فلیپ‌فلاپ

R1, R2 = 1 k R3, R4 = 10 k
چپ
در الکترونیک دیجیتال فلیپ‌فلاپ یا لچ نوعی مدار است که داری دو حالت پایدار است و می‌تواند ۱ بیت (که شامل حالت فلیپ‌فلاپ است) را در خود ذخیره کند.یک فلیپ‌فلاپ یک مدار نوسان ساز بای-استابل است. مدار می‌تواند به شکلی ساخته شده باشد، که به وسیله سیگنال‌های گرفته شده از یک یا چند ورودی، یک یا چند خروجی را تولید کند. یک فلیپ‌فلاپ یکی از حافظه‌های ابتدایی در مدارهای ترتیبی می‌باشد. فلیپ‌فلاپ‌ها از بلاک‌های اصلی مدارهای دیجیتال هستند و استفاده‌های فراوانی در رایانه و طراحی مدارهای مخابراتی دارند.
از فلیپ‌فلاپ‌های برای طراحی سلول‌های حافظه استفاده می‌شود. یک فلیپ‌فلاپ امکان ذخیره‌سازی یک بیت را دارد، که می‌تواند در حالت یک یا صفر باشد. چنین سلول حافظه‌ای برای نگهداری حالت، و مدار‌هایی که در الکترونیک به عنوان مدار‌های ترتیبی یاد می‌شود، استفاده می‌شود. زمانی که از یک ماشین حالات متناهی استفاده می‌شود، خروجی نه تنها وابسته به ورودی فعلی است، بلکه وابسته به حالت موجود فعلی نیز می‌باشد(بنابراین وابسته به ورودی قبلی هم هست). همچنین می‌توان برای شمارش واحد زمانی، هم‌گاه سازی چند ورودی در زمان‌های مختلف برای ساخت یک واحد زمانی جداگانه، استفاده کرد.
فلیپ‌فلاپ می‌تواند به شکل ساده(شفاف یا غیر شفاف) یا همراه با سیگنال ساعت (هم‌گاه سازی شده یا لبه سیگنال) باشد۰ اگرچه کلمه فلیپ‌فلاپ به شکل کلی به هر دو نوع ساده و همراه با سیگنال ساعت اشاره دارد، اما امروزه، فلیپ‌فلاپ را برای مدار‌های دارای سیگنال ساعت استفاده می‌کنند و برای شکل ساده آن از کلمه لچ استفاده می‌کنند.
در اصطلاح علمی، لچ حساس به سطح است، و فلیپ‌فلاپ حساس به لبه. به همین دلیل زمانی که لچ فعال می‌شود، وضعیت آن روشن است در حالی که یک فلیپ‌فلاپ تنها با تغییر حالت ساعت، حالتش تغییر می‌کند.
تاریخچه
نخستین فیلیپ فلاپها در سال ۱۹۱۸ میلادی توسط ویلیام اکلز و فرانک ویلفرد جوردن اختراع گردید.
انواع فیلیپ فلاپها
فیلیپ فلاپها انواع مختلفی دارند که عبارتند از:
فلیپ فلاپ SR
فلیپ فلاپ JK
فلیپ فلاپ T
فلیپ فلاپ D
فلیپ فلاپ SR
سمبل لچ SR
فیلیپ فلاپ SR مداری با دو گیت NAND یا NOR است که به‌طور متقاطع به هم وصل گردیده‌اند. این مدار دو ورودی set و reset دارد. لچ دارای دو حالت مفید است. وقتی خروجی Q=۱ و Q=۰ لچ در حالت نشانده (منطق۱) است و اگر Q=۰ و Q=۱ باشد در حالت بازنشانی است. خروجی‌های Q و Q متمم با این وجود وقتی هر دوی آنها یک شوند حالت تعریف نشده داریم.
جدول مشخصه فیلیپ فلاپ SR (ساخته شده با گیت NOR(
جدول مشخصه
جدول تحریک
S
R
Action
Q(t)
Q(t+1)
S
R
Action
۰
۰
حفظ حالت قبل
0
0
0
X
بدون تغییر
0
1
Q = 0
1
0
0
1
reset
1
0
Q = 1
0
1
1
0
set
۱
۱
حالت تعریف نشده
1
1
X
0
race condition
X در جدول نشان دهنده حالت بی‌اهمیت است.
فلیپ فلاپ JK
سمبل فیلیپ فلاپ JK با کلاک
فلیپ فلاپ JK طبق شکل دارای دو ورودی و دو خروجی و یک پایه کلاک (clk) است. این فیلیپ فلاپ به خاطر پایه کلاک مشکل فیلیپ فلاپ SR را ندارد (در فیلیپ فلاپ SR دو ورودی با هم نمی‌توانند یک شوند):
JK Flip Flop operation
جدول مشخصه
جدول تحریک
J
K
Q next
Comment
Q
Q next
J
K
Comment
0
0
Q prev
hold state
0
0
0
X
بدون تغییر
0
1
0
reset
0
1
1
X
Set
1
0
1
set
1
0
X
1
Reset
1
1
Q prev
toggle
1
1
X
0
No change
فلیپ فلاپ T
سمبل فیلیپ فلاپ T
فلیپ فلاپ T فلیپ‌فلاپی است که از آن برای تاگل (Toggle) کردن استفاده می‌شود. (اگر T=۰ باشد با آمدن کلاک، خروجی همان وضعیت قبلی خواهد بود یعنی اگر صفر باشد خروجی صفر و اگر یک باشد خروجی یک خواهد بود؛ و اگر T=۱ باشد با آمدن کلاک، خروجی معکوس وضعیت قبلی خواهد بود)
T Flip-Flop operation
جدول مشخصه
جدول تحریک
Comment
Comment
0
0
0
hold state (no clk)
0
0
0
No change
0
1
1
hold state (no clk)
1
1
0
No change
1
0
1
toggle
0
1
1
Complement
1
1
0
toggle
1
0
1
Complement
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 می‌کند به این ترتیب که هر ورودی به آن می‌دهیم در یک فاصله زمانی مشخصی که به اندازه یک کلاک پالس (پالس ساعت) است همان ورودی را در خروجی دریافت می‌کنیم.
از این رو این فلیپ فلاپ را فلیپ فلاپ تاخیر (Delay) می‌نامند. این فلیپ فلاپ یک ورودی به نام D دارد.
فلیپ فلاپ T همانند فلیپ فلاپ JK است که دو ورودی آن از یک متغیر مقدار می‌گیرد یعنی یا هر دو J و K مقدار صفر یا هر دو مقدار یک دارند. به این ترتیب در مواقعی یک است، ایجاد جهش می‌کند.
فلیپ فلاپ D
سمبل DFF
یکی از حالتهای حذف حالت نامطلوب در فلیپ‌فلاپ SR این است که مطمئن شویم هیچگاه آن دو با هم یک نخواهند شد چراکه در فلیپ‌فلاپ‌ها ورودی از خروجی قبلی نیز متاثر می‌شود و وقتی ورودی‌ها هر دو یک باشند پیشبینی خروجی جدید ممکن نیست. این کار با لچ D میسر است زیرا یک ورودی می‌پذیرد و در ساختار داخلی آن از خود ورودی و عکس(NOT) آن استفاده می‌شود.
کاربرد
از فلیپ‌فلاپ‌ها می‌توان در شمارنده‌ها، ذخیره‌سازی اطلاعات و … استفاده نمود.
رجیستر
شیفت رجیستر