Flip Flop Dönüşümleri

Sıralı mantıkla ilgili bu eğitim boyunca, bir Flip Flopun durumunu değiştirmek için bir çeşit harici tetikleme darbesi uygulanana kadar süresiz olarak iki kararlı durumundan birinde kalacağını gördük. Bugünkü yazımızda da flip flop dönüşümlerini inceleyeceğiz.

Flip Floplar, bistable cihazlar olduğundan dolayı, bu sıralı devrelere bazen “mandallar (Latches)” denmektedir. Çünkü çıkışları giriş durumunda başka bir değişiklik olana kadar giriş durumlarında kilitlenmektedirler.

Ayrıca bistable Flip Flop’un sıralı bir mantık devresindeki en temel depolama elemanı olduğunu öğrendik. Geri bildirim oluşturmak için iki ters kapıyı birbirine bağlayarak basit bellek elemanları üretmek üzere yapılandırılabileceğini gördük. Kombinasyonel mantık devresinin herhangi bir bellek gerektirmediğini ve bu nedenle Flip Flop kullanmadığını unutmayın. Bununla birlikte sıralı mantık devreleri belleğe sahiptir ve bu nedenle mevcut durumlarını hatırlamak için çeşitli Flip Flop tasarımlarını kullanmaktadır. Dijital mantık kapılarının bir bellek aygıtı üretmek için birbirine bağlanması, anahtar debounce devreleri, shift register sayaçlar vb. uygulamalara yol açmaktadır.

Tek bir tek bitlik Flip Flop oluşturmanın en temel yolu, gösterildiği gibi iki mantıksal NOR kapısı kullanmaktır. Çapraz bağlı kapıları kullanarak ve çıkışı bir kapıdan diğerinin girişine besleyerek elde edebiliriz (girişler-çıkışlar değiştirilebilir). Devre kapalı bir döngüye (pozitif geri besleme) sahip olacaktır. Bu nedenle çıkışı girişlerin durumuna bağlıdır ve devreyi sıralı hale getirmektedir.
Flip Flop ayrıca Multivibratörler adı verilen bir dijital anahtarlama devresi kategorisine aittir. Temel bistable multivibratör, iki aktif dijital kapıya sahip bir rejeneratif devre türüdür. Böylece bir dijital kapı iletildiğinde diğer kapı kesilir ve bunun tersi de geçerlidir. Bu iki dijital kapılardan biri diğerinin tamamlayıcısı olduğu için hem yüksek hem de düşük iki kararlı çıkış üretmektedir.

Temel olarak dört farklı flip flop türü vardır ve bunlar:

• Set-Reset (SR) flip-flop veya mandal
• JK flip-flop
• D flip-flop
• T flip-flop

Bu nedenle mevcut farklı Flip Flop türlerini daha iyi anlamamıza yardımcı olmak için aşağıdaki önemli bilgiler bize Flip Flop’ları bir türden diğerine nasıl dönüştürebileceğimizi gösterir.

Flip Flop Dönüşümleri

SR Flip Flop

Tüm bistable mandalların ve bistable multivibratörlerin en basiti set-reset (SR) Flip Flop’tur. Temel SR Flip Flop önemli bir bistable devredir çünkü diğer tüm Flip Flop türleri ondan inşa edilmiştir. SR Flip Flop, TTL 74LS00 gibi iki çapraz bağlı dijital NAND kapısı veya TTL 74LS02 gibi iki çapraz bağlı dijital NOR kapısı kullanılarak üretilmiştir.

Genellikle SR bistable ve Flip Flopların şeffaf olduğu söylenir çünkü çıktıları girişlerindeki değişikliklere hemen değişir veya yanıt verir. Ayrıca, geri besleme ile birlikte dijital mantık kapılarından oluştukları için, SR Flip Flop asenkron sıralı mantık devreleri olarak kabul edilir.

Temel NAND Ve NOR SR Flip Flop

Yukarıda negatif bir giriş NAND kapısı veya pozitif bir giriş NOR kapısı kullanan asenkron SR bistable Flip Flop için iki temel yapılandırma bulunmaktadır. SR için iki çapraz bağlı NAND kapısı kullanan bistable latch, normalde ” 1 ” mantık seviyesinde yüksek olan her iki girişle de çalışır.

R yüksek tutulduğunda S girişine “0” mantık seviyesinde düşük bir uygulama, Q çıkışının yüksek olmasına ve mandalın (Latch) ayarlanmasına neden olmaktadır. Benzer şekilde, s girişi yüksek olan R girişindeki “0” mantık seviyesi, Q çıkışının düşmesine ve mandalın sıfırlanmasına neden olur. SR NAND kapı mandalı için S = R = 0 koşulu yasaktır.

İki çapraz bağlı NOR kapısını kullanarak Flip Flopların dönüştürülmesi için çıkış Q = 1 ve Q = 0 olduğunda, bistable mandalın (Latch) SET durumunda olduğu söylenmektedir. Q = 0 ve Q = 1 olduğunda, NOR kapı mandalının RESET durumunda olduğu söylenir. O zaman NOR ve NAND gate Flip Floplarının çalışmasının temelde sadece birbirlerinin tamamlayıcısı olduğunu görebiliriz.

Aktif Yüksek Flip Flop

Yukarıdaki temel SR flip flop ve onun aktif yüksek eşdeğerlerinin hepsi asenkron tip Flip Flop’lardır. Yani girişleri ve mevcut durumu , tek başına bir sonraki durumu belirlemektedir. Bir bit bellek depolama aygıtı olarak, iki girişin ne olduğuna bakılmaksızın mevcut çıkış durumunu tutmasını isteyebiliriz. temel SR Flip Flop’un çalışması, bistable devrenin davranışını kontrol etmek için ek bir giriş dahil edilerek değiştirilebilir.

Flip Flop temel devresinin dönüşümü, bir kontrol girişi ile birlikte S ve R girişlerini etkinleştiren ve devre dışı bırakan iki ek Mantıksal VE Kapı kullanılarak elde edilebilir. Bu yeni devreye Saatli (Clocked) veya Kapılı (Gated) SR Flip Flop denir.

Gated SR Flip Flop

Kapılı SR flip-floplar, çıkış durumu yalnızca bir saatin uygulanmasındaki girişlerine yanıt olarak değiştiğinde veya girişi etkinleştirdiğinde sırayla çalışır. Çıkıştaki değişiklik bu saat etkinleştirme girişi tarafından kontrol edildiğinden, Kapılı SR flip-flop devresinin “senkron” bir flip-flop olduğu söylenir. Daha sonra asenkron bir SR flip-flop saat gerektirmez ancak senkron gerektirir.

Gated SR Flip Flop Devresi

EN, her iki kapının girişlerinden birine bağlanır. Enable Input düşük olduğundan dolayı düşük çıkışlara neden olmaktadır. Daha sonra girişlerdeki herhangi bir değişikliğin, flip-flop’un Q ve Q’ çıkışlarının durumunun üzerinde hiçbir etkisi yoktur.

Enable girişi yüksek olduğunda, kapılar şeffaf hale gelmektedir. böylece S ve R girişlerindeki herhangi bir değişiklik daha önce olduğu gibi çıkışların durumunu değiştirmektedir. Daha sonra “1” (Yüksek) veya “0” (düşük) mantık seviyesinin, Kapılı flip-flop çıkışlarında, enable saat girişine yüksek bir değer uygulayarak saklayabileceğini gözlemleyebilmekteyiz. Bu çıkış durumunun enable girişi düşük kalırken, girişlerin durumundan bağımsız olarak istenen herhangi bir süre boyunca korunabileceğini görebiliriz.

D Flip Flop

D tipi Flip Flop veya veri mandalı (Data Latch), “D” veya veri girişi olarak adlandırılan tek bir girişe sahiptir. Bunun yanı sıra normal iki çıkış, Q ve Q’ ile birlikte CLK saat girişine sahiptir. d-tipi Flip Flop, dijital verilerini bir saat darbesinin gecikmesinden sonra giriş ve çıkışlar arasında aktarmaktadır. Böylece “D” kısmı da “gecikme” girişi olarak adlandırılır.

D tipi flip-floplar, S ve R girişleri arasında bir invertör bağlayarak bir SR flip-floptan kolayca inşa edilebilmektedir.

Flip-Flopların D-tipine dönüştürülmesi için iki farklı devre yukarıda verilmiştir. Üst devre, ek invertör ile geleneksel Kapılı D tipi konfigürasyondur. Alt devre tam olarak aynı şekilde çalışır ancak invertör olmadan, bir kapıdan tasarruf sağlamaktadır. Girişler arasında bir invertör kullanılması, S ve R girişlerinin her zaman tanımlanmamış koşulu ortadan kaldıran bir tamamlayıcı olmasını sağlar: S = R = 1.
Sonuç olarak, d-tipi flip-flop, “şeffaf mandal (transparent latch)” olarak da bilinmektedir çünkü Q çıkışı, saat girişi yüksek olduğunda D girişini takip etmektedir. Girişteki ikili bilgileri doğrudan çıkışa aktarır ve sanki orada flip-flop yokmuş gibi davranmasını sağlamaktadır. Kısacası şeffaf hale getirdi.

JK Flip Flop

JK flip-flop, önceki SR flip-flop’a birçok yönden çok benzer ve muhtemelen tüm flip-flop tasarımlarının en çok kullanılanıdır. “J” ve “K” terimleri gerçekten herhangi bir özel açıklama anlamına gelmez.
Daha önce SR flip-flop’un iki veya muhtemelen üç anlamlı giriş kombinasyonuna sahip olduğunu gördük. S = R = 1 kombinasyonunun giriş dizisine izin verilmiyor ancak farklı anahtarlama işlevlerini elde etmek için kolayca değiştirilebilir.
JK flip-flop, “J” ve “K” olmak üzere iki girişe sahiptir. bu nedenle dört olası giriş konfigürasyonunun tümü geçerlidir.

Flip-flopların bir JK flip-flop’a dönüştürülmesi, Q ve Q’ çıkışlarını s ve r girişleriyle gösterildiği gibi ek 3 giriş ve kapılardan çapraz bağlamaktır.

J ve K girişlerinin her ikisi de yüksekse (mantık “1” ise), Q çıkışı saat girişi (CLK) yüksek olduğu sürece durumu (geçiş) değiştirecektir. Bu nedenle, çıkış kararsız olacak ve bu temel JK devresi ile bir yarış sorunu yaratacaktır. Bu sorun, saat girişinin yalnızca çok kısa bir süre için “1” mantığında olmasını veya Master-slave flip–flop adı verilen daha karmaşık bir JK flip-flop devresi üretmesini sağlayarak önlenir.

Master-Slave Flip Floplar

Flip Flopların bir “Master-Slave” konfigürasyonuna dönüştürülmesi, ikinci bir bistable devrenin eklenmesini içerir. Master-slave konfigürasyonu ile kademeli olarak bağlanmış iki SR mandalından oluşur. Bir bistable Flip Flop, harici girişleri alan master olarak hareket ederken, diğeri köle olarak hareket eder ve girişlerini doğrudan gösterildiği gibi master Flip Flop’tan almaktadır.

T (Toggle) Flip-Flop

T-tipi (toggle) flip-flop, yukarıdaki D-tipine benzer bir işlemle tek bir giriş bistable’dır. Yukarıda JK flip-flop konfigürasyonu ile gördük. Eğer J = K = 1 ise, çıkışı bir sonraki saat döngüsünün uygulamasında değişecektir.

T-tipi flip-flop ticari olarak mevcut değildir ancak J girişini K girişine ve her ikisini de “1”mantık seviyesine bağlayarak bir JK flip-flop (veya D-tipi Flip Flop) ‘ dan oluşturulabilir. J ve K yüksek olduğunda, Flip Flop saat girişinde her tetiklendiğinde durumu değiştirmektedir. Bu saat girişine şimdi “Toggle Input” denmektedir çünkü çıkış “0” ise “1” olur ve “1” ise “0” olur. Yani kısaca durumunu terslemektedir.

Popüler Flip Flop IC Türleri

B konularda daha çok bilgi sahibi olmanız için örnek devreler kurmanız gerekmektedir. Bu sebepten ötürü asla çalışmaya bırakmayın.