خانه » مفاهیم پایه الکترونیک » منطق ترتیبی » تبدیل فلیپ فلاپ ها

تبدیل فلیپ فلاپ ها

بازدید: 82

تبدیل فلیپ فلاپ ها
تبدیل فلیپ فلاپ ها
  1. خانه
  2. »
  3. مفاهیم پایه الکترونیک
  4. »
  5. تبدیل فلیپ فلاپ ها

تبدیل فلیپ فلاپ ها

بازدید: 82

فلیپ فلاپ‌‌ها بلوک‌‌های سازنده مدارات منطقی ترتیبی هستند که ‌‌می‌توانند به همدیگر تبدیل شوند و بیت‌‌های داده را ذخیره کنند.

تبدیل فلیپ فلاپ‌‌ها از یک نوع به نوعی دیگر کار پیچیده‌ای نیست. در مقاله‌های قبلی دیدیم که چگونه یک فلیپ فلاپ در یکی از 2 حالت پایدارش باقی ‌‌می‌ماند تا یک سیگنال محرک خارجی باعث تغییر وضعیت شود.

از آن جایی که فلیپ فلاپ‌‌ها دارای 2 حالت ثابت هستند، این نوع مدارات منطقی گاهی اوقات لچ یا قفل خوانده ‌‌می‌شوند چرا که خروجی‌‌هایشان روی وضعیت ورودی‌‌هایشان قفل شده و تا زمانی که تغییری در وضعیت ورودی به وجود نیاید، در همان شرایط باقی ‌‌می‌مانند.

همچنین دیدیم که یک فلیپ فلاپ دو حالته، ساده ترین المان ذخیره داده در مدارات منطقی ترتیبی ‌‌می‌باشد و ‌‌می‌تواند به صورتی پیکربندی شود که المان‌‌های حافظه ساده ای را به وجود بیاورد (برای این منظور، از فیدبک استفاده ‌‌می‌شود.) به یاد داشته باشید که یک مدار منطقی ترکیبی به هیچ نوع حافظه‌ای نیاز ندارند و بنابراین از فلیپ فلاپ‌‌ها استفاده نمی‌کنند. به هر حال، مدارات منطقی ترتیبی دارای حافظه ‌‌می‌باشند و بنابراین از انواع مختلفی از فلیپ فلاپ‌‌ها به استفاده ‌‌می‌کنند تا شرایط کنونی‌شان را به خاطر بسپارند.

اتصال داخلی گیت‌‌های منطقی برای ساخت المان‌‌های حافظه ‌‌می‌تواند کاربردهای دیگری نیز داشته باشد. به عنوان مثال، در مدارات لرزش‌گیر کلید، شیفت رجیسترها و شمارنده‌‌ها مورد استفاده قرار گیرد. همچنین المان‌‌های دو حالته از که قفل‌‌های دو حالته ساخته شده‌‌‌اند، اساس رجیسترها و جمع‌کننده‌‌ها را به وجود ‌‌می‌آورند که از آن‌‌ها در کامپیوترها یا میکروکنترلرها برای انجام محاسبات پیچیده ریاضی استفاده ‌‌می‌شود.

ساده و ابتدایی‌ترین راه برای ساخت یک فلیپ فلاپ تک بیتی، استفاده از دو گیت NOR به صورتی که در شکل نشان داده شده ‌‌می‌باشد.

با استفاده از گیت‌‌هایی که به صورت ضربدری به یکدیگر اتصال پیدا کرده‌‌‌اند و فیدبک دادن خروجی یک گیت به ورودی گیت دیگر، یک مدار حلقه بسته به وجود ‌‌می‌آید که خروجی‌‌هایش وابسته به وضعیت ورودی‌‌ها ‌‌می‌باشد که باعث به وجود آمدن حافظه ‌‌می‌شود.

همچنین فلیپ فلاپ‌‌ها متعلق به گروهی از مدارات دیجیتال سوییچینگ هستند که به آن‌‌ها مولتی‌ویبراتور اطلاق ‌‌می‌شود. یک مولتی ویبراتور دو حالته، نوعی از مدارات منطقی ‌‌می‌باشد که دارای 2 گیت دیجیتال فعال است که طوری طراحی شده که هنگا‌‌می‌که یک گیت عمل هدایت را انجام ‌‌می‌دهد، گیت دیگر در حالت قطع به سر ‌‌می‌برد. این دو دروازه منطقی دیجیتال، دو خروجی ثابت در وضعیت بالا و پایین را به وجود ‌‌می‌آورند. گفتنی است، این دو خروجی همواره مکمل یکدیگر ‌‌می‌باشند.

ما ‌‌می‌توانیم انواع مختلفی از مدارات فلیپ فلاپ را در حالت سنکرون یا غیرسنکرون (آسنکرون) به وجود بیاوریم. (فلیپ فلاپ‌‌های غیرسنکرون نیازی به سیگنال کلاک ندارند اما فلیپ فلاپ‌‌های سنکرون دارای سیگنال کلاک هستند.)

انواع فلیپ فلاپ

به صورت پایه 4 نوع فلیپ فلاپ وجود دارد:

فلیپ فلاپ یا لچ SR ( Set-Reset )

فلیپ فلاپ نوع T یا (Toggle)

بنابراین برای درک بهتر انواع مختلف فلیپ‌فلاپ، این مقاله به ما نشان ‌‌می‌دهد که چگونه ‌‌می‌توانیم فلیپ فلاپ‌‌های مختلف را به وسیله ایجاد تغییراتی در ورودی‌‌ها به یکدیگر تبدیل کنیم.

فلیپ فلاپ SR (Set-Reset)

ساده ترین قفل و مولتی ویبراتور دو حالته، فلیپ فلاپ SR ‌‌می‌باشد. فلیپ فلاپ SR یک مدار دو حالته مهم ‌‌می‌باشد چرا که دیگر فلیپ فلاپ‌‌ها بر اساس آن ساخته ‌‌می‌شوند.

فلیپ فلاپ SR توسط دو گیت NAND که به صورت ضربدری به یکدیگر متصل شده‌‌‌اند یا دو گیت NOR ضربدری ساخته ‌‌می‌شوند. مانند مدار مجتمع TTL 74LS00 و TTL 74LS02.

به طور کلی فلیپ فلاپ‌‌های دو حالته SR به اصطلاح شفاف هستند چرا که خروجی‌‌های این نوع فلیپ فلاپ به سرعت به تغییر در ورودی پاسخ ‌‌می‌دهد و از آن جایی که حاوی گیت‌های دارای فیدبک ‌‌می‌باشد، از دسته مدارات منطقی ترتیبی محسوب ‌‌می‌شود.

یک فلیپ فلاپ SR به صورت پایه دارای دو ورودی Set و Reset ودو خروجی Q و Q̅ ‌‌می‌باشد. خروجی‌‌ها همواره مکمل یکدیگر ‌‌می‌باشند. بنابراین، فلیپ فلاپ SR دارای 4 پایه اصلی ‌‌می‌باشد.

فلیپ فلاپ‌ SR با گیت NAND و NOR

فلیپ فلاپ‌ SR با گیت NAND و NOR

در بالا دو پیکربندی پایه برای فلیپ فلاپ‌‌های SR دو حالته دیده ‌‌می‌شود که یا از ورودی منفی گیت NAND و یا از ورودی مثبت گیت NOR استفاده ‌‌می‌کنند. یک لچ دو حالته SR که از دو گیت NAND ضربدری استفاده ‌‌می‌کند، در حالتی که هر دو ورودی در سطح منطقی یک قرار دارند، راه‌‌‌اندازی ‌‌می‌شود.

حال اگر سیگنال سطح پایین به S اعمال شود و R=1 باقی بماند، خروجی نیز به حالت بالا ‌‌می‌رود و قفل Set ‌‌می‌شود و اگر R=0 و S=1 خروجی برابر با صفر ‌‌می‌شود. در نتیجه قفل Reset ‌‌می‌شود. در قفل یا لچی که با گیت NAND ساخته شده، حالت S=R=0 ممنوع است.

حال اگر فلیپ فلاپ SR با دو گیت NOR که به صورت ضربدری به یکدیگر اتصال یافته‌‌‌اند درست شود، هنگا‌‌می‌که Q=1 و Q̅=0، قفل دو حالته به وضعیت Set ‌‌می‌رود و اگر Q=1 وQ̅=0 قفل Reset ‌‌می‌شود. در نتیجه عملکرد فلیپ فلاپ‌‌های NAND و NOR دقیقا مکمل یکدیگر ‌‌می‌باشد.

ساختن فلیپ فلاپ SR با استفاده از دو گیت NAND ضربدری به ورودی‌‌های سطح پایین نیاز دارد. به هر حال، ‌‌می‌توانید عملکرد یک فلیپ فلاپ SR NAND را به گونه‌ای طراحی کنید که شبیه به فلیپ فلاپ SR با دو گیت NOR در منطق بالا فعال شود. اما برای این منظور باید از دو گیت NOT استفاده کنیم.

تبدیل فلیپ فلاپ‌‌ها از سطح پایین فعال به ورودی‌‌ها به سطح بالای فعال در زیر نشان داده شده:

فلیپ فلاپ‌های Active HIGH

فلیپ فلاپ‌های Active HIGH

فلیپ فلاپ SR که در بالا مشاهده ‌‌می‌کنید و معادل‌‌های آن که در سطح بالا فعال ‌‌می‌شوند، همه از نوع غیرسنکرون ‌‌می‌باشند؛ به این معنا که ورودی‌‌ها و وضعیت حال حاضرشان به تنهایی مشخص کننده وضعیت بعدی ‌‌می‌باشد. اما به عنوان یک المان ذخیره داده تک بیتی ممکن است مایل باشید خروجی حال حاضر را صرف نظر از اینکه چه اتفاقی برای دو ورودی ‌‌می‌افتد نگه دارید. در این صورت، دو ورودی اضافی برای کنترل مدار دو حالته به آن اضافه خواهد شد.

با اضافه کردن دو گیت AND به همراه یک ورودی کنترل، مدار فلیپ فلاپ تغییر ‌‌می‌کند و شامل 4 ورودی R،S ، enable و disable ‌‌می‌شود. این مدار جدید، یک فلیپ فلاپ دارای دروازه یا کلاک نامیده ‌‌می‌شود.

فلیپ فلاپ SR دارای گیت

فلیپ فلاپ‌‌های دارای گیت یا دروازه تنها در حالتی در خروجی تغییر وضعیت ‌‌می‌دهند که پالس کلاک یا enable را دریافت کنند. از آن جایی که تغییرات در خروجی توسط پالس enable کنترل ‌‌می‌شود، فلیپ فلاپ گیت‌دار SR، المانی سنکرون خواهد بود. اما یک مدار غیرسکنرون نیازی به کلاک ندارد. تبدیل یک فلیپ فلاپ SR که با گیت NOR ساخته شده به یک فلیپ فلاپ SR دروازه دار با استفاده از 2 گیت AND (TTL 74LS08) ممکن خواهد بود. برای نیل به این منظور، دو گیت AND به پایه‌‌های Set و Reset متصل ‌‌می‌شوند. همچنین ورودی کنترلی Enable نیز به هر دو گیت AND متصل ‌‌می‌شود که باعث ‌‌می‌شود هنگا‌‌می‌که ورودی کلاک در سطح پایین است، خروجی‌‌ها نیز در سطح پایین بمانند. برای درک بهتر به شکل زیر نگاه کنید:

مدار فلیپ فلاپ SR گیت دار

ورودی‌‌های کلاک یا Enable به یکی از ورودی‌‌های هر دو گیت AND متصل ‌‌می‌شوند که باعث ‌‌می‌شود خروجی در حالتی که پایه ENدر سطح پایین قرار دارد، صفر باشد. هر گونه تغییر در ورودی‌‌های S یاR هیچ تاثیری روی وضعیت خروجی‌‌ها ندارد.

هنگا‌‌می‌که ورودی EN برابر با منطق یک است، دو گیت AND شفاف خواهند شد. بنابراین، هر تغییری که در ورودی‌‌های S و R رخ دهد، به سرعت وضعیت خروجی‌‌ها را تغییر ‌‌می‌دهد. سپس ‌‌می‌توانیم ببینیم که سطح منطقی یک یا صفر ‌‌می‌تواند در خروجی‌‌های گیت‌‌های دروازه دار به سهولت و تنها با اعمال یک پالس سطح بالا به پایه EN ذخیره شود و وضعیت خروجی تا زمان دلخواه حفظ ‌‌می‌شود. مگر آنکه دوباره یک سیگنال سطح بالا به پایه EN اعمال شود.

از آن جایی که فلیپ فلاپ گیت دار المانی است که دارای 3 ورودی ‌‌می‌باشد، شکل شماتیک آن نیز دارای 3 پایه EN، S و R ‌‌می‌باشد. ورودی EN با یک مثلث مشخص شده که نشانگر این است که فلیپ فلاپ با گوشه پالس تحریک ‌‌می‌شود.

تبدیل فلیپ فلاپ‌‌ها به انواع کلاک دار به سهولت و با اتصال پایه EN به یک سیگنال زمانبندی امکان پذیر خواهد بود و تغییرات در سیگنال زمانبندی باعث ایجاد تغییر در سیگنال خروجی ‌‌می‌شود. فراموش نکنید که یک سیگنال کلاک به صورتی ترتیبی از پالس‌‌های پیوسته تعریف ‌‌می‌شود که هر پالس 2 وضعیت جداگانه دارد: وضعیت ON و و ضعیت OFF و دیوتی سایکل آن مدت زمان ON تقسیم بر دوره تناوب پالس ‌‌می‌باشد. معمولا اکثر سیگنال‌‌های کلاک دارای دیوتی سایکل 50 درصد هستند.

یک فلیپ فلاپ دارای کلاک ‌‌می‌تواند در گوشه بالارونده یا گوشه پایین رونده سیگنال کلاک تغییر وضعیت دهد. بنابراین، یک فلیپ فلاپ که در گوشه پالس تحریک ‌‌می‌شود، تنها به تغییر وضعیت سیگنال پاسخ ‌‌می‌دهد.

خروجی یک فلیپ فلاپ تحریک شونده در گوشه پالس، تنها زمانی تغییر می‌کند که پالس کلاک از صفر به یک برود. به همین صورت، یک فلیپ فلاپ تحریک شونده در گوشه منفی تنها به تغییر سیگنال کلاک از یک به صفر پاسخ ‌‌می‌دهد.

فلیپ فلاپ SR گیت‌دار با ورودی Preset و Clear

 ‌‌می‌توان تغییراتی را در فلیپ فلاپ SR به وجود آورد تا یک قفل دو حالته با پایه‌‌های ورودی Preset و clear به وجود بیاید که ‌‌می‌توان از آن برای Set کردن یک فلیپ فلاپ روی وضعیتی خاص بدون نیاز به اعمال سیگنال کلاک استفاده کرد. به جای بارگزاری Q و Q̅ با مقادیر تعریف نشده ‌‌می‌توان تمام ورودی‌‌ها را بازنویسی کرد و خروجی‌‌ها را روی موقعیتی مشخص به صورت پیشفرض set نمود.

اما شاید از خود بپرسید برای چه باید بخواهیم چنین کاری را انجام دهیم؟ در پاسخ باید گفت هنگا‌‌می‌که برق مدار یک فلیپ فلاپ متصل ‌‌می‌شود، وضعیت منطقی اولیه خروجی‌‌ها ‌‌می‌تواند به طور کامل تصادفی باشد و بستگی به این دارد که کدام گیت منطقی ابتدا قفل شود. بنابراین، ما نمی‌توانیم بفهمیم که فلیپ فلاپ در چه وضعیت سوییچینگی قرار دارد و وضعیت منطقی ابتدایی فلیپ فلاپ نامشخص خواهد بود ( نمی‌توانیم بفهمیم که فلیپ فلاپ در حالت set (Q=1) یا حالت Reset (Q=0) قرار دارد.

مسلما این شرایط مقبول نیست و ما نیاز داریم که روی وضعیت اولیه مدار کنترل داشته باشیم. بنابراین، ‌‌می‌توانیم با اضافه کردن دو ورودی غیرسنکرون به نام‌‌های Preset و CLR وضعیت اولیه مدار را مشخص کنیم. برای درک بهتر به شکل زیر نگاه کنید:

فلیپ فلاپ SR گیت‌دار با ورودی Preset و Clear

این ورودی‌‌ها باعث ‌‌می‌شوند هنگا‌‌می‌که ورودی Clear برابر با صفر و ورودی Preset یک باشد، Q=0 شود. به طور مشابه، فلیپ فلاپ ‌‌می‌تواند به صورت پیش فرض در وضعیت منطقی یک قرار گیرد. برای این منظور، Preset باید برابر با صفر و clear برابر با یک باشد. در این مثال، پایه‌‌های Preset و Clear در حالت بالا فعال ‌‌می‌شوند (P=CLR=1) و مدار به عنوان یک فلیپ فلاپ دروازه دار SR عمل می‌کند. واضح است که هر دو ورودی Preset و Clear نباید همزمان صفر باشند. چرا که در این شرایط مدار به وضعیت نامشخص ‌‌می‌رود.

پایه‌‌های Clear و Preset ‌‌می‌توانند به ما کمک کنند که مدار را به سهولت به حالت Set یا Presetببریم.

تبدیل فلیپ فلاپ‌‌ها از یک نوع به نوع دیگر به راحتی توسط تغییر اتصالات یا اضافه کردن گیت‌‌های مختلف امکان پذیر خواهد بود. همان طور که دیدیم، فلیپ فلاپ ساده SR دارای 2 پایه ‌‌می‌باشد. S و R یک بیت داده را ذخیره ‌‌می‌کنند اما برای نیل به این مقصود، باید هر دو ورودی را به طور همزمان فعال کنیم.

علاوه بر این، ترکیب ورودی ممنوعه  S=R=1 ممکن است به صورت تصادفی رقم بخورد و باعث رفتن فلیپ فلاپ به وضعیت نامعلوم شود.

برای حذف نیاز به 2 ورودی جداگانه و متعاقبا رفتن  به شرایط نامشخص، ‌‌می‌توان یک گیت NOT را بین ورودی‌‌های SET وRESET متصل کرد. در این صورت، فلیپ فلاپ SR تبدیل به فلیپ فلاپ نوع D ‌‌می‌شود.

فلیپ فلاپ نوع D

فلیپ فلاپ نوع D یا لچ داده تنها دارای یک ورودی به نام D (Data) و ورودی کلاک ‌‌می‌باشد. فلیپ فلاپ نوع داده‌‌های دیجیتال را با اعمال سیگنال کلاک از ورودی‌‌ها به خروجی انتقال ‌‌می‌دهد. بنابراین ‌‌می‌توان این نوع فلیپ فلاپ را به عنوان یک فلیپ-فلاپ تاخیری نیز قلمداد کرد.

فلیپ فلاپ‌‌های نوع D به راحتی توسط فلیپ فلاپ‌‌های SR و با اتصال یک گیت NOT بین ورودی‌‌های S و R به وجود ‌‌می‌آیند. در واقع ورودی گیت NOT به S متصل ‌‌می‌شود و خروجی به ورودی R. به شکل زیر نگاه کنید:

فلیپ فلاپ نوع D

دو مدار متفاوت برای تبدیل فلیپ فلاپ‌‌ها به فلیپ فلاپ نوع D در بالا نشان داده شده‌است. مدار اول پیکربندی رایج نوع D که دارای دروازه و گیت NOT ‌‌می‌باشد است. در حالیکه مدار دوم با وجود اینکه دارای معکوس‌کننده (گیت NOT) نیست، دقیقا همانند مدار اول عمل می‌کند. فلیپ فلاپ نوع D همانند دیگر فلیپ‌فلاپ‌‌ها ‌‌می‌تواند با استفاده از گیت‌‌های NAND یا NOR و بدون پایه‌‌های Preset و Clear یا همراه با این پایه‌‌ها ساخته شود.

استفاده از یک گیت NOT بین ورودی‌‌ها به ما اطمینان ‌‌می‌دهد که ورودی‌‌های S و R همواره مکمل یکدیگر هستند و هرگز وضعیت تعریف نشده S=R=1 بوجود نخواهد آمد. بنابراین، فلیپ فلاپ نوع D یک لچ شفاف نیز محسوب ‌‌می‌شود چرا که خروجی Q هنگا‌‌می‌که سیگنال کلاک در سطح بالا قرار دارد، دنبال کننده ورودی D ‌‌می‌باشد و داده‌‌های باینری به طور مستقیم از ورودی به خروجی خواهند رفت. انگار که به جای فلیپ فلاپ یک قطعه سیم در مدار موجود است و به همین دلیل به آن لچ شفاف اطلاق ‌‌می‌شود.

فلیپ فلاپ JK

فلیپ فلاپ JK، شباهت‌‌های زیادی به فلیپ فلاپ SR دارد و ‌‌می‌توان آن را به عنوان پرکاربردترین طراحی فلیپ فلاپ در نظر گرفت. در این فلیپ‌فلاپ ، J معادل Set و k معادل Reset ‌‌می‌باشد.

در گذشته دیدیم که فلیپ فلاپ SR دارای 2 یا 3 ترکیب معنی دار ورودی است. ترکیب S=R=1 تعریف نشده ‌‌می‌باشد. اما ‌‌می‌توان تغییراتی در این فلیپ فلاپ ایجاد کرد تا برای عملکردهای سوییچینگ مختلف مورد استفاده قرار بگیرد. به همین دلیل، فلیپ فلاپ JK یک المان همگانی محسوب ‌‌می‌شود.

فلیپ فلاپ JK دارای دو ورودی J و K ‌‌می‌باشد و ترکیب‌‌های ورودی ممکن عبارتند از بدون تغییر، Set، Reset وToggle. از آن جایی که ورودی J همانند S و ورودی K همانند R عمل می‌کند، تغییر در خروجی هنگا‌‌می‌حاصل خواهد شد که سطح یکی از ورودی‌‌ها بالا باشد. حال اگر سطح هر دو ورودی بالا باشد، فلیپ فلاپ شروع به نوسان ‌‌می‌کند.

مدار فلیپ فلاپ JK

برای تبدیل فلیپ فلاپ SR به فلیپ فلاپ JK باید ورودی‌‌های فلیپ فلاپ SR را به دو گیت AND که دارای 3 ورودی ‌‌می‌باشند؛ متصل نمود.

اگر ورودی‌‌های J و K هر دو در سطح بالا باشند، خروجی تا زمانی که سیگنال کلاک بالا باشد؛ نوسان ‌‌می‌کند. بنابراین، خروجی ناپایدار خواهد بود و برای جلوگیری از این مشکل ‌‌می‌توان فلیپ فلاپ‌‌ها را طوری برنامه ریزی کرد که ورودی کلاک تنها برای مدت کوتاهی برابر با یک باشد یا مدار بهینه‌تری به نام فلیپ فلاپ مستر – اسلیو را به وجود آورد.

تبدیل فلیپ‌-فلاپ‌‌ها با فلیپ فلاپ Master- Slave

تبدیل فلیپ فلاپ‌‌هابه پیکربندی مستر اسلیو شامل افزودن یک مدار دو حالته دوم ‌‌می‌شود. پیکربندی مستر – اسلیو شامل دو لچ SR که به صورت آبشاری به یکدیگر متصل شده‌‌‌اند؛ ‌‌می‌باشد. یکی از فلیپ فلاپ‌‌های دو حالته همانند master عمل ‌‌می‌کند و ورودی‌‌های خارجی را دریافت ‌‌می‌کند. در حالیکه فلیپ فلاپ دیگر نقش اسلیو را بازی می‌کند و ورودی‌‌هایش را مستقیم از فلیپ فلاپ مستر و به صورتی که در شکل زیر نشان داده شده؛ می‌گیرد.

پیکربندی پایه مستر- اسلیو

هنگا‌‌می‌که پالس کلاک به سطح بالا ‌‌می‌رود، داده در ورودی‌‌های S وR از طریق فلیپ فلاپ master (FFA) به صورت عادی منتقل ‌‌می‌شود. اما فلیپ فلاپ FFB ایزوله باقی ‌‌می‌ماند. چرا که ورودی کلاکش برابر با منطق صفر است.

حال هنگا‌‌می‌که پالس کلاک اولیه دوباره به صفر باز ‌‌می‌گردد، مستر غیرفعال ‌‌می‌شود و راه ورودی‌‌های خارجی را ‌‌می‌بندد. حال نوبت فعال شدن اسلیو ‌‌می‌باشد که اطلاعات قفل شده را به خروجی‌‌های Q و Q̅ خودش انتقال ‌‌می‌دهد. کلاک ورودی اسلیو مکمل ورودی کلاک فلیپ فلاپ مستر ‌‌می‌باشد.

فلیپ فلاپ‌‌های مستر – اسلیو قابل تحریک با پالس ‌‌می‌باشند چرا که داده ورودی تنها هنگا‌‌می‌خوانده ‌‌می‌شود که سطح سیگنال کلاک بالا باشد. همچنین فلیپ فلاپ‌‌های master-slave تنها منحصر به فلیپ فلاپ‌‌های SR ن‌‌می‌باشند و ‌‌می‌توان پیکربندی JK وD را به صورت مستر – اسلیو تغییر داد که در تمام این نوع مدارات، فلیپ فلاپ اسلیو از نوع فلیپ فلاپ SR استاندارد ‌‌می‌باشد. گفتنی است المان نامش را از بخش مستر ‌‌می‌گیرد که ممکن است فلیپ فلاپ SR، JK یا D باشد.

فلیپ فلاپ نوع T

فلیپ فلاپ نوع T المانی دارای ورودی تکی و دو حالت پایدار است که عملکردش تا حد زیادی به فلیپ فلاپ نوع D شباهت دارد. در بالا دیدیم که در پیکربندی فلیپ فلاپ JK اگر J=K=1 باشد، خروجی‌‌ها با اعمال سیکل کلاک بعدی به نوسان درخواهند آمد. تبدیل فلیپ فلاپ‌‌ها به نوع T با اتصال دو ورودی به یکدیگر میسر خواهد بود.

فلیپ فلاپ نوع T در بازار در دسترس نیست. اما ‌‌می‌توان با استفاده از فلیپ فلاپ SR یا D آن را ساخت. اگر پایه J وK به یکدیگر و به منطق یک متصل شوند، فلیپ فلاپ نوع  T به وجود ‌‌می‌آید و خروجی هر بار که سیگنال کلاک دریافت شود، تغییر وضعیت خواهد داد. این ورودی کلاک toggle input نامیده ‌‌می‌شود و اگر این ورودی برابر با صفر باشد، خروجی یک ‌‌می‌شود و برعکس اگر ورودی یک باشد، خروجی صفر ‌‌می‌شود.

فلیپ فلاپ نوع T

فلیپ فلاپ toggle هر موقع که سیگنال ورودی اعمال ‌‌می‌شود، تغییر وضعیت ‌‌می‌دهد و اگر یک پالس قطاری مربعی به پایه T اعمال شود، خروجی مدار نوسان ‌‌می‌کند و به همین دلیل است که نام این فلیپ فلاپ را toggle نهاده‌‌‌اند. فلیپ فلاپ نوع T، بلوک سازنده اکثر مدارات دیجیتال، از جمله تقسیم‌کننده فرکانس و شمارنده‌‌های دیجیتال ‌‌می‌باشد.

فلیپ فلاپ‌‌های نوع T ‌‌می‌توانند به دو روش از فلیپ فلاپ‌‌های JK ساخته شوند: اولین راه این است که ورودی‌‌های J و K به یکدیگر و به منطق سطح بالا متصل شوند و یک کلاک ورودی نقش پایه toggle  را بازی کند. دومین راه این است که ورودی J و K به یکدیگر متصل شوند تا یک ورودی toggle شکل بگیرد و ورودی کلاک بدون تغییر باقی بماند.

خروجی هنگا‌‌می‌نوسان میکند که T یا CLK برابر با یک باشند و خروجی هنگا‌‌می‌که T یا CLK در سطح منطقی پایین قرار دارند بدون تغییر باقی ‌‌می‌مانند.

فلیپ فلاپ نوع D ‌‌می‌تواند همانند JK به فلیپ فلاپ toggle تبدیل شود. برای این منظور باید خروجی Q مستقیما به ورودی D متصل شود و سیگنال T کلاک ورودی خواهد بود. اتصال Q به ورودی یک فیدبک منفی را ‌‌می‌سازد.

از آن جایی که خروجی فلیپ فلاپ toggle با اعمال هر سیگنال کلاک تغییر وضعیت ‌‌می‌دهد، فرکانس خروجی ½ سیگنال ورودی است. بانبراین همانند یک تقسیم گر فرکانسی عمل میکند. حال اگر فلیپ فلاپ‌‌های نوع T بیشتری به صورت آبشاری به یکدیگر متصل شوند، خروجی اولین فلیپ فلاپ مانند Clock برای دومین فلیپ فلاپ نوع Tعمل میکند و خروجی دومین فلیپ فلاپ ورودی سومین فلیپ فلاپ خواهد بود و … که تقسیم فرکانس در هر مرحله از مدار انجام ‌‌می‌گیرد.

فلیپ فلاپ‌‌ها و لچ‌ها اساسی‌ترین بلوک‌‌های سازنده مدار منطقی ترتیبی هستند. بنابراین بسیاری از سازندگان IC‌‌ها تراشه‌‌های فلیپ فلاپ مختلفی را تولید ‌‌می‌کنند که از هر دو تکنولوژی  TTL و CMOS بهره ‌‌می‌برد که در جدول زیر لیست شده است:

آیسی‌های فلیپ فلاپ رایج

پارت نامبر
توضیحات
74LS73A
فلیپ فلاپ دوگانه تحریک در گوشه پایین رونده با پایه CLR
74LS74
فلیپ فلاپ دو گانه نوع D تحریک شونده در گوشه بالارونده با پایه PRESET و CLR
74LS75
فلیپ فلاپ نوع D چهارگانه با پایه EN
74LS76
فلیپ فلاپ JK تحریک در گوشه با پایه CLR و PRESET
74LS107
فلیپ فلاپ دو گانه JK با پایه CLR
74LS111
مستر- اسلیو JK به همراه پایه CLR
74LS175
فلیپ فلاپ نوع D دوگانه که در گوشه بالارونده سیگنال تحریک می‌شود و دارای پایه CLR می‌باشد
74LS279
لچ SR چهارگانه با خروجی‌های فعال در سطح پایین

خلاصه مقاله تبدیل فلیپ فلاپ‌‌ها

  •  در این مقاله دیدیم که یک المان دو حالته دارای دو حالت پایدار و تعریف شده ‌‌می‌باشد و فلیپ فلاپ ‌‌می‌تواند در هر زمان دلخواه به یکی از حالات پایدارش برود.
  • تبدیل فلیپ فلاپ‌‌ها از یک حالت به حالت دیگر ‌‌می‌تواند به سهولت انجام بگیرد چرا که نیاز به ایجاد تغییرات زیادی نمی‌باشد. فلیپ فلاپ‌‌ها ‌‌می‌توانند با استفاده از مدارات منطقی و فیدبک ساخته شوند.
  • همچنین دیدیم که فلیپ فلاپ‌‌ها ‌‌می‌توانند 1، 2 یا 3 ورودی داشته باشند که یکی از این ورودی‌‌ها به سیگنال کلاک متصل ‌‌می‌شود. تمام فلیپ فلاپ‌‌ها دارای دو وضعیت خروجی یک یا صفر هستند که در پاسخ به اعمال پالس کلا تغییر وضعیت ‌‌می‌دهند. برای یک لچ SR، S=1  مقدار Q را برابر با یک ‌‌می‌کند و مقدار R=1، Q را صفر (Reset) ‌‌می‌کند.
  • فلیپ فلاپ JK به عنوان یک فلیپ فلاپ همگانی محسوب ‌‌می‌شود و از نظر طراحی تا حد زیادی به فلیپ فلاپ SR شباهت دارد که هنگا‌‌می‌که J=1 است Q برابر با یک ‌‌می‌شود و هنگا‌‌می‌که K=1 ‌‌می‌باشد، Q برابر با صفر ‌‌می‌شود و حالت J=K=1 باعث نوسان Q ‌‌می‌شود.
  • تمام فلیپ فلاپ‌‌هایی که در بالا ذکر شدند، دارای پایه‌‌های غیرسنکرون Clear و preset ‌‌می‌باشند که پایه Clear ‌‌می‌تواند مقدار  Q را صفر کند و پایه Preset صرف نظر از اعمال پالس کلاک مقدار خروجی را به یک ‌‌می‌رساند.
  • یک فلیپ فلاپ نوع D دو حالته ‌‌می‌تواند از فلیپ فلاپ JK به وجود بیاید. اما برای این منظور، باید یک معکوس کننده (گیتNOT) بین ورودی‌‌های J و K نصب شود. فلیپ فلاپ نوع D به وفور در سیستم‌‌های دیجیتال برای ارسال داده به کار برده ‌‌می‌شود و به اصطلاح شفاف است چرا که ورودی به سرعت ‌‌می‌تواند تغییر کند و خروجی متناسب با ورودی تغییر می‌کند.
  • فلیپ فلاپ‌‌های نوع T یا toggle با اعمال پالس کلاک T=1 تغییر وضعیت ‌‌می‌دهند. در غیر این صورت Q بدون تغییر باقی ‌‌می‌ماند.از فلیپ فلاپ toggle برای تقسیم فرکانس یا برای طراحی شمارنده‌‌های باینری استفاده ‌‌می‌شود. چرا که شمارنده‌‌های باینری به مکمل نیاز دارند. فلیپ فلاپ‌‌های toggle در بازار موجود نیستند. اما به راحتی و با اتصال ورودی‌‌های j و k به یکدیگر ساخته ‌‌می‌شوند.
  • تبدیل فلیپ فلاپ‌‌ها از یک نوع به نوعی دیگر با تغییر پیکربندی یا افزودن گیت‌‌های منطقی دیگر امکان پذیر خواهد بود و همان طور که دیدیم یک فلیپ فلاپ SR به راحتی ‌‌می‌تواند تبدیل به فلیپ فلاپ JK شود و فلیپ فلاپ JK نیز ‌‌می‌تواند تبدیل به فلیپ فلاپ نوع D شود و در نهایت از هر دو فلیپ فلاپ JK و نوع D ‌‌می‌توان برای ساخت فلیپ فلاپ‌‌های نوع T استفاده نمود.

نظرتان را درباره این مقاله بگویید 1 نظر

تبدیل فلیپ فلاپ ها

فهرست مطالب

مقالات مرتبط

مشاهده محصولات

بروزترین مقالات

این مقاله را با دوستانتان به اشتراک بگذارید!

دیدگاهتان را بنویسید

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

فروشگاه
علاقه مندی
0 محصول سبد خرید
حساب کاربری من