ما هي دوائر فليب فلوب في الاتصالات Flip Flops

يتم تشكيل “Flip flop” باستخدام بوابات منطقية والتي بدورها مصنوعة من الترانزستورات، و”Flip flop” هي لبنات بناء أساسية في ذاكرة الأجهزة الإلكترونية، كما يمكن لكل فليب فليب تخزين بت واحد من البيانات، وتسمى هذه أيضاً الدوائر المنطقية المتسلسلة.

الدوائر المنطقية المتسلسلة Flip – flops

دائرة “Flip – flops”: هو جهاز تخزين ثنائي لأنه يمكنه تخزين البيانات الثنائية “0” أو “1”، وهي أجهزة حساسة للحافة أو تعمل بالحافة أي أنّها حساسة للانتقال بدلاً من مدة أو عرض إشارة الساعة، كما تُعرف أيضاً باسم الأجهزة الحساسة لتغيير الإشارة ممّا يعني أنّ التغيير في مستوى إشارة الساعة سيؤدي إلى تغيير في إخراج “flip flop”.

خصائص دائرة Flip – flops

• لها حالتان مستقرتان وبالتالي فهي متعددة الهزازات ثنائية الاستقرار، والحالتان المستقرتان هما مرتفع “منطق 1” ومنخفض “منطق 0”.

• يستخدم المصطلح “flip – flop”، حيث يمكنهم التبديل بين الحالات تحت تأثير إشارة التحكم أي الساعة أو التمكين، أي يمكنهم “التقليب” إلى حالة واحدة و “التقليب” إلى حالة أخرى.

• يعمل “Flip – flop” اعتماداً على نبضات الساعة.

• يتم استخدام “Flip flops” أيضاً للتحكم في وظائف الدائرة الرقمية.

• يمكنهم تغيير تشغيل الدائرة الرقمية حسب الحالة.

• بعض من أكثر “Flip – flop” شيوعاً هي “SR Flip – flop (Set – Reset)” و”D Flip – flop (Data or Delay)” و”JK Flip – flop and T Flip – flop”.

الفرق بين latches وFlip – flop

• “latches” و”Flip – flop” كلاهما أجهزة تخزين بيانات ثنائية 1 بت، والفرق الرئيسي بين ا”latches” و”Flip – flop” هو آلية التشغيل، كما تكون “latches” شفافة عند تمكينها في حين تعتمد “flip – flops” على انتقال إشارة الساعة أي إمّا حافة موجبة أو حافة سلبية.

• الاستخدام الحديث لمصطلح “flip – flop” محجوز للأجهزة التي تعمل بساعة ومصطلح “latch” لوصف الأجهزة الأبسط بكثير.

أنواع Flip – flop

بناءً على عملياتهم فإنّ “Flip – flop” هي أساساً 4 أنواع وهم:

1- دائرة S-R flip-flop

دائرة “S-R flip-flop”: هو “flip-flop” أساسي بين جميع “flip-flop”، كما تم تطوير جميع “flip-flop” الأخرى بعد “SR-flip-flop”، كما أنّ “S-R” تعني “SET” و”RESET”، حيث يمكن أن يُدعى هذا أيضاً “RS flip-flop”، والفرق هو “RS” مقلوب “SR flip-flop”، كما يمكن بناء بوابات منطقية وتم استخدام بوابات “NAND” و”NOR” بوابات عالمية.

آلية عمل دائرة S-R flip-flop

• إنّ “SR flip flop” سيتم ضبطه أو إعادة تعيينه لأربعة شروط.

• للحالة الأخيرة سيكون في حالة غير صالحة.

• سيتم تعيين “SR Flip-flop” عندما يكون “S = 1” و”R = 0″، حيث إذا كان “S = 1″ و”R = 1” فسيتم تذكر الحالة السابقة بواسطة “flip flop”.

• ستتم إعادة ضبط “Flip-flop” عندما يكون “S = 0” و”R = 1″، حيث إذا كان “S = 1″ و”R = 1” فسوف يتذكر الحالة السابقة.

• ولكن عندما يكون كل من المدخلات أصفاراً سيكون “SR Flip flop” في حالة غير مؤكدة، حيث سيكون كل من “Q” و”Q′” متماثلاً وهذا غير مسموح به.

• يتم تجنب هذه الحالة غير المحددة عن طريق إضافة بوابات إضافية إلى الوجه المتأرجح الحالي وهذا ما يسمى “SR Flip Flop” المسجّل أو المسور، كما ينتج عن هذا الناتج فقط لنبض الساعة العالية.

2- دائرة D flip flop

• هي عملية تغيير “SR flip flop” تحدث فيها حالة غير مؤكدة، ويمكن تجنب ذلك باستخدام “D flip flop”، وهنا “D” لتقف على “البيانات”.

• إنّه مصنوع من “SR flip flop” ويتم توصيل المدخلات “S & R” الخاصة بـ “SR Flip flop” بعاكس.

• إنّها واحدة من أكثر “flip flop” استخداماً، كما يحتوي على إشارة ساعة “Clk” كمدخل واحد والبيانات “D” كآخر، وهناك نوعان من المخرجات وهذه المخرجات مكملة لبعضها البعض.

مبدأ عمل D flip flop

سيعمل “D flip flop” اعتماداً على إشارة الساعة.

• عندما تكون الساعة منخفضة لن يكون هناك أي تغيير في ناتج “flip flop”، أي أنّه يتذكر الحالة السابقة.

• عندما تكون إشارة الساعة عالية وإذا كانت تتلقى أي بيانات على دبوس البيانات الخاص بها فإنّها تغير حالة النواتج.

• عندما تكون البيانات عالية قم بإعادة تعيين “Q” إلى “0”، بينما يتم تعيين “Q” على “0” إذا كانت البيانات منخفضة.

• يمكن بناء “flip flop” الرئيسي “D” باستخدام “D-flip flop”.

3- دائرة J-K flip flop

دائرة “J-K flip flop”: هي دائرة تم تسميتها على اسم جاك كيلبي المهندس الكهربائي الذي اخترع “IC”، وهو تعديل لـ “SR flip – flop”، وفي هذا الإدخال “J” مشابه للإدخال المحدد لـ “SR flip – flop” ومدخل “K” مشابه لإدخال إعادة ضبط “SR flip – flop”، كما يتم تفسير الشرط “J = K = 1” غير المسموح به في “SR flip – flop (S = R = 1)” على أنّه أمر تبديل.

1- مكونات J-K flip flop

• مدخلاتها بيانات J وK.

• إدخال إشارة ساعة واحدة “CLK”.

• نواتجها “Q”و”Q′”.

2- عمل دائرة J-K flip flop

• عندما تكون J منخفضة وK منخفضة تُرجع Q قيمة حالتها السابقة أي أنّها تحتفظ بالحالة الحالية.

• عندما يكون J منخفضاً وK مرتفعاً، يكون “Flip – flop” في حالة إعادة تعيين أي “Q = 0″ و”Q ‘= 1”.

• عندما يكون J مرتفعاً وK منخفضاً فإنّ “flip flop” سيكون في حالة محددة أي “Q = 1″ و”Q ‘= 0”.

• عندما يكون J مرتفعاً وK مرتفعاً، يكون “Flip – flop” في حالة “Toggle” أو حالة الوجه، هذا يعني أنّ الناتج سوف يكمل قيمة الحالة السابقة.

4- دائرة T flip flop

دائرة “T flip flop”: هي دائرة تعرف أيضاً باسم “Toggle Flip – flop”، والتبديل هو تغيير الإخراج لاستكمال الحالة السابقة في وجود إشارة إدخال على مدار الساعة.

1- مكونات دائرة T flip flop

• إدخال T.

• إدخال إشارة ساعة واحدة “CLK”.

• نواتج Q وQ ‘.

كيفية بناء دائرة T flip flop

يمكننا بناء دائرة “T flip flop” باستخدام أي “flip flop” آخر:

• “SR flip – flop”، عن طريق توصيل ملاحظات مخرجات “SR flip – flop” بالمدخلات “S & R”.

• “D flip – flop”، توصيل “Q′” بإدخال بيانات “D flip – flop” كمسار ردود الفعل.

• “J K flip – flop”، من خلال تمشيط مدخلات “J & K” في “JK flip – flop”، لجعلها كمدخل فردي يمكن تصميم “T flip – flop”.

3- آلية عمل دائرة T flip flop

عندما يكون إدخال “T” منخفضاً فإنّ الحالة التالية من “T flip – flop” هي نفس الحالة الحالية أي أنّها تحتفظ بالحالة الحالية.

• “T = 0” والحالة الحالية = 0 ثم الحالة التالية = 0.

• “T = 0” والحالة الحالية = 1 ثم الحالة التالية = 1.

عندما يكون إدخال T مرتفعاً، يتم تبديل الحالة التالية من “T flip – flop”، أي أنّها نفس تكملة الحالة الحالية عند انتقال الساعة.

• “T = 1” والحالة الحالية = 0 ثم الحالة التالية = 1.

• “T = 1” والحالة الحالية = 1 ثم الحالة التالية = 0.

تطبيقات عمل دوائر فليب فلوب Flip Flops

1- السجلات

نظراً لأنّ “flip flops” لها حالتان مستقرتان فإنّه يتم استخدامها في عناصر الذاكرة مثل السجلات لتخزين البيانات، كما يتم استخدام السجلات في الأجهزة الإلكترونية مثل أجهزة الكمبيوتر.

2-العدادات

تُستخدم مجموعات “flip flops” المترابطة كعدادات لحساب الزيادة أو النقصان لوقوع الحدث.

3- تقسيم التردد

تُستخدم “Flip flops” كدوائر لتقسيم التردد والتي تقسم تردد الإدخال إلى نصفه تماماً، كما تُستخدم دوائر تقسيم التردد لتنظيم تردد الدوائر الإلكترونية.

4- نقل البيانات

يتم استخدام مسجلات التحول وهو نوع خاص من السجلات لنقل البيانات من فليب فليب إلى آخر والتي يتم توصيلها بترتيب معين.