و هر زمان ورودی های set و Reset، برابر 0 یا غیر فعال باشند ، فلیپ فلاپ بسته به Clock ورودی تنها به لبه مثبت (0 به1) پاسخ می دهد. این مورد تا حالت بعدی نگهداری می شود. منبع تغذیه مثبت که پین 14 است، باید از 3 ولت تا 16 ولت باشد. پین 7 زمین است.

IC فلیپ فلاپ

در زیر نماد شماتیک یک فلیپ فلاپ آورده شده است.

نماد شماتیک یک فلیپ فلاپ

شماتیک یک نمونه با استفاده از فلیپ فلاپ

شماتیک مدار با فلیپ فلاپ

فلیپ فلاپ چیست؟

فلیپ فلاپ مربوط به دستگاه های کلاکینگ است. دستگاه های کلاک شده فقط سیگنال ساعت را انتقال می دهند.

فلیپ فلاپ SR چیست؟

فلیپ فلاپ SR مشابه لچ های SR است. این فلیپ فلاپ دو ورودی  S  و R و یک ورودی Clock دارد.

4.6 (12 نفر)

برای دریافت مطالب جدید کانال تلگرام یا پیج اینستاگرام ما را دنبال کنید.

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید قرار بدهم. سوالات مربوط به این مطلب را در قسمت نظرات همین مطلب اعلام کنید. سعی میکنم در اسرع وقت به نظرات شما پاسخ بدهم.

5 نظر

  1. درود
    از مقاله شما متشکرم
    یک سوال و همچنین یک پیشنهاد داشتم
    سوال:
    آیا در فلیپ فلاپ CD4013
    حرف C مخفف Counter و حرف Dنوع فلیپ فلاپ را نشان میدهد؟
    پیشنهاد :
    همانطور که در آخرین شکل مقاله یک نمونه از فلیپ فلاپ نوع D را ارائه دادیدلطفا نمونه هائی هم از فلیپ فلاپهای مدل Jk و RS و T در مقاله بگنجانید تا مقاله تکمیلتر شود.

  2. سلام یه سوال داشتم
    فلیپ فلاپ با کدوم حالت پالس ورودیش تحریک میشه

    1. سلام عزیز
      خوشحالم که براتون مفید واقع شده

  3. سلام
    شمارنده ای که اول از 13-0 بعد از 9-4 بشمره با فلیپ فلاپ چطوری هست؟

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *