فلیپ‌فلاپ

فلیپ 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 (منطق ۱) است و اگر Q=۰ و Q'=۱ باشد، در حالت بازنشانی است. خروجی‌های Q و 'Q متمم هستند؛ با این وجود وقتی هر دوی آن‌ها یک شوند، حالت تعریف نشده داریم.

${\displaystyle Q_{next}=S+{\overline {R}}Q}$

X در جدول نشان دهنده حالت بی‌اهمیت است.

فلیپ فلاپ JK نسخه تقویت شده فلیپ فلاپ SR میباشد، به طوری که ترکیب J = K = 1 به صورت دستور تغییر وضعیت فلیپ فلاپ عمل میکند یعنی مقدار فعلی خود را مکمل میکند برخلاف SR که S = R = 1 در آن تعریف نشده بود. همچنین مشابه SR ترکیب J = 1, K = 0 باعث ست شدن فلیپ فلاپ میشود و J = 0, K = 1 باعث ریست شدن(بازنشانی) فلیپ فلاپ میشود در حالی که J = K = 0 حالت قبلی فلیپ فلاپ را حفظ میکند. برای ساخت فلیپ فلاپ D با استفاده از JK میتوان مکمل J را به ورودی K متصل کرد. همچنین برای ساخت فلیپ فلاپ T میتوان J را به ورودی K متصل کرد. فلیپ فلاپ JK به عنوان فلیپ فلاپ همه کاره شناخته میشود چون با استفاده از آن میتوان سه نوع فلیپ فلاپ SR, D , T را ساخت.

معادله مشخصه فلیپ فلاپ JK به صورت زیر است:

${\displaystyle Q_{next}=J{\overline {Q}}+{\overline {K}}Q}$

و جدول درستی متناظر با آن:

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)

${\displaystyle Q_{next}=T\oplus Q=T{\overline {Q}}+{\overline {T}}Q}$

T Flip-Flop operation[۴]
جدول مشخصه				جدول تحریک
${\displaystyle T}$	${\displaystyle Q}$	${\displaystyle Q_{next}}$	Comment	${\displaystyle Q}$	${\displaystyle Q_{next}}$	${\displaystyle T}$	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 ذخیره‌کننده یک بیت دیتا بسیار پرکاربرد است و از نظر تأخیر نیز شبیه به یک عنصر تأخیر 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 تأخیر (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.

یکی از حالت‌های حذف حالت نامطلوب در فلیپ‌فلاپ SR این است که مطمئن شویم هیچگاه آن دو با هم یک نخواهند شد؛ چرا که در فلیپ‌فلاپ‌ها، ورودی از خروجی قبلی نیز متأثر 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.

X حالت بی اهمیت را نشان میدهد به این معنی که سیگنال ورودی تاثیری در خروجی ندارد.

ورودی فیلپ فلاپ باید در بازهای از زمان پیرامون لبه بالارونده ساعت ثابت بماند. به این بازه، پنجره نمونه برداری گفته میشود. تصور کنید میخواهید از یک قورباغه روی برگ نیلوفر عکس بگیرید. فرض کنید قورباغه به داخل آب میپرد. اگر شما در حین پرش قورباغه به آب از آن عکس بگیرید، شما یک عکس تار از قورباغه در حال پرش به داخل آب خواهید گرفت و مشخص نیست قورباغه در چه حالتی بود، اما اگر وقتی که روی برگ بی حرکت نشسته است (یا داخل آب بی حرکت است) میتوانید یک تصویر واضح از قورباغه بگیرید. به همین ترتیب، ورودی فیلپ فلاپ باید در طول پنجره نمونه برداری ثابت باقی بماند.

زمان راه اندازی (Setup time) حداقل مدت زمانی است که ورودی داده باید قبل از کلاک ساعت ثابت بماند، به طوری که داده ها به طور قابل اعتمادی توسط کلاک نمونه برداری شود.

زمان نگه داری (Hold time) حداقل مدت زمانی است که ورودی داده باید بعد از کلاک ساعت ثابت بماند، به طوری که داده به طور قابل اعتمادی توسط کلاک نمونه برداری شود.

پنجره نمونه برداری (Aperture) مجموع زمان راه اندازی و نگه داری است. ورودی داده باید در طول این دوره زمانی ثابت بماند.

زمان بازیابی (Recovery time) حداقل مدت زمانی است که ورودی تنظیم (SET) یا تنظیم مجدد (RESET) آسنکرون (ناهمزمان) باید قبل از کلاک ساعت غیرفعال باشند، به طوری که داده ها به طور قابل اعتمادی توسط کلاک نمونه برداری شود. بنابراین، زمان بازیابی برای ورودی ست یا ریست آسنکرون مشابه زمان راه اندازی برای ورودی داده است.

زمان حذف (Removal time) حداقل مدت زمانی است که که ورودی تنظیم (SET) یا تنظیم مجدد (RESET) آسنکرون (ناهمزمان) باید پس از کلاک ساعت غیرفعال باشند، به طوری که داده ها به طور قابل اعتمادی توسط کلاک نمونه برداری شود. بنابراین، زمان بازیابی برای ورودی ست یا ریست آسنکرون مشابه زمان نگه داری برای ورودی داده است.