Flip – Flop Devresi Nedir? Ne İşe Yarar?

Flip floplar: Yapısında lojik kapılar olan yani lojik kapılar ile gerçekleştirilmiş bellek elemanlarıdır. Bu özel elemanların girişlerinin değişimine bağlı olarak çıkış değeri değişir. Flip flopların bu anlık değişimine tetiklenme denir.

Bir bitlik bilgi saklama yeteneğine sahiptirler. Flip flop devrelerinde, biri saklanan bilginin (bitin) normal değerine, diğeri tümleyen değerine sahip iki çıkışı bulunur.

Sembolü görülen Flip flop (FF), Q ve Q’ olarak adlandırılan ve birbirinin tersi olan iki çıkışı vardır. ‘Q çıkışı normal, Q’ ise terslenmiş çıkış’ olarak kabul edilir. Çıkış dendiğinde, Q çıkışı referans alınır.

Örneğin, flip flopun çıkışı ‘1’ dendiğinde, kasdedilen Q=1′ dir. Bu durumda Q’=0 değerine sahiptir. İki farklı konumdan (0 veya 1) birisini alabilir. Flip flopda çıkışların alacağı değerleri flip flopnun konumunu değiştirme kapasitesine sahip girişler belirler. FF ‘nin çıkış durumunu değiştirmek için giriş tetiklenmelidir.

FF’ nin çıkışını değiştiren tetikleme darbesinin sona ermesinden sonra FF’ nin çıkışı konumunu korur. Bu durum FF’ nin bellek özelliği göstermesini sağlar. Başka bir ifade ile tetikleme sinyali ile FF ‘nin durumu değiştirilmediği sürece FF durumunu sonsuza kadar koruyabilir.

Flip Flop Özellikleri

En önemli özelliği çıkış değerlerinin bir önceki çıkışa da bağlı olmasıdır. Flip flopların (“FF”) her de saat (clock) girişi bulunur. Bu girişe kare dalga şeklindeki tetikleme sinyali bağlanır. Bu sinyal ile flip flop çıkışlarını değiştirir. FF” nin vereceği çıkış girişlere bağlı, aynı zamanda da bir önceki çıkışa da bağlıdır. Yani geri besleme söz konusudur. Girişlerine uygulanan sinyal değişmediği sürece çıkış durumunu korur.

• Girişlerine uygulanan sinyal değişmediği müddetçe çıkış durumunu korur.
• Flip-floplar 1 “bit”lik bilgiyi saklayabilir.
• Giriş sinyallerine göre çıkış ya lojik “0” ya da lojik “1” olur.
• Her bir flip flobun Q ve Ǭ olmak üzere 2 çıkışı bulunur. Q çıkışı “1” ise Ǭ “0” , Q çıkışı “0” ise Ǭ “1” olmaktadır. Uygulamada hangi çıkış işimize yarayacaksa o kullanılır. Esas çıkış Q çıkışıdır. Eğer Q çıkışının değilini kullanmak gerekirse ayrıca bir “Değil” kapısı kullanmaya gerek yoktur.
• Flip floplar ardışıl devrelerin temel elemanıdır. Burada en önemli konu, flip flopların sembolleri ve doğruluk tablolarıdır. Yani flip flopların girişleri ne olursa çıkışının ne olacağı olmalıdır.

Flip floplar bir çeşit çift kararlı multivibratörlerdir. Genel olarak tasarlanacak devre şeması aşağıdadır:

Burada önemli olan tetikleme sinyali dışında bir giriş olmamasıdır. Böyle tasarlanmış bir devre çıkışları, gelen her tetikleme sinyali ile birlikte sırası ile ardışıl olarak değişir durur.

Flip-Flopların Tetiklenmesi ve Çeşitleri

(FF) clock (saat) palsi veya tetikleme palsi adı verilen kare dalga sinyal ile tetiklenir. CLK girişlerine bu kare dalga sinyal bağlanır. Bu kare dalga sinyaller ise osilatör devreleri ile üretilir. Yani flip-flopları kullanmak için bir kare dalga osilatörüne ihtiyaç vardır. Tetikleme palsi, şekil de olduğu gibi 0V ila 5V arasında değişen bir kare dalgadır. Yani lojik “0” ile lojik “1” arasında değişen bir işarettir. Değişik frekanslarda olabilir.

Tetikleme şekillerine göre flip floplar çeşitlere ayrılır. Sembollerinden hangi tetikleme ile çalıştığı anlaşılabilir. Bir flip-flopun hangi tetikleme ile çalıştığını anlamak için CLK girişindeki şekle bakılır.

Genelde 3 çeşit tetikleme şekli vardır.

• Pozitif kenar (çıkan kenar) tetiklemesi,
• Negatif kenar (inen kenar) tetiklemesi
• Düzey tetiklemesi

Kare dalganın “0” dan “1” durumuna geçtiği andaki tetiklemeye pozitif kenar tetiklemesi denir. Çıkışlar kare dalganın, her sıfırdan birer geçişinde konum değiştirir. Yani “Başla” sesinin geldiği anlar bu anlardır. Şekilde gösterilen t1, t2, t3 zamanları flip flop için pozitif kenar tetikleme zamanlarıdır.

Kare dalganın “1” den “0” durumuna geçtiği andaki tetiklemeye negatif kenar tetiklemesi denir. Çıkışlar, kare dalganın, her birden sıfıra geçişinde konum değiştirir. Yani “BAŞLA” sinyalinin geldiği anlar bu anlardır. Şekilde görüldüğü gibi t1, t2, t3 zamanları flip flop için negatif kenar tetikleme zamanlarıdır.

Kare dalganın “1” olarak kaldığı veya “0” olarak kaldığı durumlarda çıkışın değişmesine düzey tetikleme denir. Yani “Başla” sinyalinin geldiği anlar bu anlardır. Şekilde kare dalga sinyalde düzey tetikleme zamanları gösterilmiştir.

Flip Flop Çeşitleri

Başlıca dört çeşittir.

• RS flip-flop
• JK flip-flop
• D flip-flop
• T flip-flop

Bir de bunlara ek olarak Preset/Clear girişli flip floplar vardır. Her bir flip flop çeşidinin Preset/Clear girişli olanı vardır. Yani Preset/Clear girişli RS flip-flop, Preset/Clear girişli JK flip-flop, Preset/Clear girişli D flip-flop ve Preset/Clear girişli T flip-flop vardır.

RS Flip Flop

RS flip flop aşağıdaki sembolde görüldüğü gibi S (Set=Kur) ve R (Reset=Sıfırla) isimlerinde iki girişe sahip bir flip floptur. 20 Q ve Q‟ olarak adlandırılan birbirinin tersi çıkışları vardır. Q=1 iken Q‟=0, Q=0 iken Q‟=1 „dir.

JK Flip-Flop

JK flip-flop’ ta, RS flip flop gibi iki giriş vardır. J girişi RS FF’ nin “Kur” girişi, K ise RS FF’ un “Sıfırla” girişi gibi düşünülebilir. JK FF’ in RS FF’ den tek farkı J=1, K=1 durumunda belirsizlik olmamasıdır. Bu durumda çıkış, bir önceki çıkışın tersi olmaktadır.

Yani J=1, K=1 olduğunda çıkış “0” ise “1”, “1” ise “0” olmaktadır. Diğer durumlarda ise JK FF’ nin çıkışları RS FF gibidir. Şekil “a” da yükselen kenar tetiklemeli JK flip-flop lojik diyagramı gösterilmiştir. Şekil “b” de sembolü, “c” de doğruluk tablosu gösterilmiştir.

T Flip-Flop

JK flip-flobun giriş uçları kısa devre edilerek T flip-flop tek girişli hâle getirilmiştir. O nedenle T FF entegresi yerine, JK FF entegresi alınıp girişleri kısa devre edilerek T FF entegresi yapılabilir. Şekil “a” da yükselen kenar tetiklemeli T flip-flop lojik diyagramı gösterilmiştir. Şekil “b” de sembolü, “c” de ise doğruluk tablosu gösterilmiştir.

JK FF’ in girişlerinin birbirine bağlanarak tek girişli hâle getirilmesi;

J ve K girişlerinden ayrı ayrı değerler girilemeyecektir. Yani biri ne ise diğeri de o olacaktır. 

T=0 ise J=0 ve K=0 demektir. Bunun sonucunda çıkış Q+ = Q olur.

T=1 ise J=1 ve K=1 demektir. Bunun sonucunda çıkış Q+= Ǭ olur. Bu da T FF’ nin girişine “0” verilirse çıkış değişmez, “1” verilirse çıkış, bir önceki çıkışın tersi olur. 

Örnek:

Şekilde girişine lojik “1” bilgisi girilmiştir. Negatif kenar tetiklemeli T FF’ nin gösterilen bağlantı durumuna göre çıkış dalga şeklini çizelim.

Cevap:

Şekil de görüldüğü gibi T=1 olduğuna göre çıkış, tetikleme sinyalinin her inen kenarında “0” ise “1”, “1” ise “0” olup duracaktır.

D Flip-Flop

D (Data) tipi flip-flop, bilgi kaydetmede kullanılan bir flip-floptur. Genel olarak register (kaydedici) devrelerinde kullanılır. D flip-flop, JK tipi flip-floba bir “Değil” kapısı eklenip girişleri birleştirilmesi ile elde edilir. D tipi flip-flopta giriş ne ise, her gelen tetikleme palsi ile çıkış o olur.

Şekil “a” da yükselen kenar tetiklemeli D flip-flop lojik diyagramı gösterilmiştir. Şekil “b” de sembolü, “c” de ise doğruluk tablosu gösterilmiştir.

Preset/Clear Girişli Flip-Floplar

Her flip-flop’ un preset/clear girişli olan çeşidi vardır. Hepsinde bu girişlerin çalışması aynıdır. Preset/clear girişli JK flip-flop en gelişmiş flip-floptur. Çünkü bu flip-flop ile diğer tüm flip-floplar elde edilebilir.

Şekilde görüldüğü gibi J,K ve CLK girişlerine birde PR (preset) ve CLR (clear) girişleri eklenmiştir. Preset=ön kurma ve clear=temizledir. Ön kurma, üst seviye kurma anlamındadır. RS FF için Set (Kurma) girişi, JK FF için J girişi çıkışı “1” yapma girişleridir. FF’ lerde ki PR (Preset) girişi de çıkışı “1” yapan giriştir.

Diğer girişlerden farkı daha üst bir yetkiye sahip olmasıdır. CLR (Clear) girişi ise, aynı RS FF’ nin R (reset) girişinde olduğu gibi, çıkışı temizleyen yani “0” yapan giriştir. Yine bu girişin farkı bir üst yetkiye sahiptir. Flip-flop’un en üst yetkili girişleri PR ve CLR girişleridir.

Eğer bu girişler flip-flop’ a bir şey yapmasını emrediyorsa;

Diğer girişler ne olursa olsun çıkış, PR ve CLR girişlerinin emirleri doğrultusunda olur. PR girişi, flip-flop çıkışını “1” yapan bir giriştir. Bu PR girişi aktif olduğu sürece diğer girişler ne olursa olsun, çıkış “1” olur. PR girişinde Değil kapısı kullanılmıştır. PR=0 olduğunda PR girişi aktif demektir. Diğer girişler ne olursa olsun çıkış “1” olur. PR=1 olduğunda ise PR girişi pasiftir.