Universidade Federal de Alagoas

Em eletrônica e circuitos digitais, o flip-flop ou multivibrador biestável é um circuito digital  pulsado capaz de servir como uma memória de um bit. Um flip-flop tipicamente inclui zero, um ou dois sinais de entrada, um sinal de clock, e um sinal de saída, apesar de muitos flip-flops comerciais proverem adicionalmente o complemento do sinal de saída. Alguns flip-flops também incluem um sinal da entrada clear, que limpa a saída atual. Como os flip-flops são implementados na forma de circuitos integrados, eles também necessitam de conexões de alimentação. A pulsação ou mudança no sinal do clock faz com que o flip-flop mude ou retenha seu sinal de saída, baseado nos valores dos sinais de entrada e na equação carecterística do flip-flop.

De forma geral podemos representar o flip-flop como um bloco onde temos 2 saídas: Q e Q’ (Q linha), entrada para as variáveis e uma entrada de controle (Clock). A saída Q será a principal do bloco. Este dispositivo possui basicamente dois estados de saída. Para o flip-flop assumir um destes estados é necessário que haja uma combinação das variáveis e do pulso de controle (Clock). Após este pulso, o flip-flop permanecerá neste estado até a chegada de um novo pulso de clock e, então, de acordo com as variáveis de entrada, mudará ou não de estado.

Quatro tipos de flip-flops possuem aplicações comuns em sistemas de clock sequencial: estes são chamados o flip-flop T (“toggle”), o flip-flop S-R (“set-reset”), o flip-flop J-K e o flip-flop D (“delay”).O comportamento de um flip-flop é descrito por sua equação característica, que prevê a “próxima” (após o próximo pulso de clock) saída, Qnext, em termos dos sinais de entrada e/ou da saída atual, Q.

O primeiro flip-flop eletrônico foi inventado em 1919 por William Eccles e F. W. Jordan (Radio Review Dez 1919 páginas 143 em diante). Ele foi inicialmente chamado de circuito de disparo Eccles-Jordan. O nome flip-flop posterior descreve o som que é produzido em um alto-falante conectado a uma saída de um amplificador durante o processo de chaveamento do circuito.

Flip-flop T (Troca)
Se a entrada T estiver em estado alto “5 volts”, o flip-flop T (“toggle”) muda o estado da saída sempre que a entrada de clock sofrer uma modificação. Se a entrada T foi baixa, o flip-flop mantém o valor anterior da saída. Seu comportamento é descrito pela seguinte equação característica:

e pela tabela verdade:

Q* -> Estado seguinte do Q

Flip-flop S-R Sincrono
Um flip-flop S-R Sincrono depende da habilitação de suas entradas por um sinal de clock para que essas possam alterar o estado do mesmo. Este sinal pode operar de duas forma: mantendo as entradas ativas durante todo o período do pulso ou apenas no instante da mudança de estado do sinal de clock. Essas duas formas de operação podem ser denominadas como modo clocked e modo triggered, respectivamente.

O flip-flop “set/reset” ativa (set, muda sua saída para o nível lógico 1, ou retém se este já estiver em 1) se a entrada S (“set”) estiver em 1 e a entrada R (“reset”) estiver em 0 quando o clock for mudado. O flip-flop desativa (reset, muda sua saída para o nível lógico 0, ou a mantém se esta já estiver em 0) se a entrada R (“reset”) estiver em 1 e a entrada S (“set”) estiver em 0 quando o clock estiver habilitado. Se ambas as entradas estiverem em 0 quando o clock for mudado, a saída não se modifica. Se, entretanto, ambas as entradas estiverem em 1 quando o clock estiver habilitado, nenhum comportamento particular é garantido. Isto é comumente escrito na forma de uma “tabela verdade”

Q* -> Estado seguinte do Q
Exemplo com a tabela verdade mostrando o estado anterior:

Legenda: S (Set), R (Reset), Qant (Estado anterior da saída Q), Qfim (Estado em que a saída deve assumir “estado futuro” após a aplicação das entradas), Qfim* (Qfim Linha)

Flip-flop J-K
O flip-flop J-K aprimora o funcionamento do flip-flop R-S interpretando a condição S = R = 1 como um comando de inversão. Especificamente, a combinação J = 1, K = 0 é um comando para ativar (set) a saída do flip-flop; a combinação J = 0, K = 1 é um comando para desativar (reset) a saída do flip-flop; e a combinação J = K = 1 é um comando para inverter o flip-flop, trocando o sinal de saída pelo seu complemento. Fazendo J = K o flip-flop J-K se torna um flip-flop T(Toggle).

A equação característica do flip-flop J-K é:

e sua tabela verdade é:

Q* -> Estado seguinte do Q
O flip-flop J-K recebeu este nome em homenagem a Jack Kilby, o homem que inventou o circuito integrado, em 1958, pelo qual ele recebeu o prêmio Nobel em Física no ano 2000. “Jump-kill”, também é utilizado como analogia a “set-reset”.

Flip-flop D (Data)
O flip-flop D (“data” ou dado, pois armazena o bit de entrada) possui uma entrada, que é ligada diretamente à saída quando o clock é mudado. Independentemente do valor atual da saída, ele irá assumir o valor 1 se D = 1 quando o clock for mudado ou o valor 0 se D = 0 quando o clock for mudado. Este flip-flop pode ser interpretado como uma linha de atraso primitiva ou um hold de ordem zero, visto que a informação é colocada na saída um ciclo depois de ela ter chegado na entrada.

A equação característica do flip-flop D é:

A sua tabela verdade é:

Q* -> Estado seguinte do Q

Usos
O flip-flop pode ser utilizado para armazenar um bit, ou um digito binário de informação. A informação armazenada em um conjunto de flip-flops pode representar o estado de um seqüenciador, o valor de um contador, um caractere ASCII em uma memória de um computador ou qualquer outra parte de uma informação.

Um uso é a construção de máquinas de estado finito a partir da lógica eletrônica. O flip-flop lembra o estado anterior de máquina, e a lógica digital utiliza este estado para calcular o próximo estado.

O flip-flop “T” é útil para contagens. Sinais repetidos à entrada de clock farão com que o flip-flop mude seu estado a cada transição de nível alto-para-baixo da entrada de clock, se sua entrada T for “1”, a saída de um flip-flip pode ser ligada à entrada clock de um segundo flip-flop e assim por diante. A saída final do circuito, considerada com o conjunto de todas as saídas dos flip-flops individuais, é uma contagem, em sistema binário, do número de ciclos da primeira entrada de clock, até um limite máximo de 2n-1, onde n é o número de flip-flops utilizados no circuito.

Um dos problemas com este tipo de contador (chamado de contador de ripple ou contador de pulsos) é que a saída é brevemente inválida conforme ocorre a mudança de pulso através da lógica. Existem duas soluções para este problema. A primeira é retirar uma amostra da saída apenas quando a mesma for válida. A segunda, mais utilizada, é utilizar um tipo diferente de contador chamado de contador síncrono. Este utiliza uma lógica mais complexa para garantir que as saídas do contador mudem todas a um mesmo período previsível.

Divisão de frequência: uma “corrente” de flip-flops “T” utilizados da maneira descrita acima irá funcionar de modo a dividir a frequência da entrada por 2ⁿ na saída do último flip-flop, aonde n é o número de flip-flops utilizados entre a entrada e a saída.

Os registradores podem ser utilizados para armazenar dados nos computadores. Um flip-flop “D” pode representar um dígito de um número binário. A unidade de controle do computador envia o sinal de clock no momento certo para poder capturar estes dados.

fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Flip-flop