ฟลิปฟล็อป

ฟลิปฟล็อป (อังกฤษ: flip-flop) หรือ แลตช์ (อังกฤษ: latch) เป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่มี Output คงที่อยู่ 2 สถานะ คือ $Q$ และ $\overline{Q}$ ซึ่งมีค่า ทางลอจิกตรงข้ามกัน เช่น ถ้า $Q$ = 1,$\overline{Q}$ = 0 ฟลิปฟล็อปยังเป็นอุปกรณ์ทางลอจิกซึ่งมีหน่วยความจำขนาดหนึ่งบิต ซึ่งบางครั้งอาจเรียกว่า เป็นอุปกรณ์ที่เสถียรภาพแบบสองสถานะ นั่นคือ ฟลิปฟล็อป หนึ่งตัวสามารถใช้เก็บค่า 0 หรือ 1 ได้ ซึ่งฟลิปฟล็อปจะทำงานเมื่อสัญญาณนาฬิกามีการเปลี่ยนแปลงค่า สำหรับช่วงเวลาอื่นๆ ฟลิปฟล็อปจะคงค่าหรือจำค่าเดิมไว้ได้ ดังนั้น ฟลิปฟล็อป จึงเป็นส่วนประกอบพื้นฐานในการสร้างตัวนับ เรจิสเตอร์ และหน่วยความจำ เพื่อเก็บข้อมูลในรูปของเลขฐานสอง ซึ่งในปัจจุบันเราใช้ ฟลิปฟล็อป กันอย่างกว้างขวางในอุปกรณ์ดิจิตอล เหมือนเป็นชิ้นส่วนความจำ คุณลักษณะอีกอย่างหนึ่งของฟลิปฟล็อปที่แตกต่างกับ gate คือ สามารถรักษาหรือเปลี่ยนแปลงสถานะของเอาต์พุตได้โดยใช้สัญญาณอินพุต

clock pulse เป็นวิธีการที่ทำให้ฟลิปฟล็อปแต่ละตัวสามารถเปลี่ยนสภาวะไปพร้อมๆ กันได้โดยต้องมีการให้สัญญาณการเปลี่ยนสถาวะ ซึ่งสัญญาณนี้เรียกว่า Clock pulse(CK)ส่วนนี้เองที่ทำให้ไม่ต้องใช้ฟลิปฟล็อปต่อร่วมกันหลายๆ อัน

ฟลิปฟล็อป ประกอบด้วย 4 ประเภทคือ ดีฟลิปฟล็อป ทีฟลิปฟล็อป เจเคฟลิปฟล็อป และเอสอาร์ฟลิปฟล็อป

ดีฟลิปฟล็อป

ดูบทความหลักได้ใน ดีฟลิปฟล็อป

ดีฟลิปฟล็อป (D flip-flop) จะมีการทำงานเมื่อถูกกระตุ้นด้วยสัญญาณนาฬิกาหรือ clock (CLK) ซึ่งสัญญาณนาฬิกาจะเปลี่ยนแปลงจาก 0>1>0>1>... เช่นนี้เรื่อยไป การกระตุ้นด้วยสัญญาณนาฬิกามีสองแบบคือ

• ขอบขาขึ้น (positive หรือ rising edge) คือ จะมีการเปลี่ยนแปลงจาก 0 เป็น 1
• ขอบขาลง (negative หรือ falling edge) คือ จะมีการเปลี่ยนแปลงจาก 1 เป็น 0

ตารางการทำงานของดีฟลิปฟล็อป

$CK$	$D$	$Q$n+1
^	0	$0$
^	1	$1$
0	X	$Q$n

T ฟลิปฟล็อป

ทีฟลิปฟล็อป

ดูบทความหลักได้ใน ทีฟลิปฟล็อป

ทีฟลิปฟล็อปหรือท๊อกเกิลฟลิปฟล็อป (T flip-flop หรือ Toggle flip-flop) จะมีอินพุตสองตัว คือ T (toggle) และ C (clock) อินพุต T ใช้เพื่อ toggle หรือกลับค่า output ของฟลิปฟล็อป

• T มีค่า 1 ค่าของ Q จะถูก toggle นั่นคือกลับค่าจาก 0 เป็น 1 หรือ 1 เป็น 0
• T มีค่า 0 ค่าของ Q จะไม่เปลี่ยนแปลง

ตารางการทำงานของ T flop-flop

$T$	$Q$ปัจจุบัน
0	$Q$ก่อนหน้านี้
1	$\overline{Q}$ก่อนหน้านี้

เจเคฟลิปฟล็อป

ดูบทความหลักได้ใน เจเคฟลิปฟล็อป

เจเคฟลิปฟล็อป (JK flip-flop) จะมีอินพุตสามตัว คือ J, K และ C (clock)

• J ใช้ในการ set ค่าของฟลิปฟล็อป คือทำให้ฟลิปฟล็อปมีค่าเป็น 1 ดังนั้นถ้า J=1 และ K=0 แล้ว Q จะเท่ากับ 1
• K ใช้ในการ reset ค่าของฟลิปฟล็อป คือทำให้ฟลิปฟล็อปมีค่าเป็น 0 ดังนั้นถ้า K=1 และ J=0 แล้ว Q จะเท่ากับ 0
• ถ้า J และ K เป็น 0 ทั้งคู่ ฟลิปฟล็อปจะคงค่าเดิมไว้
• ถ้า J และ K เป็น 1 ทั้งคู่ ฟลิปฟล็อปจะกลับค่าเดิม

Timing diagram ของ JK ฟลิปฟล็อป

สถานะของ JKฟลิปฟล็อปขณะที่ฟลิปฟล็อปถูกกระตุ้น

JK ฟลิปฟล็อป

$J$	$K$	$Q$ปัจจุบัน
0	0	$Q$ก่อนหน้านี้
1	0	$1$
0	1	$0$
1	1	$\overline{Q}$ก่อนหน้านี้

อาร์เอสฟลิปฟล็อป

อาร์เอสฟลิปฟล็อป (SR flip-flop) เป็นฟลิปฟล็อปสมมติ เพราะอินพุตแบบอาร์เอสมักเป็นแลตซ์ไม่ใช่ฟลิปฟล็อป ซึ่งจะมีอินพุตสามตัว คือ S (set), R (reset) และ C (clock)

• S ใช้ในการ set ค่าของฟลิปฟล็อป คือทำให้ฟลิปฟล็อปมีค่าเป็น 1 ดังนั้นถ้า S=1 และ R=0 แล้ว Q จะเท่ากับ 1
• R ใช้ในการ reset ค่าของฟลิปฟล็อป คือทำให้ฟลิปฟล็อปมีค่าเป็น 0 ดังนั้นถ้า R=1 และ S=0 แล้ว Q จะเท่ากับ 0
• ถ้า S และ R เป็น 0 ทั้งคู่ ฟลิปฟล็อปจะคงค่าเดิมไว้
• ถ้า S และ R เป็น 1 ทั้งคู่ ถือเป็นกรณีที่ผิดปรกติ เพราะว่าเอาต์พุตของฟลิปฟล็อปไม่ได้ถูกกำหนดไว้ในกรณีนี้(ภาวะแข่งขัน)

ฟังก์ชันการทำงานของ SRฟลิปฟล็อปสามารถสรุปการทำงานได้ดังนี้

$S$	$R$	$Q$	$\overline{Q}$	การทำงาน
0	0	$Q$	$\overline{Q}$	เก็บค่าเดิมไว้ ไม่เปลี่ยนแปลง (hold state)
1	0	$1$	$0$	เซต (set)
0	1	$0$	$1$	รีเซต (reset)
1	1	$0$	$0$	ไม่ใช้งาน (race condition)

สรุป

ฟลิปฟล็อป ประกอบด้วย 4 ประเภท คือ D, T, JK, และ SR การอธิบายนั้นก็จะเรียงตามความง่ายในการใช้งาน โดยเรียงจากง่ายไปยาก แต่ในการสร้างฟลิปฟล็อปนั้น เราจะเริ่มต้นสร้างจาก Rs ก่อน แล้วจึงนำ Rs ไปสร้างฟลิปฟล็อปแบบอื่น

ดูเพิ่ม

• แลตช์ (อิเล็กทรอนิกส์)

แหล่งข้อมูลอื่น

• จำลองสัญญาณอาร์เอสฟลิปฟล็อป
• จำลองสัญญาณฟลิปฟล็อบ