ฟลิบฟลอบ

                                                                    ฟลิปฟลอป(Flip-Flop)

ฟลิปฟลอป  เป็นอุปกรณ์ทางด้านดิจิตอลที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณที่เอาต์พุตเมื่อป้อนสัญญาณลอจิกเข้าที่อินพุต  สามารถทำได้ 2 วิธี  คือ ป้อนสัญญาณลอจิกเข้าที่อินพุตโดยตรง  เรียกว่าแลทช์      อีกวิธีหนึ่งจะใช้สัญญาณลอจิกป้อนเข้าที่อินพุต แล้วใช้สัญญาณพัลส์เป็นตัวกระตุ้น

1  แล็ทช์ 

แล็ทช์เป็นฟลิปฟลอปชนิดที่ใช้สัญญาณลอจิกป้อนเข้าที่อินพุตโดยตรง แล้วทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงระดับลอจิกที่เอาต์พุต โครงสร้างของแล็ทช์ด้านอินพุตประกอบด้วยขาเซ็ต(S:Set)  และขารีเซ็ต(R:Reset) ส่วนด้านเอาต์พุตประกอบด้วย Q  และ  ซึ่งมีสภาวะลอจิกตรงกันข้ามกัน จึงเรียกว่า อาร์เอสแล็ทช์  อาร์เอสแล็ทช์มีทั้งชนิดที่ทำงานที่ลอจิก “0” (Active Low) และชนิดที่ทำงานที่ลอจิก “1” (Active High)

15.1.1    อาร์เอสแล็ทช์ ชนิดที่ทำงานที่ลอจิก “1”  จะเกิดสภาวะการเซ็ต  เมื่อป้อน ลอจิก “1” เข้าที่

ขาเซ็ต และเกิดสภาวะรีเซ็ต เมื่อป้อนลอจิก “1” เข้าที่ขารีเซ็ต  บางครั้งเรียกแล็ทช์ชนิดนี้ว่า อาร์เอสฟลิปฟลอป ชนิดส่งผ่านโดยตรง  

1  สัญลักษณ์ของอาร์เอสแล็ทช์ ชนิดทำงานที่ลอจิก “1”

 วงจรอาร์เอสแล็ทช์  ชนิดทำงานที่ลอจิก “1”  แสดงดังรูปที่ 15.2  เอาต์พุตของเกตแต่ละตัวจะต่อกลับมายังอินพุตของอีกตัวหนึ่ง เขียนสมการที่เอาต์พุต Q และ     ได้ดังนี้

                                                                                Q       =       

       =       

รูปที่  2 วงจร อาร์เอสแล็ทช์ ชนิดทำงานที่ลอจิก “1”

               สภาวะลอจิกที่ Q และ  ของอาร์เอสแล็ทช์ชนิดทำงานที่ลอจิก “1” จะต้องอยู่ในสภาวะตรงข้ามกันเสมอ  แสดงสภาวะที่อินพุตและเอาต์พุตเป็นตารางความจริง ดังตารางที่ 15.1

ตารางที่ 15.1 ตารางความจริงของอาร์เอสแล็ทช์ ชนิดทำงานที่ลอจิก “1”

อินพุต		เอาท์พุท		สภาวะของเอาต์พุต
R	S	Qn+1	n+1
0	0	0	1	ไม่เปลี่ยนแปลง No Change : N.C.
		1	1
0	1	1	0	เซ็ต Set : S
		1	0
1	0	0	1	รีเซ็ต Reset : R
		0	1
1	1	0	0	ไม่ยอมให้เกิดขึ้น Not Allow : N.A.
		0	0

 ตัวอย่างที่ 15.1         จงเขียนสัญญาณที่เอาต์พุต Q ของอาร์เอสแล็ทช์ เมื่อกำหนดสัญญาณอินพุต ให้ดังต่อไปนี้

รูปที่ 15.3 สัญลักษณ์ของ อาร์เอสแล็ทช์ ของตัวอย่างที่ 15.1

รูปที่ 15.4 ไดอะแกรมเวลาของ อาร์เอสแล็ทช์ ตัวอย่างที่ 15.1

          จากตัวอย่างที่ 15.1 เป็นการทำงานของอาร์เอส  แล็ทช์ชนิดทำงานที่ลอจิก “1” ดังนั้นการเปลี่ยนแปลง  ของสัญญาณที่เอาต์พุตจะเกิดสภาวะต่างๆ เมื่ออินพุต R  และ S  เป็นลอจิก “1”

15.1.2    อาร์เอสแล็ทช์ ชนิดการทำงานที่ลอจิก “0”

อาร์เอสแล็ทช์  ชนิดการทำงานที่ลอจิก “0”  จะเกิดสภาวะเซ็ต เมื่อป้อนลอจิก “0”  เข้าที่ขาเซ็ต และเกิดสภาวะรีเซ็ตเมื่อป้อนลอจิก “0” เข้าที่ขารีเซ็ต  แสดงสัญลักษณ์ดังรูปที่ 15.5

รูปที่ 15.5  สัญลักษณ์ของอาร์เอสแล็ทช์ ชนิดทำงานที่ลอจิก “0”

วงจรอาร์เอสแล็ทช์ชนิดทำงานที่ลอจิก “0” สร้างจากแนนด์เกต 2 ตัว โดยต่อ           เอาต์พุตของเกตแต่ละตัวกลับมายังอินพุตของอีกตัวหนึ่ง แสดงดังรูปที่ 15.6 สมการที่เอาต์พุต Q และ  เขียนได้ดังนี้

Q       =       

       =       

รูปที่ 15.6 วงจรอาร์เอสแล็ทช์ ชนิดทำงานที่ลอจิก “0”

                               

แสดงสภาวะอินพุตและเอาต์พุตของอาร์เอสแล็ทช์  ชนิดทำงานที่ลอจิก “0”  เป็นตารางความจริงดังตารางที่ 15.2

ตารางที่ 15.2 ตารางความจริงของอาร์เอสแล็ทช์ ชนิดทำงานที่ลอจิก “0”

อินพุต			เอาต์พุต		สภาวะของเอาต์พุต
R	S		Qn+1	n+1
0	0	0	1	1	ไม่ยอมให้เกิดขึ้น Not Allow : N.A.
		1	1	1
0	1	0	0	1	รีเซ็ต Reset : R
		1	0	1
1	0	0	1	0	เซ็ต Set : S
		1	1	0
1	1	0	0	1	ไม่เปลี่ยนแปลง No Change : N.C.
		1	1	0

  ตัวอย่างที่ 7-2   จงเขียนสัญญาณที่เอาต์พุต Q ของอาร์เอสแล็ทช์  ชนิดทำงานที่ลอจิก “0” เมื่อป้อนสัญญาณอินพุต  ให้ดังต่อไปนี้

รูปที่ 15.7  สัญลักษณ์ของ อาร์เอสแล็ทช์ ตัวอย่างที่ 15.2

รูปที่ 15.8  ไดอะแกรมเวลาของ อาร์เอสแล็ทช์ ตัวอย่างที่ 15.2

 15.2  อาร์เอส  ฟลิปฟลอป

      อาร์เอสฟลิปฟลอป เป็นการนำเอา อาร์เอสแล็ทช์ มาใส่สัญญาณนาฬิกา เพื่อกระตุ้นให้ฟลิปฟลอปทำงานในสภาวะต่างๆ ตามการป้อนสัญญาณเข้าที่อินพุต ดังรูปที่ 15.9 (ก) นอกจากอินพุตอาร์เอสและคล็อกแล้ว ยังมีอินพุตโดยตรงอีกคือขาอินพุตพรีเซ็ต(Preset : PR) เพื่อทำให้เอาต์พุต Q เป็น “1”  และขาอินพุตเคลียร์ (Clear :CLR) เพื่อทำให้เอาต์พุต Q เป็น “0”  ซึ่งมีทั้งชนิดที่ทำงานที่ลอจิก “1”  และลอจิก “0”  ดังรูปที่ 15.9 (ข) และ (ค)

(ก)                                     (ข)                                    (ค)

รูปที่ 15.9  อาร์เอสฟลิปฟลอป

                    (ก) สัญลักษณ์อาร์เอสฟลิปฟลอปชนิดที่มีการกระตุ้นคล็อก

                   (ข) สัญลักษณ์อาร์เอสฟลิปฟลอปที่มีขาพรีเซ็ต และ ขาเคลียร์ ชนิดทำงานที่ลอจิก “1”

                    (ค) สัญลักษณ์อาร์เอสฟลิปฟลอปที่มีขาพรีเซ็ต และ ขาเคลียร์ ชนิดทำงานที่ลอจิก “0”

                การกระตุ้นด้วยสัญญาณนาฬิกา   สามารถกระทำได้หลายแบบ แสดงสัญลักษณ์การกระตุ้นด้วยสัญญาณนาฬิกาดังรูปที่ 15.10

รูปที่ 15.10  แสดงสัญลักษณ์การกระตุ้นด้วยสัญญาณนาฬิกา

       (ก)   แสดงการกระตุ้นด้วยพัลส์บวก                      (ข)      แสดงการกระตุ้นด้วยคมบวก

       (ค)   แสดงการกระตุ้นด้วยพัลส์ลบ                         (ง)      แสดงการกระตุ้นด้วยคมลบ

                   สภาวะอินพุต และเอาต์พุต ของอาร์เอสฟลิปฟลอป แสดงเป็นตารางความจริง  ได้ดังตารางที่ 15.3

ตารางที่ 15.3 ตารางความจริงของอาร์เอสฟลิปฟลอป ชนิดที่มีขา CLK , PR และ CLR

อินพุต					Qn	เอาต์พุต		สภาวะเอาต์พุต
PR	CLR	CLK	R	S		Qn + 1	n+1
1	0	X	X	X	0	1	0	Preset : PR
					1	1	0
0	1	X	X	X	0	0	1	Clear : CLR
					1	0	1
0	0		0	0	0	0	1	NoChange : NC
					1	1	0
0	0		0	1	0	1	0	Set : S
					1	1	0
0	0		1	0	0	0	1	Reset : R
					1	0	1
0	0		1	1	0	0	0	Not Allow : NA
					1	0	0

ตัวอย่างที่ 15.3 จากรูปที่ 15.11  จงเขียนสัญญาณที่เอาต์พุต Q  เมื่อกำหนดสัญญาณอินพุต ให้ดังต่อไปนี้

รูปที่ 15.11  สัญลักษณ์ของ อาร์เอสฟลิปฟลอป ของตัวอย่างที่ 15.3

รูปที่ 15.12 ไดอะแกรมเวลาของ อาร์เอสฟลิปฟลอป ของตัวอย่างที่ 15.3

15.1    เจเค  ฟลิปฟลอป (J-K Flip Flop)

เนื่องจากอาร์เอสฟลิปฟลอป มีคุณสมบัติที่ไม่ยอมให้เอาต์พุตเกิดขึ้นอยู่สภาวะหนึ่ง คือ สภาวะที่อินพุตอาร์และเอสเป็นลอจิก “1” ทั้งคู่ เอาต์พุต Q และ  จะมีสภาวะลอจิกที่เหมือนกัน ซึ่งสภาวะนี้ไม่  สามารถนำไปใช้งานได้ ดังนั้นจึงมีการแก้ไขคุณสมบัติข้อนี้ โดยสร้างเป็นเจเคฟลิปฟลอป ซึ่งเมื่อเทียบกับ อาร์เอสฟลิปฟลอปแล้ว อินพุต เจ เสมือนกับ อินพุต เอส และอินพุต เค เสมือนกับอินพุต อาร์ นั่นเอง แต่ เจเคฟลิปฟลอปมีข้อดีกว่าอาร์เอสฟลิปฟลอป ตรงที่ ถ้าอินพุตเจและเค เป็น “1” ทั้งคู่ เจเคฟลิปฟลอปจะอยู่ในสภาวะทอกเกิ้ล(Toggle) ซึ่งในสภาวะนี้เอาต์พุต Q จะเปลี่ยนสภาวะเป็นตรงกันข้ามทุกครั้งเมื่อมีสัญญาณล็อกเข้ามากระตุ้น   แสดงสัญลักษณ์ ดังรูปที่ 15.13

รูปที่ 15.13 สัญลักษณ์ เจเคฟลิปฟลอปที่กระตุ้นคล๊อกที่ขอบขาลง

ตารางที่ 15.4 ตารางความจริงของ เจเคฟลิปฟลอป

อินพุต			Qn	เอาต์พุต		สภาวะเอาต์พุต
J	K	CLK		Qn + 1	n+1
0	0		0	0	1	No Change
			1	1	0
0	1		0	0	1	Reset
			1	0	1
1	0		0	1	0	Set
			1	1	0
1	1		0	1	0	Toggle
			1	0	1

 หมายเหตุ       Q_nคือเอาต์พุต Q ก่อนที่จะป้อนสัญญาณคล๊อก

                     Q_n+1คือเอาต์พุต Q หลังจากป้อนสัญญาณคล๊อกเข้าไป 1 ลูก

 ตัวอย่างที่ 15.4   จงเขียนสัญญาณที่เอาต์พุต Q ของ เจเคฟลิปฟลอปที่กำหนดให้ดังรูปที่ 15.14  เมื่อกำหนดสัญญาณอินพุต  ให้ดังต่อไปนี้    (ในสภาวะเริ่มต้น กำหนดให้เอาต์พุต Q  เป็นลอจิก “0”)

รูปที่ 15.14  สัญลักษณ์ของ เจเคฟลิปฟลอป ตัวอย่างที่ 15.4

รูปที่ 15.15 ไดอะแกรมเวลาของ เจเคฟลิปฟลอป ของตัวอย่างที่ 15.4

15.2    ดี  ฟลิปฟลอป (D Flip Flop)

        ดี ฟลิปฟลอป หรือดาต้า(Data) ฟลิปฟลอป  เป็นฟลิปฟลอปที่ใช้ในการเก็บ  หรือจดจำสภาวะลอจิกที่ป้อนเข้ามาที่อินพุต  ให้คงอยู่ที่เอาต์พุตจนกว่าจะปิดไฟเลี้ยง หรือจนกว่าจะป้อนอินพุตตัวใหม่เข้ามาซึ่ง          ฟลิปฟลอปนี้  เป็นโครงสร้างเบื้องต้นของหน่วยความจำแบบสแตติกแรมนั่นเอง สัญลักษณ์ของดีฟลิปฟลอป   แสดงดังรูปที่ 15.16 

                                        

                                     (ก)                                             (ข)

                                รูปที่ 15.16  สัญลักษณ์ ดี ฟลิปฟลอป

                                           (ก) ชนิดกระตุ้นคล็อกที่ขอบขาขึ้น

(ข) ชนิดกระตุ้นคล็อกที่ขอบขาลง

          แสดงการทำงานของสภาวะอินพุต และเอาต์พุต ของดีฟลิปฟลอปชนิดกระตุ้นที่ขอบขาขึ้นเป็นตารางความจริงได้ดังตารางที่ 15.5

ตารางที่ 15.5 ตารางความจริงของดี ฟลิปฟลอป ชนิดกระตุ้นที่คล็อกขอบขาขึ้น

อินพุต		Qn	เอาต์พุต		สภาวะเอาต์พุต
CLK	D		Qn + 1	n+1
	0	0	0	1	Reset
		1	0	1
	1	0	1	0	Set
		1	1	0
0	X	0	0	1	No change
		1	1	0

ตัวอย่างที่ 15.5 จากสัญลักษณ์ของ ดีฟลิปฟลอป ที่กำหนดให้ในรูปที่ 15.17 จงเขียนสัญญาณที่เอาต์พุต Q ของ ดี ฟลิปฟลอปเมื่อกำหนดสัญญาณอินพุตให้ดังต่อไปนี้ (ในสภาวะเริ่มต้น กำหนดให้เอาต์พุตเป็นลอจิก “0” )

 

รูปที่ 15.17  สัญลักษณ์ของ ดี ฟลิปฟลอป ตัวอย่างที่ 15.5

  

 

รูปที่ 15.18 ไดอะแกรมเวลาของ ดี ฟลิปฟลอป ตัวอย่างที่ 15.5

 15.2.1    การดัดแปลงอาร์เอสฟลิปฟลอปและเจเคฟลิปฟลอป เป็นดีฟลิปฟลอป

การดัดแปลงฟลิปฟลอปชนิดอื่น เช่น อาร์เอสฟลิปฟลอป และเจเคฟลิปฟลอป ให้มีสภาวะเอาต์พุตเหมือนกับดี ฟลิปฟลอป สามารถดัดแปลงได้ดังรูปที่ 15.19 (ก) เป็นการดัดแปลงอาร์เอสฟลิปฟลอปเป็น ดี ฟลิปฟลอป (ข) เป็นการดัดแปลง เจเคฟลิปฟลอป เป็น ดี ฟลิปฟลอป

     

                              (ก)                                                           (ข)                      

         รูปที่ 15.19   การดัดแปลงให้เป็น ดี ฟลิปฟลอป

                                         (ก) ดัดแปลงมาจาก อาร์เอสฟลิปฟลอป

                                         (ข) ดัดแปลงมาจาก เจเคฟลิปฟลอป

  

15.3    ที  ฟลิปฟลอป (T  Flip  Flop)

   ที ฟลิปฟลอป หรือทอกเกิ้ล(Toggle) ฟลิปฟลอป เป็นฟลิปฟลอปที่มีสภาวะเอาต์พุตเปลี่ยนแปลงเป็นตรงกันข้ามทุกครั้งที่มีสัญญาณคล๊อกเข้าไปกระตุ้นที่อินพุต ที ดังรูปที่ 15.20 แสดงสัญลักษณ์ของที ฟลิปฟลอป

                             

                                      (ก)                                                 (ข)

                             รูปที่ 15.20  สัญลักษณ์ ที ฟลิปฟลอป

                                    (ก) ชนิดกระตุ้นคล๊อกที่ขอบขาขึ้น

                                   (ข) ชนิดกระตุ้นคล๊อกที่ขอบขาลง

                แสดงการทำงานของสภาวะอินพุต และเอาต์พุต เป็นตารางความจริง ได้ดังตารางที่ 15.6

ตารางที่ 15.6 ตารางความจริงของที ฟลิปฟลอป 

CLK	Qn	Qn+1
หรือ	0	1
	1	0

ตัวอย่างที่ 15.6จากรูปที่ 15.21  จงเขียนสัญญาณที่เอาต์พุต Q ของ ที ฟลิปฟลอป เมื่อกำหนดสัญญาณอินพุต ให้ดังต่อไปนี้ 

รูปที่ 15.21 สัญลักษณ์ของ ที ฟลิปฟลอป ตัวอย่างที่ 15.6 

 

รูปที่ 15.22 ไดอะแกรมเวลาของ ที ฟลิปฟลอป ตัวอย่างที่ 15.6

15.3.1       การดัดแปลงฟลิปฟลอปชนิดอื่นเป็น ที ฟลิปฟลอป

ที ฟลิปฟลอป สามารถใช้ฟลิปฟลอปอื่น มาดัดแปลง ให้ทำงาน มีสภาวะเอาต์พุตเหมือนกับ ที ฟลิปฟลอป เช่น อาร์เอสฟลิปฟลอป  เจเคฟลิปฟลอป และ ดี ฟลิปฟลอป  แสดงดังรูปที่ 15.23

    

  

                                รูปที่  15.23  ที ฟลิปฟลอป

                                   (ก) ดัดแปลงมาจาก อาร์เอสฟลิปฟลอป

                                   (ข) ดัดแปลงมาจาก เจเคฟลิปฟลอป

                                   (ค) ดัดแปลงมาจาก เจเคฟลิปฟลอป

                                   (ง) ดัดแปลงมาจาก ดี ฟลิปฟลอป

             15. 6   ไอซี ฟลิปฟลอป

                        เนื่องจากฟลิปฟลอป เป็นวงจรที่มีความสำคัญ และมีใช้ทั่วไปในระบบงานดิจิตอล ดังนั้นจึงมีการผลิตไอซีฟลิปฟลอป ออกมาเป็นไอซีสำเร็จรูป เช่นไอซีตระกูลทีทีแอล ที่ผลิตออกมาใช้งานอย่างแพร่หลาย คือ เบอร์ 7476  และ 7474 ซึ่งเป็นไอซีเจเคฟลิปฟลอป และ ดีฟลิปฟลอป

                    15.6.1    ไอซีเบอร์ 7476และ 74LS76 (Dual Master-Slave J-K Flip Flop)

          ไอซี 7476 เป็นไอซี มาสเตอร์-สเลฟเจเคฟลิบฟลอบชนิดกระตุ้นคล็อกที่พัลส์บวก (Positive pulse–triggered master-slave Flip Flop) ส่วนไอซี 74LS76 เป็นไอซี เจเคฟลิบฟลอบชนิดที่กระตุ้นคล๊อกที่ขอบขาลง (Negative-edge) แสดงโครงสร้างในรูปที่ 15.24  และตารางความจริงในตารางที่ 15.7

รูปที่ 15.24  โครงสร้างของไอซี เจเคฟลิปฟลอป

(ก)   โครงสร้างของไอซีเบอร์ 7476 

ตารางที่ 15.7 ตารางความจริงของไอซีเบอร์ 74LS76

อินพุต					Qn	เอาต์พุต		สภาวะเอาต์พุต
PR	CLR	CLK	J	K		Qn+1	n+1
0	1	X	X	X	0	1	0	Preset
					1	1	0
1	0	X	X	X	0	0	1	Clear
					1	0	1
0	0	X	X	X	0	1*	1*	ไม่แน่นอน
					1	1*	1*
1	1		0	0	0	0	1	No change
					1	1	0
1	1		1	0	0	1	0	Set
					1	1	0
1	1		0	1	0	0	1	Reset
					1	0	1
1	1		1	1	0	1	0	Toggle
					1	0	1
1	1	-	X	X	0	0	1	No change
					1	1	0

 *มีสภาวะที่ไม่แน่นอน

                     15.6.3 ไอซี 7474 (Dual D Flip Flop)

              ไอซี 7474 เป็นไอซี ดี ฟลิบฟลอบ ชนิดกระตุ้นคล๊อกที่ขอบขาขึ้น ดังแสดงโครงสร้างใน รูปที่ 15.25 และตารางความจริงในตารางที่ 15.8

  

รูปที่ 15.25 โครงสร้างของไอซีเบอร์ 7474

ตารางที่ 15.8 ตารางความจริงของไอซีเบอร์ 7474

  

อินพุต				Qn	เอาต์พุต		สภาวะเอาต์พุต
PR	CLR	D	CLK		Qn+1	n+1
0	1	X	X	0	1	0	Preset
				1	1	0
1	0	X	X	0	0	1	Clear
				1	0	1
0	0	X	X	0	1*	1*	ไม่แน่นอน
				1	1*	1*
1	1	1		0	1	0	Set
				1	1	0
1	11	0		0	0	1	Reset
				1	0	1
1	1	X	-	0	0	1	No change
				1	1	0

        * มีสภาวะที่ไม่แน่นอน