سوف تجد “Flip flops” استخدامها في العديد من المجالات في الإلكترونيات الرقمية، و”Flip flops” هو المكونات الرئيسية للدوائر المتسلسلة، وعلى وجه الخصوص فإنّ “Flip flops” الذي يتم تشغيله على الحافة عبارة عن أجهزة مفيدة للغاية يمكن استخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات، مثل تخزين البيانات الثنائية والعداد ونقل البيانات الثنائية من موقع إلى آخر وما إلى ذلك.
ما هي استخدامات دارة Flip flops
أولاً: العدادات
تستخدم العدادات على نطاق واسع في الإلكترونيات الرقمية والأنظمة الرقمية، كما يتم استخدامها لحساب عدد الأحداث التي حدثت في فترة زمنية محددة، حيث في الغالب يتم استخدام العداد لحساب عدد النبضات التي تدخل عند مدخلات الدائرة في فترة زمنية محددة.
في مصطلحات الإلكترونيات الرقمية العداد عبارة عن دائرة متسلسلة تنتج تسلسل عد محدد، كما إنّه جهاز إلكتروني يستخدم لحساب إشارات الساعة، حيث ستحتوي العدادات على ذاكرة نظراً لأنّه يتعين عليها تذكر الحالات السابقة للدائرة الرقمية وبالتالي فهي تتكون من “flip-flops” في هيكلها، كما يتم تصنيف العدادات إلى نوعين.
1- عداد غير متزامن
عداد غير متزامن: يُعرف أيضاً باسم عداد التموج، كما يتم تشكيل العداد غير المتزامن عن طريق توصيل “flip-flops” المكملة معاً، أي أنّ “flip-flop” الأول متصل بإدخال نبض الساعة وبقية “flip-flops” متصلة بناتج “flip-flop” السابق.
يمكن إنشاء تكملة “flip-flop” المتأرجح باستخدام “JK flip-flops” وربط مدخلاتهم معاً، كما يتم توصيل مدخل الساعة للمرحلة الأولى فقط، حيث يتم تشغيل المرحلة الثانية من خلال ناتج المرحلة الأولى بسبب تأخير انتشار “flip-flop”، ولن يحدث انتقال نبض ساعة الإدخال وناتج “Q1” في وقت واحد.
كما يُعرف هذا باسم “التشغيل غير المتزامن للعدادات” وسيتم تبديل ناتج العداد للحافة الموجبة لنبض الساعة لأنّ كلا المدخلين مرتبطان بـ “HIGH” أي المنطق 1، كما يمكن أيضاً إنشاء عداد تموج لأسفل عن طريق توصيل إدخال “flip-flop” التالي بالناتج المدعوم “Q’1″، حيث سيتم حسابه من الحد الأقصى إلى الصفر أي أنّه يعمل بمثابة عداد لأسفل.
كا أنّه في مودولو N عداد يتم إعادة تعيين عداد “Modulo – n” بعد الوصول إلى رقم محدد أي بعد “n” يتم إعطاء الرقم الذي يجب أن تتم إعادة الضبط عنده بواسطة بوابة “NAND”، كما تم تعديل عدادات التموج العادية لتعمل كعدادات نمطية باستخدام بوابات “NAND”، وعندما يكون ناتج بوابة “NAND” منخفضاً ستتم إعادة ضبط “flip flops” وكذلك ناتج العداد.
وإذا تم أخذ عداد “modulo – 5” فيجب إعادة ضبط العداد عندما يصل إلى الحالة 101، كما يجب توصيل مدخلات بوابة “NAND” بمخرجات “FF 1″ و”FF 3” أي “Q1” و”Q3″، حيث عندما يصل ناتج هاتين المرحلتين إلى 1 يكون ناتج بوابة “NAND” هو 0 وهذا يعيد ضبط العداد.
2- عداد متزامن
في العدادات المتزامنة يتم توصيل جميع “flip-flops” بنفس إشارة الساعة وسيتم تشغيل جميع “flip-flops” في نفس الوقت، وفي العداد المتزامن “2 بت”يتم توصيل كل من النتوءات بنفس نبض الساعة كما يعمل ناتج أول “flip-flops” كمدخل “flip-flops” التالية.
وفي البداية يُفترض أن تكون “flip flops” في حالة إعادة تعيين، حيث تكون مخرجاتها 0 أي “Q1 = 0” و”Q2 = 0″، حيث عندما يتم تطبيق أول نبضة على مدار الساعة فإنّ “flip-flops” الأول سوف يتبدل حيث أنّ كلا من مدخلات تم ربط “FF 1” بدرجة عالية أي المنطق 1.
وبالنسبة لنبض الساعة الثاني سيتم تبديل كل من “flip flops” لأنّ مدخلات كل من “flip flops FF 1″ و”FF 2” مرتفعة، أمّا إذا تم تطبيق نبضة الساعة الثالثة فسيتم تبديل “flip flop” الأول فقط “FF 1” لأنّ الإدخال إلى “flip flop FF 2” هو 0.
وفي حالة العداد المتزامن “3 بت” يتم توصيل مدخلات “flip-flops” الثالث ببوابة “AND” التي يتم تغذيتها بمخرجات الوجه الأول والثاني “Q1” و”Q2″، أي أنّ المدخلات إلى “flip-flops” الثالث مرتبطة للمنتج “Q1Q2″، وبالمثل في حالة العداد المتزامن “4 بت” يجب ربط مدخلات “flip-flops” الرابع بالمنتج “Q1Q2Q3″، وأمّا تطبيقات العدادات هي أنّه يتم استخدام العدادات كساعات رقمية وعدادات تردد وعدادات ثنائية، وهناك العديد من أنواع العدادات التي يتم استخدامها:
- عداد “BCD”.
- عداد العقد.
- أعلى / أسفل العداد.
- عداد التردد.
ثانياً: السجلات
تُعد دوائر مقسم التردد ونقل البيانات هذه من التطبيقات التي تستفيد من عملية “flip-flops” الساعة جميعهم تقريباً يندرجون تحت فئة الدوائر المتسلسلة، كما يمكن أن تخزن “Flip flops” جزءاً واحداً من البيانات أي 1 أو 0، كما تُستخدم السجلات لتخزين أجزاء متعددة من البيانات لذلك يتم استخدام “flip-flops” لتصميم السجلات.
ووفقاً للإلكترونيات الرقمية السجل هو جهاز يستخدم لتخزين المعلومات، ونظراً لأنّه يُسمح بـ “flip-flops” واحد للتخزين 1 بت يتم توصيل “n flip flops” من أجل تخزين “n بت” من البيانات، وعلى سبيل المثال إذا كان الكمبيوتر سيخزن بيانات “16 بت” فإنّه يحتاج إلى مجموعة من “16 flip-flops”، كما قد تكون مدخلات ومخرجات السجل مسلسلة أو متوازية بناءً على المتطلبات، وسلسلة بتات البيانات المخزنة بواسطة السجلات تسمى “بايت” أو “كلمة”.
وعندما يتم توصيل عدد من “flip flops” في سلسلة يُطلق على هذا الترتيب اسم “Register”، كما يمكن نقل المعلومات المخزنة داخل السجلات وهذه تسمى “سجلات التحول”، والسجلات غير المتزامنة والمتزامنة:
- تتكون سجلات التحول من “flip-flops” ويعتمد تشغيلها على حالة “flip-flops”.
- المسجلات التي ستعمل بالاعتماد على التشغيل غير المتزامن تسمى “سجلات التحول غير المتزامن”.
- وبالمثل فإنّ سجلات التحول التي ستغير حالتها فقط عندما يتم تشغيلها بواسطة نبض الساعة تسمى “سجلات التحول المتزامن”.
أنواع سجلات التحول
- التحول سجل المغادر.
- التحول الصحيح للسجل.
- التحول حول التسجيل.
- سجلات التحول ثنائي الاتجاه.
- سجلات التحول الشاملة
فئات السجلات
1- دوائر مقسم التردد
تُستخدم دوائر مقسم التردد لإنتاج ناتج الإشارة الرقمية نصف تردد الإدخال بالضبط، كما تُستخدم دارات مقسم التردد بشكل عام في تصميم العدادات غير المتزامنة، وتسمى عملية تقسيم أو تقليل تردد الناتج إلى نصف تردد إشارة الإدخال “تقسيم التردد”، وهذا يعني أنّه إذا تم العمل على معالجة إشارة إدخال بتردد “160 كيلو هرتز”، فإنّ دائرة مقسم التردد ستوفر ناتج “80 كيلو هرتز”.
2- نقل البيانات
“نقل البيانات” هو عملية نقل البيانات من سجل إلى سجل آخر، وبشكل عام تقوم سجلات التحول بإجراء هذا النوع من العمليات، كما يمكن نقل البيانات باستخدام “flip-flops” بطريقتين هما:
- نقل البيانات التسلسلية.
- نقل البيانات المتوازي.
ثالثاً: أجهزة كشف الأحداث
أجهزة الكشف عن الأحداث: هي الدوائر التي تساعد في تحديد حدوث حدث معين، وهذه الأجهزة مطلوبة لتغيير حالتها عند حدوث حدث، ويجب أيضًا الاحتفاظ بها في نفس الحالة حتى يتم مسح هذا الحدث، حيث من المعروف أنّ “Flip-flops” يحافظ على حالته حتى ظهور حالة مناسبة عند مدخلاته ممّا يعني أنّه يمكن أن يعمل ككاشفات للأحداث، وعلى سبيل المثال يمكن للمرء استخدام “D flip-flop” لاكتشاف حدث “تشغيل” الضوء.
