Elettronica digitale: il flip-flop

Il flip-flop rappresenta un dispositivo di tipo digitale adoperato in elettronica per memorizzare il bit in ingresso (0) o in uscita (1). I flip-flop vengono detti anche multivibratori a doppia stabilità o semplicemente multivibratori bistabili. Si tratta infatti di vere e proprie unità di memoria, in quanto sia "0" che "1" si possono mantenere stabili all'andare del tempo. Il nome flip-flop discende dal rumore che facevano i primi circuiti di tipo digitale. Nei sistemi digitali, le azioni vengono generalmente eseguite sotto il controllo di un clock (generatore di onda quadra a frequenza fissa). La mansione del clock è quella di controllare la temporizzazione dei dispositivi logici e di regolarne la velocità di esecuzione. Vediamo insieme questo tutorial sull'elettronica digitale, parlando brevemente di flip-flop.

• Basi di elettronica digitale

Innanzitutto dobbiamo sapere che esistono quattro tipologie principali di flip-flop. Il flip-flop di tipo SR rappresenta la forma più elementare e possiede due varianti. La prima impiega le porte NOR, mentre l'altra adopera le porte NAND. In generale, la modifica di stato del flip-flop si fa coincidere con il momento in cui un altro ingresso di clock va da "1" a "0" o viceversa. Un flip-flop che funziona tramite il clock viene denominato flip-flop sincronizzato.

Dal punto di vista circuitale, il flip-flop di tipo SR è il più semplice. La tabella di verità per flip-flop SR a porte NOR prevede ciò. Da "S = 1" (ingresso di set) e "R = 0" (ingresso di reset) si ottiene "1", mentre da "S = 0" e "R = 1" si ottiene "0". Nell'altra variante del flip-flop SR a porte NAND, si hanno i risultati opposti. Da "S = 1" e "R = 0" si ottiene "0", mentre da "S = 0" e "R = 1" si ottiene "1".

I flip-flop SR a porte NOR svolgono la funzione di memoria (ovvero mantengono in uscita lo stato precedente) quando entrambi gli ingressi sono a "0". Bisogna invece evitare che i due ingressi siano ad "1". In caso contrario, si otterrebbe l'incongruenza che il complemento d'uscita e l'uscita si trovano allo stesso livello logico. Nei flip-flop SR a porte NAND, questa condizione la si ottiene se entrambi gli ingressi sono a "0". Per completezza di analogia, la funzione di memoria la si ottiene con i due ingressi ad "1".

I flip-flop di tipo JK hanno due ingressi, due uscite complementari ed un ingresso di sincronizzazione. Ogni flip-flop di tipo JK possiede una tabella di verità uguale ai flip-flop di tipo SR. A differenza di quest'ultimi, i flip-flop di tipo JK non hanno degli stati proibiti. Questo perché con entrambi gli ingressi ad "1" si ottiene il complemento delle uscite (come accade per i flip flop di tipo T). I flip-flop di tipo T hanno un ingresso, due uscite complementari ed un ingresso di sincronizzazione. Questi vengono ritenuti dei contatori e si possono collegare in serie, ottenendo un sequenziale dimezzamento del clock circuitale.

I flip-flop di tipo D sono componenti base delle memorie veloci e dei registri. Questi hanno un ingresso per il dato, un ingresso di clock ed un'uscita. I flip-flop di tipo D sono in grado di propagare lo stato di ingresso all'uscita, mantenendolo fino ad un nuovo cambio di stato. Ecco dunque la spiegazione dei flip-flop in elettronica digitale. Per capire meglio i concetti, è necessario leggere qualche libro al riguardo.

• Approfondire l'argomento leggendo qualche libro di elettronica digitale.

• Flip-flop
• Altri flip flop (SR, JK e T)