Flip-Flop

Nama    : Angelia Ayuyolanda S
Nim      : 201931038
Kelas    : Teknik Digital (D)

Rangkaian Flip-Flop

Penemu Flip-flop

Pertama kali ditemukan oleh dua orang ilmuan ahli fisika inggris yang bernama William Eccles dan F.W. Jordan sekitar tahun 1918. Rangkaian ini merupakan dasar dari penyimpanan data memory pada smartphone ataupun computer.

Selain itu flip-flop juga bisa digunakan sebagai penghitung detak dan juga sebagai penyingkronisasi input pada sinyal waktu variable beberapa sinyal waktu referensi.

Pendahluan

Gerbang logika hanya mampu mengubah sinyal keluaran sejalan dengan sinyal masukan. Bagaimana bentuk ragam gelombang dari perubahan sinyal tersebut tergantung pada gerbang  logikanya. Prinsip dasar dari gerbang logika dan kombinasional adalah perubahan keadaan level keluaran tergantung dari keadaan masukan, untuk setiap saat dari waktu ke waktu. Jika setiap keadaan masukan berubah maka gerbang logika akan berubah pula kaluarannya saat itu juga. Jadi rangkaian gerbang logika hanya berfungsi menyiapkan suatu operasi logika kemudian hasil dinyatakan pada keluaran.

Pada contoh diatas dapat dilihat kedua sinyal yang masuk pada gerbang nor saat itu juga diberikan keluarannya yang terdiri atas satu sinyal.

Dengan membuat gerbang logika kombinasional kita dapat membuat rangkaian yang dapat menyimpan data. Rangkaian inilah yang disebut rangkaian Flip Flop. Fliop Flop merupakan piranti yang dapat menyimpan 1 bit data yaitu 1 atau 0.

Pengertian Flip-flop

Flip-flop adalah suatu rangkaian elektronika yang memiliki dua kondisi stabil dan dapat digunakan untuk menyimpan informasi. Flip Flop merupakan pengaplikasian gerbang logika yang bersifat Multivibrator Bistabil. Dikatakan Multibrator Bistabil karena kedua tingkat tegangan keluaran pada Multivibrator tersebut adalah stabil dan hanya akan mengubah situasi tingkat tegangan keluarannya saat dipicu (trigger).  Flip-flop mempunyai dua Output (Keluaran) yang salah satu outputnya merupakan komplemen Output yang lain.

Jenis rangkaian Flip-flop

1.      RS Flip-flop

RS Flip-flop mempunyai dua masukan data, S dan R. Untuk menyimpan suatu bit  tinggi,  Anda  membutuhkan  S  tinggi;  untuk  menyimpan  bit  rendah,  Anda membutuhkan  R  tinggi.  Membangkitkan  dua  buah  sinyal  untuk  mendrive  flip-flop merupakan  suatu kerugian  dalam  berbagai  penerapan.  Tabel  dibawah  merupakan keringkasan  suatu  kemungkinan-kemungkinan  masukan/keluaran  bagi  flip-flop  RS. Kondisi masukan yang pertama adalah RS = 00. Ini berarti tidak diterapkan pemicu. Dalam hal ini keluaran Q mempertahankan nilai terakhir yang dimilikinya.

 

SR Flip-flop meruapakan jenis flip-flop yang paling sederhana. Disebut sebagai SR karena flip-flop ini memiliki masukan Set dan Reset maka disebut dengan SR Flip-flop. SR Flip-flop terdiri dari satu rangkaian bistabil dan hanya dapat mengoperasikan satu bit bilangan biner.

Ada berbagai jenis konfigurasi yang dapat dibuat dalam membangun sebuat SR Flip-flop, diantaranya adalah dengan menggunakan dua buah gerbang NAND, atau dengan dua buah gerbang NOR. Kedua masing-masing gerabang (NAND atau NOR) dihubungkan saling menyilang, yakni output salah satu gerbang NAND dihubungkan ke bagian input gerbang NAND lainnya. Begitu juga halnya dengan gerbang NOR.

Dari gambar diatas terlihat bahwa RS Flip-flop memiliki dua masukan yang masing-masing terdiri dari input Set (S) dan Reset (R), begitu juga dengan outputnya juga memiliki dua buah masukan Q dan Q’. Arti set dan reset pada SR flip-flop adalah dengan menset kondisi input S, output Q akan menghasilkan kondisi 1, sedangkan me-reset flip-flop, output Q akan menghasilkan kondisi 0. Sedangkan kondisi output Q’ akan selalu berlawanan dengan Q.

Rangkaian Flip-Flop RS

R	S	Q
0	0	Nilai terakhir
0	1	1
1	0	0
1	1	terlarang

Tabel 1. Tabel Kebenaran RS Flip - Flop

Kondisi  masukan  yang  kedua  adalah  RS  =  01  berarti  bahwa  suatu  pemicu diterapkan  pada  masukan  S.  Seperti  kita  ketahui,  hal  ini  mengeset  flip-flop  dan menghasilkan keluaran Q bernilai 1. Kondisi masukan yang ketiga adalah RS = 10 ini menyatakan  bahwa  suatu  pemicu  diterapkan  pada  masukan  R.  Keluaran  Q  yang dihasilkan  adalah  0.  Kondisi  masukan  RS  =  11  merupakan  masukan  terlarang. Kondisi ini berarti menerapkan suatu pemicu pada kedua masukan S dan R pada saat yang  sama.  Hal  ini  merupakan  suatu  pertentangan  karena  mengandung  pengertian bahwa  kita  berupaya  untuk  memperoleh  keluaran  Q  yang  secara  serentak  sama dengan 1 dan sama dengan 0

2.      JK Flip – Flop

JK  flip-flop  merupakan  flip  flopyang  dibangun  berdasarkan  pengembangan dari  RS flip-flop.  JK  flip-flop  sering  diaplikasikan  sebagai  komponen  dasar  suatu counter atau pencacah naik (up counter) ataupun pencacah turun (down counter). JK flip flop dalam penyebutanya di dunia digital sering di tulis dengan simbol JK -FF. Dalam artikel yang sedikit ini akan diuraikan cara membangun sebuah JK flip-flop menggunakan komponen utama berupa RS flip-flop. 

Gambar 2. Rangkaian JK Flip - Flop

Gambar rangkaian diatas memperlihatkan salah satu cara untuk membangun sebuah  flip-flop  JK,  J  dan  K  disebut  masukan  pengendali  karena  menentukan  apa yang  dilakukan  oleh  flip-flop  pada  saat  suatu  pinggiran  pulsa  positif  diberikan. Rangkaian RC mempunyai tetapan waktu yang sangat pendek, hal ini mengubah pulsa lonceng segiempat  menjadi  impuls  sempit.  Pada saat  J  dan  K keduanya 0,  Q  tetap pada nilai terakhirnya. Pada saat J rendah dan K tinggi, gerbang atas tertutup, maka tidak  terdapat  kemungkinan  untuk mengeset  flip-flop.    Pada  saat  Q  adalah  tinggi, gerbang  bawah  melewatkan  pemicu  reset  segera  setelah  pinggiran  pulsa  lonceng positif berikutnya tiba. Hal ini mendorong Q menjadi rendah . Oleh karenanya J = 0 dan K=1 berarti bahwa pinggiran pulsa lonceng positif berikutnya akan mereset flip-flopnya. Pada saat J tinggi dan K rendah, gerbang bawah tertutup dan pada saat J dan K  keduanya  tinggi,  kita  dapat  mengeset  atau  mereset  flip-flopnya.  Untuk  lebih jelasnya daat dilihat pada tabel kebenaran JK flip-flop berikut.

 

3.      D Flip-flop

D Flip-flop merupakan salah satu rangkaian flip-flop yang populer dan banyak dipakai dalam rangkaian dasar memori. Karena fungsi D flip-flop yang real dapat menyimpan data 1 bit untuk sementara waktu. Waktu ini lah sering disebut dengan delay flip-flop atau D-Latch.

Pada dasarnya D Flip-flop ini hampir sama dengan SR Flip-flop dengan clock, hanya saja yang membedakannya adalah input S dan R dijadikan input D yang ditambahkan gerbang NOT (inverter).

Rangkaian D flip flop yang dibangun dengan menggunakan gerbang AND, NOR dan NOT.

Cara kerja D Flip-flop

Dari gambar diatas terlihat bahwa rangkaian flip-flop D tersusun atas SR flip-flop yang sedikit dimodifikasi dengan tambahan gerbang NOT (inverter) yang menghasilkan input baru D. Informasi data yang berada pada masukan D akan disimpan pada output Q hanya apabila input clock Cp dalam keadaan 1 pulsa. namun jika clock Cp berkondisi 0, maka perubahan informasi pada input D tidak akan mempengaruhi output Q sampai kondisi Cp 1 kembali.

Simbol D flip-flop

Pada contoh pengaplikasian D flip-flop dalam menyimpan informasi, ketika akan membuat penyimpanan data sebanyak 4 bit, maka diperlukan empat buah D flip-flop, dan seterusnya. Adapun contoh konfigurasi rangkaian D Flip-flop untuk menyimpanan data 4 bit adalah sebagai berikut:

Contoh rangkaian D flip-flop 4 bit 

4.      T Flip-flop

T Flip-flip merupakan salah satu jenis flip-flop yang kedua outputnya diumpanbalikan kembali (feedback) ke bagian input SR flip-flop. Adapun rangkaiannya T flip-flop adalah sebagai berikut:

Rangkaian T flip-flop yang dibangun dengan 2 buah gerbang NAND dan dua gerbang AND. Dari gambar diatas dapat dijelaskan prinsip kerjanya bahwa ketika input T diberikan logika 0, sedangkan S dan R juga berkondisi logika 0, maka output Q akan menghasilkan logika 0 juga, untuk Q’ tentu akan berkondisi kebalikan dari Q, yakni 1. Ketika flip-flop dalam kondisi tersebut, maka input di bagian satu gerbang NAND memiliki logika 1 (set).

Ketika T diubah menjadi 1 dan S1, maka output Q yang sebelumnya berkondisi 0 akan berubah menjadi 1. Nah dari gambar terlihat bahwa output Q terhubung ke dalam input gerbang NAND yang kedua. Namun karena clock T berkondisi 1 hanya beberapa saat dan kembali menjadi 0, maka kondisi logika R akan 0 dan S tetap 1.

Pada kondisi tersebut, input R menjadi berlogika 1, artinya siap reset. Artinya output Q yang sebelumnya 1 akan berubah ke kondisi 0 jika input T mendapatkan pulsa 1 kembali. dan seterusnya, dan seterusnya sehingga output Q akan selalu berubah apabila input T mendapatkan pulsa 1.

Jika digambarkan dengan diagram waktu, rangkaian flip-flop T maka akan tampak seperti berikut:

5. CRS flip-flop

Merupakan rangkaian clocked RS-FF yang sudah dilengkapi dengan terminal pulsa clock. Pulsa clock berguna untuk mengatur keadaan set dan reset. Jika pulsa clock berlogic 0 maka perubahan logic input R dan S tidak akan berdampak pada perubahan output Q dan Qnot. Output Q dan Qnot akan berubah jika pulsa clock berlogik 1.

Prinsip kerja Flip-flop:

1.      Jika clock bernilai rendah (0) maka flip-flop J-K master akan tidak aktif, tetapi karena input clock flip-flop J-K slave merupakan komplemen dari clock flip-flop master maka flip-flop slave menjadi aktif, dan outputnya mengikuti output flip-flop J-K master.

2.      Jika clock bernilai tinggi (1), flip-flop master aktif sehinga outputnya tergantung pada input J dan K, pada sisi lain flip-flop slave menjadi tidak aktif karena clock pemicunya bernilai rendah (0).

3.      Pada saat sinyal detak berada pada tingkat tinggi, master-nya yang aktif dan slave-nya tidak aktif.

4.       Pada saat sinyal detak berada pada tingkat rendah, master-nya yang tidak aktif dan slave-nya yang aktif.

5.      Jika input J diberikan bersama-sama dengan tepi naik pulsa pemicu, flip-flop master akan bekerja terlebih dahulu memantapkan inputnya selama munculnya tepi naik sampai clock bernilai rendah (0).

6.      Setelah clock bernilai rendah (0),flip-flop master akan tidak aktif dan flip-flop slave bekerja menstransfer keadaan output flip-flopmaster keoutput flip-flop slave yang merupakan output flip-flop secara keseluruhan.

Fungsi Flip-Flop

Ø  Menyimpan data biner secara semi permanen

Ø  Membuat rangkaian counter atau pencacah

Ø  Membuat register geser

Ø  Membuat cell memori

Sekian dan terimakasih :)