Flip-flop

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I flip-flop (o bistabili) sono circuiti elettronici sequenziali molto semplici, utilizzati nell'elettronica digitale come dispositivi di memoria elementare. Il nome Flip-Flop deriva dal rumore che facevano i primi circuiti di questo tipo, costruiti con relè che permettevano il cambiamento di stato.

Possono essere utilizzati anche come circuito anti-rimbalzo per i contatti di un pulsante, un interruttore o un relè, indispensabili per esempio nelle funzioni di START e STOP nei cronometri digitali; infatti la chiusura dei contatti elettrici può non avvenire in modo definitivo, ma dopo una serie di rimbalzi, i quali generano altrettanti impulsi che, interpretati erroneamente dal circuito logico, porterebbero ad errori di funzionamento. L'uso di un flip flop, di solito SR, il quale commuta la sua uscita al primo impulso e ignora i successivi, risolve il problema. Le tabelle di verità possono essere ricavate dalle equazioni caratteristiche.

Esistono diversi tipi: S-R, J-K, T, D-latch, D-Edge-Triggered.

Flip-flop SR o Latch SR[modifica | modifica sorgente]

R1, R2 = 1 kΩ, R3, R4 = 10 kΩ
Simbolo circuitale tradizionale del flip-flop SR

È il flip-flop più semplice dal punto di vista circuitale e fu anche il primo ad essere realizzato. La versione attiva alta ha due ingressi s (Set) e r (Reset, detto anche Clear) e due uscite q e q_ (q complementato). È una rete sequenziale asincrona (senza clock) che si evolve in accordo alle seguenti specifiche: quando lo stato d'ingresso è s=0 e r=1 il flip-flop si resetta, cioè porta a 0 il valore della variabile d'uscita q e a 1 la variabile d'uscita q_; quando lo stato d'ingresso è s=1 e r=0 il flip-flop si setta cioè porta a 1 il valore della variabile d'uscita q e a 0 la variabile d'uscita q_; quando lo stato d'ingresso è s=0 e r=0 il flip-flop conserva, cioè mantiene inalterato il valore di entrambe le variabili d'uscita. La combinazione s=1 ed r=1 non viene utilizzata in quanto instabile (il risultato dipende infatti da quale delle porte che compongono il circuito interno del flip flop viene commutata prima).

Quando entrambi i valori R e S sono bassi, il flip-flop si trova nello stato neutro e mantiene il valore delle uscite, in questo caso si dice che "fa memoria" (mantiene cioè in uscita il dato precedente memorizzato). Quando invece entrambi gli ingressi hanno valore 1, si ha una condizione logicamente non definita. Elettronicamente, con gli ingressi S e R contemporaneamente a 1, il circuito del flip-flop SR si trasforma in un oscillatore astabile la cui frequenza dipende dal ritardo di trasmissione delle porte logiche componenti; le uscite del flip-flop SR emettono allora due onde quadre di pari frequenza e sfasate di 180°. Questa "perdita di senso logico" che è possibile nei flip-flop SR è il motivo principale per cui, di norma, si impiegano flip-flop JK o D nei circuiti digitali.

Tabella di verità (Q+ e Qn+ (uscita negata) indicano gli stati futuri della memoria all'istante t+1 in base agli ingressi all'istante t):

S R Q+ Qn+ Descrizione
0 0 Nc Nc Nessuna Commutazione
1 0 1 0 Set
0 1 0 1 Reset
1 1 - - Combinazione non utilizzata

Flip-flop JK[modifica | modifica sorgente]

Simbolo circuitale (ISO) per flip-flop di tipo JK, dove > è l'ingresso del clock, J e K sono gli ingressi dei dati, Q è l'uscita del dato memorizzato, e Q' è l'inverso di Q.

È caratterizzato da due ingressi, due uscite complementari e un ingresso di sincronizzazione. Ha funzioni di memoria, reset, set. A differenza dei Flip-flop SR non ha stati proibiti, ovvero le due entrate possono assumere qualsiasi valore (0-0,0-1,1-0,1-1).

Equazione caratteristica: Q+ = KnQ + JQn

Tabella di verità

J K Q+ Qn+

Descrizione

0 0 Q Qn Nessun Cambiamento
1 0 1 0 Set
0 1 0 1 Reset
1 1 Qn Q Toggle

Quindi, quando J e K valgono entrambi 1, le uscite vengono complementate (ossia se erano 1 diventano 0 e viceversa), trasformandosi in un flip-flop T; quando valgono zero, vengono mantenute in memoria.

Flip-flop T (toggle)[modifica | modifica sorgente]

Simbolo circuitale per flip-flop di tipo T, dove > è l'ingresso del clock, T è l'ingresso toggle e Q è l'uscita del dato memorizzato.
Altro simbolo circuitale (ISO) del flip-flop T con uscita Q ed uscita complementata

Ha un ingresso, due uscite complementari e un ingresso di sincronizzazione. Ha funzioni di memoria e toggle, che consiste nella negazione del valore precedentemente memorizzato. Può venir realizzato con un flip-flop JK, con i due ingressi J e K collegati assieme e formanti quindi l'ingresso T.

Equazione caratteristica: Q+ = TnQ + TQn = T Q

Proprietà: Se T=1 l'uscita Q ha frequenza dimezzata rispetto al clock.

Applicazioni: È il componente base dei contatori, infatti collegando a cascata vari flip-flop T ad ogni uscita si ottiene un clock dimezzato rispetto al clock precedente.

Tabella di verità:

T Q+ Descrizione
0 Q memoria (nessun cambiamento)
1 Qn complemento

Flip-flop D (delay)[modifica | modifica sorgente]

Simbolo circuitale (ISO) per flip-flop di tipo D, dove > è l'ingresso del clock, D è l'ingresso del dato e Q è l'uscita del dato memorizzato.

Ha un ingresso per il dato, un ingresso di sincronizzazione (clock) e un'uscita. In corrispondenza del comando di clock, trasferisce l'ingresso in uscita e ve lo mantiene fin quando non cambia il suddetto ingresso.

Equazione caratteristica: Q+ =D

Applicazioni: per le sue caratteristiche è il componente base delle memorie (veloci) e registri (normali, a scorrimento, ad anello).

Tabella di verità:

D Q+ Descrizione
0 0 reset
1 1 set

Circuiti integrati flip-flop[modifica | modifica sorgente]

Sono disponibili circuiti integrati che contengono flip-flop singoli oppure multipli. Ad esempio il flip-flop di tipo D è disponibile come integrato con otto unità logiche ma con l’ingresso di clock in comune.[1]
Generalmente non sono disponibili in commercio flip-flop di tipo T, poiché sono facilmente realizzabili utilizzando un flip-flop JK con i due ingressi collegati tra di loro.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ (EN) Circuito integrato 74HC374 costituito da otto flip-flop di tipo D con ingresso di clock in comune ed in più un controllo (prioritario) di abilitazione/disabilitazione delle uscite (PDF), ON Semiconductor Corp. URL consultato il 4 giugno 2010.

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

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