ฟลิปฟลอป เป็นวงจรดิจิตอลชนิดหนึ่ง คือ มีเอาพุตที่สามารถคงสถาณะได้ มีด้วยกัน 2 เอาต์พุต คือ 𝑄 และ 𝑄 เอาต์พุต 𝑄 เรียกว่าเอาต์พุตปรกติ และเอาต์พุต 𝑄 เรียกว่า เอาต์พุตกลับค่า (inverted Output)
- ฟลิปฟลอปถูกใช้งานในระบบดิจิตอล ซึ่งใช้สำหรับเป็นส่วนประกอบของหน่วยความจำ และในวงจร Counter เพื่อใช้สำหรับเก็บข้อมูลที่อยู่ในรูปของเลขฐาน 2
- สำหรับการเปลี่ยนสถาณะเอาต์พุต ของฟลิปฟลอปจากสภาวะหนึ่งไปยังอีกสภาวะหนึ่ง ขึ้นอยู่กับ สภาวะทางอินพุต โดยมีเงื่อนไขแตกต่างกันไปตามคุณสมบัติของฟลิปฟลอปแต่ละชนิด

ตัวฟลิปฟลอป สามารถสร้างขึ้นมาจากเกตพื้นฐานได้ และยังมี IC ให้ใช้งาน และยังมีฟ ลิปฟลอปหลายชนิด

ชนิดของฟลิปฟลอป

1. RS Flipflop
2. T Flipflop
3. D Flip Flop
4. JK Flip Flop

1. RS FlipFlop

•      RS ฟลิปฟลอป มีอินพุต 2 อินพุตคือ R (Reset) และ S (Set) และมีเอาต์พุต 2 เอาต์พุตคือ 𝑄 และ 𝑄 ซึ่งเอาต์พุต Q จะเป็นตรงกันข้ามกับ 𝑄 เสมอ จะเหมือนกันไม่ได้
  

•       การสร้าง RS flipflop โดยใช้ NAND Gate แสดงดังรูป โดยห้ามใช้งานในสภาวะที่ S และ R เป็น 0 ทั้งคู่

•     เมื่อป้อน S เป็น 1 และ R เป็น 0 ค่าเอาพุต Q จะถูก Set ให้เป็น 1 และเมื่อให้ R เป็น 1 และ S เป็น 0 จะรีเซตเอาต์พุต Q เป็น 0 
•     และเมื่อ ป้อน S และ R เป็น 1 ทั้งคู่ FlipFlop ค่าเอาพุตจะอยู่ในสภาวะคงค่า คือไม่มี การเปลี่ยนแปลงค่า ขึ้นอยู่กับสภาวะก่อนหน้าว่ามีค่าเป็นอะไร
  

• การทำงานของ RS-FlipFlop
  1. ถ้าให้ขา SET ได้รับลอจิก 1 และขา Reset ได้ลอจิก 0 จะเรียกว่า สถานะเซต ซึ่งทำให้ค่า Q มีค่าเป็น 1 และ ~Q มีค่าเป็น 0
  2.เมื่อให้ขา SET ได้รับลอจิกเป็น 0 ค่าของ Q จะไม่มีการเปลี่ยนแลง จะเรียกสถานะนี้ว่า Latch คือ ไม่มีการเปลี่ยนค่าของ Q
  3. กลับกันหากให้ขา Reset มีค่าเป็น 1 และขา Set มีค่าเป็น 0 จะเรียกว่าสถานะ Reset
  4.และหากให้อินพุต Set และ Reset มีค่าเป็น 1 ทั้งคู่ สภาวะนี้จะไม่มีการนำมาใช้งาน

• การใช้งานฟลิปฟลอบส่วนใหญ่มักเกี่ยวกับสัญญาณอินพุตในด้านของเวลา เช่นตัวอย่างต่อไปนี้
  
  
  
  
  
  ฟลิปฟลอป RS แบบ สัญญาณควบคุม

-  เนื่องจาก RS ทำงานเมื่อได้รับระดับสัญญาณจากทาง อินพุตและเปลี่ยนแปลงทันที  ไม่สามารถนำไปใช้กับวงจรแบบทำตามสัญญาณเวลาได้  ดังนั้นจึงพัฒนาฟลิปฟลอปแบบมีสัญญาณควบคุมเข้ามาดังรูป โดยทำการเพิ่ม AND ทางอินพุตอีก 2 ตัว โดยขา CLK จะเป็นสัญญาณควบคุมการ เปลี่ยนสถานะของ RS หาก ขา CLK ไม่มีลอจิกเป็น 1 อินพุตที่จะเข้าไปยัง RS แบบ ปรกติจะมีสถาวะเป็น 0 หมายถึงอยู่ในสถานะLatch

      จากรูปเราจะเห็นว่ามี Input 3 Input คือ R S และ Clock แต่ยังคงมี 2 เอาต์พุตเช่นเดิม เมื่อมีสัญญาณ นาฬิกาควบคุมแล้ว RS FlipFlop จะไม่ท าการเปลี่ยนแปลงในทันที จะทำการเปลี่ยนก็ ต่อเมื่อมีอินพุต Clk เข้ามา ตามตารางความจริง จะเห็นว่า การทำงานของ RS ยังคงเป็นเช่นเดิม เพียงแต่มีสัญญาณ CLK มาร่วม ตัวอย่าง สภาวะรีเซต ( Q = 0 ) จะเกิดเมื่อ R เป็น 1 และ S เป็น 0 แต่Flipflop จะให้เอาพุตต์ในสภาวะรีเซตก็ต่อเมื่อ ได้รับสัญญาณ CLK เป็น 1

ตัวอย่างการทำงานของ RS แบบมี CLK

   

     2. D FlipFlop 

     D ฟลิปฟลอป ทำงานเมื่อมีสัญญาณนาฬิกาเข้ามาจะทำให้ฟลิปฟลอปชนิดนี้ให้เอาต์พุตออกมาโดย เป็นไปตามข้อมูลที่ถูกป้อนเข้าที่ขา D (Data input) ในขณะนั้น มีสัญลักษณ์ดังรูป

       


            ประกอบด้วย Input 2 ขา คือขา Clock และ ขา D (data)  ให้เอาพุต 2 ขา คือ Q และ ~Q u การทำงานจะทำงานตามสัญญาณ นาฬิกา หมายความว่า เมื่อมีสัญญาณ นาฬิกาเข้ามา จึงจะนำค่าลอจิกที่อยู่ในขา D ส่งออกไปยัง Output Q   D ฟลิปฟลอป ใช้มากในการเลื่อนข้อมูลจาก Serial To Parallel   D ฟลิปฟลอป อีกประเภทหนึ่งจะมี ขาสำหรับควบคุมการทำงานของ D flipflop นั่นคือ ขา Set กับ Clear จะเรียกการทำงานนี้ว่าการทำงานแบบ อะซิงโครนัส

           สังเกตการณ์ทำงานแบบ ซิงโครนัส จำต้องให้ ขา PS และ ขา CLR เป็น 1 ทั้งคู่จึงสามารถ ทำงานแบบ ซิงโครนัสได้  แต่เมื่อขา PS หรือ CLR เปลี่ยนแปลงเป็น 0 หรือ 1 จะเข้าสู่โหมดการทำงานแบบ อะซิงโครนัสทันที สังเกตุว่ามันคือการทำงานคล้ายกับการนำ RS FlipFlop มาร่วมกับ D FlipFlop  

D Flipflop with Asynchronous

ฟลิปฟลอบแบบกระตุ้นด้วยขอบสัญญาณ

การทำงานของฟลิปฟล๊อป แบบ RS และ D ฟลิปฟลอบ ตัวฟลิปฟลอบจะทำงานเมื่อ ClK มีสัญญาณ เป็น 1 การกระตุ้นการทำงานแบบนี้เรียกว่า Level Trigger  การใช้งานฟลิปฟล๊อปบางกรณีต้องการให้ฟลิปฟลอบเปลี่ยนสถานะแค่ช่วงสั้นๆเท่านั้น โดยจะใช้การกระตั้งด้วยขอบของสัญญาณ จะเรียกว่า Edge Trigger โดยฟลิปฟลอปจะ เปลี่ยนสถานะ ก็ต่อเมื่อสัญญาณ CLK มีการเปลี่ยนลอจิกจาก 0 เป็น 1 เรียกว่ากระตุ้น ด้วยขอบขาขึ้น u และหากฟลิปฟลอปเปลี่ยนสถานะเมื่อ CLK เปลี่ยนจาก 1 เป็น 0 เรียกว่ากระตุ้นด้วย ขอบขาลง

D FlipFlop ที่กระตุ้นด้วยขอบ

  3. JK  FlipFlop 

JK FlipFlop เป็นอุปกรณ์ประเภทหนึ่งที่นิยมใช้กันมาก เนื่องจาก JK สามารถสร้างทดแทนฟลิปฟลอปชนิดอื่นๆ ได้ทั้งหมด   JK FlipFlop ประกอบด้วย 3 อินพุต คือ J K และ CLK และยังมี output 2 output เช่นเดิม  สภาวะการทำงานของ JK เป็นดังตาราง
แบ่งออกเป็น 4 สภาวะ 

1. สภาวะคงที่ หรือ เก็บข้อมูลไม่เปลี่ยนแปลง Q และ ~Q จะมีข้อมูลเหมือนเดิม
2. สภาวะรีเซต เกิดเมื่อมี ค่า J เป็น 0 และ K เป็น 1 ค่า Q มีค่า เป็น 0
3. สภาวะเซต เกิดเมื่อ J เป็น 1 และ K เป็น 0 ค่าของ Q มีค่าเป็น 1
4. สภาวะท๊อกเกิล (กลับค่า) หมายความว่า เมื่อลอจิกอินพุตของ J และ K เป็น 1 ผลของ เอาพุต Q จะมีค่าตรงข้ามจากเดิม เช่นถ้าเดิมQ เป็น 0 หลังจาก อยู่ในการทำงานแบบ Togle แล้ว ค่า Q จะเปลี่ยนเป็น 1 โดยการเปลี่ยนสภาวะ JK FlipFlop จะต้องได้รับค่าระดับสัญญาณ CLK ก่อนเสมอ

      JK FlipFlop ทำ งาน 2 ส่วนคือ 

1. การทำงานแบบ อะซิงโครนัส คือมีขา สัญญาณ PS และ CLR ท าหน้าที่ ควบคุมการท ำงานของ JK อีกชั้นหนึ่ง ลักษณะการทำงานเหมือนกับ D FlipFlop ทุกประการ 

2. การท ำงานแบบ ซิงโครนัส คือ การท ำการแบบปรกติ ประกอบด้วยการ ท ำงานของ Input ขา J K และ CLK

                              JK FlipFlop

      4.T FlipFlop

      ลักษณะการทำงานของ T ฟลิปฟลอป คือจะเปลี่ยนสภาวะเป็นตรงกันข้ามทุกครั้งที่มีสัญญาณนาฬิกา ป้อนเข้ามาที่ Toggle Input (T) หมายความว่า ถ้า T ฟลิปฟลอป อยู่ในสภาวะ "0" เมื่อมีสัญญาณ นาฬิกาป้อนเข้ามาถูกต้อง ไม่ว่าจะเป็นขอบขาขึ้นหรือขอบขาลง มันจะเปลี่ยนสภาวะเป็น "1" และจะ กลับไปเป็น "0" อีกครั้ง เมื่อมีสัญญาณลูกใหม่ป้อนเข้ามา T ฟลิปฟลอป มี 2 แบบตามลักษณะของ สัญญาณนาฬิกา คือแบบขอบขาขึ้นและแบบขอบขาลง ซึ่งมีสัญลักษณ์แสดง ดังรูป

       จะเห็นว่าการเปลี่ยนสภาวะของเอาต์พุต Q จาก "0" เป็น "1" หรือจาก "1" เป็น "0" จะเปลี่ยนตรงตำแหน่งที่สัญญาณ นาฬิกาขอบขาขึ้น ส่วนรูปที่ 5.9 ข. จะเปลี่ยนสภาวะตรง ตำแหน่งที่สัญญาณนาฬิกาขอบขาลง

  

อ้างอิง 

            http://mathcom.uru.ac.th/~beebrain/Slide/4121701Z/Digital%20Section08.pdf

                                                

                                                          

                                                                                                       นาย แทนไท แซ่จ๊ะ 

                                                                           คณะวิศวกรรมศาสาตร์  สาขาวิศวกรรมไฟฟ้า

                                                                                มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลล้านนา