Flip-flop
- Noot: Dit artikel gaat uitsluitend over het flank-gevoelige data-element. De term wordt soms in ruimere zin gebruikt voor alle geheugenelementen.
De flip-flop of geheugenelement met dubbele excitatie is een digitale elektronische schakeling. Het element fungeert als een schutsluis voor data. De logische toestand van de uitgangen kan uitsluitend veranderen tijdens een actieve flank op de klokingang. Het element heet daarom ook wel flankgevoelig data-element.
De schakeling bestaat uit twee na elkaar geschakelde transparante latches ofwel elementen met enkele excitatie. Hiervan zijn de stuuringangen zodanig gekoppeld, dat steeds één van de elementen dicht is; tijdens een flank zijn beide kortstondig dicht. De gecombineerde stuuringangen heten samen de klokingang. Het eerste element wordt wel meester genoemd, de tweede slaaf. De flip-flop heet daarom ook wel meester-slaaf-element (Engels: master-slave element).
Een flip-flop heeft een klokingang C, één, twee of geen synchrone gegevensingangen (data-ingangen), en minimaal één uitgang. Een tweede uitgang is vaak het complement van de eerste.
Inhoud |
[bewerk] Typen
Er zijn diverse typen flip-flops, afhankelijk van hoe de data-ingangen intern met de rest van de schakeling verbonden zijn. In de volgende schakelformules en waarheidstabellen is Q de uitgang, n de oude toestand en n+1 de nieuwe.
| T-flip-flop | ||
| Huidige toestand | Volgende toestand | Functie |
| Qn | Qn+1 | |
| 0 | 1 | Wissel |
| 1 | 0 | |
- De T-flip-flop of Toggle-flip-flop heeft geen data-ingang. Hij wordt gebruikt in binaire tellers, omdat hij de klokfrequentie door 2 deelt.
| Gestuurde T-flip-flop | |||
| Huidige toestand | Volgende toestand | Functie | |
| T | Qn | Qn+1 | |
| 0 | 0 | 0 | Verander niet |
| 0 | 1 | 1 | |
| 1 | 0 | 1 | Wissel |
| 1 | 1 | 0 | |
- Gestuurde T-flip-flop of Gestuurde Toggle-flip-flop. Er is één data-ingang T. Alleen als de T=1, verandert de uitgang bij elke actieve flank.
![Q_{n+1}= [T \overline{Q} + \overline{T}Q]_n](../../../math/1/4/d/14d8a8ba3ff4dae96ac628d980e369c4.png)
| D-flip-flop | ||
| Huidige toestand | Volgende toestand | Functie |
| D | Qn+1 | |
| 0 | 0 | Data doorlaten |
| 1 | 1 | |
- De D-flip-flop of Data-flip-flop heeft één data-ingang D. De toestand van D wordt bij iedere actieve flank overgenomen door de uitgang.
| JK-flip-flop | ||||
|---|---|---|---|---|
| Huidige toestand | Volgende toestand | Functie | ||
| J | K | Qn | Qn+1 | |
| 0 | 0 | 0 | 0 | Verander niet |
| 0 | 0 | 1 | 1 | |
| 0 | 1 | 0 | 0 | Reset |
| 0 | 1 | 1 | 0 | |
| 1 | 0 | 0 | 1 | Set |
| 1 | 0 | 1 | 1 | |
| 1 | 1 | 0 | 1 | Wissel |
| 1 | 1 | 1 | 0 | |
- De JK-flip-flop heeft data-ingangen J en K, die verwijzen naar Jack Kilby, de uitvinder.
![Q_{n+1}= [J \overline{Q} + \overline{K}Q]_n](../../../math/f/a/1/fa1928bc6aebb1397bb6a7112639fb52.png)
| SR-flip-flop met overheersende reset | ||||
| Huidige toestand | Volgende toestand | Functie | ||
| S | R | Qn | Qn+1 | |
| 0 | 0 | 0 | 0 | Verander niet |
| 0 | 0 | 1 | 1 | |
| 0 | 1 | 0 | 0 | Reset |
| 0 | 1 | 1 | 0 | |
| 1 | 0 | 0 | 1 | Set |
| 1 | 0 | 1 | 1 | |
| 1 | 1 | 0 | 0 | Reset |
| 1 | 1 | 1 | 0 | |
- SR-flip-flop: Deze flip-flop heeft data-ingangen S en R met overheersende reset.
![Q_{n+1}= [\overline{R}(S+Q)]_n](../../../math/b/6/9/b69095a295c175eb897e48b51920e7d0.png)
Deze flip-flop is niet als losse component in de handel. Indien de ongebruikelijke toestand S=R=1 wordt vermeden, kan hiervoor de JK-flip-flop worden gebruikt.
| SR-flip-flop met overheersende set | ||||
| Huidige toestand | Volgende toestand | Functie | ||
| S | R | Qn | Qn+1 | |
| 0 | 0 | 0 | 0 | Verander niet |
| 0 | 0 | 1 | 1 | |
| 0 | 1 | 0 | 0 | Reset |
| 0 | 1 | 1 | 0 | |
| 1 | 0 | 0 | 1 | Set |
| 1 | 0 | 1 | 1 | |
| 1 | 1 | 0 | 1 | Set |
| 1 | 1 | 1 | 1 | |
- of een variant met overheersende set
![Q_{n+1}= [S + \overline{R}Q]_n](../../../math/e/2/0/e207e85373e6bfddad8f7abf1c4423e3.png)
Alle data-ingangen kunnen ook in geïnverteerde vorm voorkomen. Als bijkomstigheid kunnen alle typen a-synchrone ingangen bezitten. Deze grijpen direct in op de uitgangen, dus onafhankelijk van de klokingang. Zo'n schakeling is een combinatie van een flip-flop en een set-reset-element.
[bewerk] Flank
Bij het aansturen van de klokingang C is het van belang bij welke logische toestand de slaaf openstaat en de meester niet. Er zijn twee mogelijkheden:
- De uitgang kan veranderen tijdens een C-transitie van 0 naar 1 (positieve actieve flank);
- Een negatieve actieve flank betekent dat de uitgang kan veranderen tijdens een C-transitie van 1 naar 0.
[bewerk] Elektronische implementatie
Flip-flops worden, meestal in groepen en in combinatie met andere logische schakelingen, als geïntegreerde schakeling uitgevoerd. Meestal is het positieve logica; een logische 1 correspondeert met een hoge spanning. Het type 7474 uit de TTL-serie 74xx is een voorbeeld van een dubbele D-flip-flop.
[bewerk] Verwarring
Het woord flip-flop wordt soms als verzamelnaam voor alle bistabiele elementen (bistabiele multivibratoren) gebruikt. Het gaat hierbij om a-synchrone geheugens, (transparante) latches en flip-flops in de zin van dit artikel. Databladen noemen doorgaans alleen de flankgevoelige elementen flip-flops.
