FLIP-FLOP (BISTABIL) Rangkaian sekuensial adalah suatu sistem digital yang keadaan keluarannya pada suatu saat ditentukan oleh : 1. keadaan masukannya pada saat itu, dan 2. keadaan masukan dan/atau keluaran pada saat sebelumnya. Sistem sekuensial memerlukan unit pengingat atau memori yang digunakan untuk menyimpan data masa lalunya. Unit terkecil dari rangkaian digital yang memiliki kemampuan untuk mengingat tersebut adalah flip-flop (FF).
Flip-flop adalah suatu rangkaian yang memiliki dua keadaan stabil. Keluaran flip-flop bertahan pada satu keadaan hingga ada pulsa pemicu yang menyebabkan keluarannya berubah ke keadaan yang lain. Jenis flip-flop : 1. FF-SR, 2. FF-SR Berdetak, 3. FF-JK, 4. FF-JKMS, 5. FF-D, dan 6.
FF-T.
Pada dasarnya flip-flop merupakan rangkaian logika dengan dua keluaran (Q dan Q) dengan keadaan yang saling berkebalikan (saling komplemen). Preset
Q Masukan
FF
Keluaran Q
Clear
FF-SR aktif tinggi dari gerbang NAND :
S
R
Q
Q
Tabel kebenaran flip-flop SR aktif tinggi S
R
Qn
Qn+1
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 1 1 0 0 1 1
0 1 0 1 0 1 0 1
0 1 0 0 1 1 terlarang terlarang
Sistem digital dapat bekerja secara serempak (sinkron) atau tak serempak (tak sinkron). Pada sistem tak sinkron keluaran dari rangkaian dapat berubah keadaan setiap saat jika ada satu atau lebih perubahan masukan. Sistem digital tak sinkron sulit dirancang dan sukar ditentukan kesalahannya. Pada sistem sinkron, perubahan keadaan keluaran ditentukan atau dikendalikan oleh suatu sinyal penyerempak yang sering disebut detak (clock).
Flip-flop RS Berdetak :
S
S’ Q S
Q
Ck
Ck Q R
R’
R
Q
Perubahan keluaran dari FF-SR berdetak hanya akan terjadi jika masukan Ck = 1. Pada saat masukan Ck = 0, maka S' = R' = 1, sehingga keluaran Q dapat bernilai 0 atau 1. Pada keadaan Ck = 0 meski harga S dan R berubahubah tetapi keluaran flip-flop tetap. Keluaran flipflop berubah hanya ketika Ck bertransisi dari 0 ke 1 dan harga keluaran tersebut tergantung dari keadaan S dan R pada saat Ck = 1. Transisi detak yang demikian disebut transisi positif. Keluaran flip-flop tidak akan berubah meskipun Ck berubah dari 1 ke 0.
Flip-fop JK
J Ck
S
Q
Q
Q
Ck
Ck
K R
J
Q
Q
K
Q
Tabel kebenaran untuk FF-JK sama dengan tabel kebenaran FF-SR berdetak kecuali untuk J = k = 1. S
R
Qn
Qn+1
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 1 1 0 0 1 1
0 1 0 1 0 1 0 1
0 1 0 0 1 1 1 0
FF-JK memiliki kelemahan, jika J = K = 1 dan Ck terlalu lama dalam keadaan 1, maka keluaran Q akan berubah-ubah dari 0 ke 1 atau dari 1 ke 0. Hal ini mengakibatkan pada saat Ck kembali ke 0 keadaan keluaran Q tidak dapat diprediksi (tidak menentu). Kejadian ini dikenal sebagai gejala balapan putar (race round). Balapan putar tidak akan terjadi jika lebar pulsa detak tCk lebih kecil dari pada waktu yang diperlukan untuk berubahnya keluaran td atau waktu tunda flip-flop.
Flip-flop J-K Master-Slave (FF-JKMS)
J
S
Ck
Ck
Q
S
Q
Q
Q
Q
Ck
K R
Q Master
R
Slave
Flip-flop D (FF-D) dan Flip-flop T (FF-T)
Flip-flop D (delay atau data) dan flip-flop T (toggle) merupakan flip-flop berdetak yang bekerja dengan satu masukan. FF-D disusun dengan menambahkan gerbang NOT antara masukan S (J) dan R (K) pada FF-SR (FF-JK). Keuntungan dari FF-D adalah menghindari terjadinya keadaan S = R = 1 yang terlarang.
FF-T adalah FF-JK yang kedua masukan J dan K dihubungkan menjadi satu.
D S/J
Q
Ck R/K
D
Q
Ck Q
Q
T J
Q
Ck
K
T
Q
Ck
Q
Q
Tabel kebenaran flip-flop D dan T
D
Qn
Qn+1
T
Qn
Qn+1
0 0 1 1
0 1 0 1
0 0 1 1
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 0
Flip-flop dengan Preset dan Clear Sebelum suatu FF dioperasikan sangat diperlukan untuk mengatur keadaan awal dari FF tersebut. Untuk keperluan inilah maka suatu FF sering dilengkapi dengan fasilitas masukan preset (Pr) dan clear (Cr).
Keluaran Q = 1, jika Pr = 0 dan Cr = 1. Keluaran Q = 0 jika Pr = 1 dan Cr = 0. Keadaan Pr = Cr = 0 perlu dihindari karena akan mengakibatkan keadaan terlarang yakni Q = Q = 1. Setelah dilakukan pengaturan keadaan awal keluaran FF, maka masukan Pr dan Cr harus dikembalikan ke keadaan 1 sehingga FF dapat bekerja lagi.
J
Pr Pr
Q J
Q
Ck Ck K
Q
Q
K
Cr Cr
Tabel eksitasi menyatakan tabel yang berisi kombinasi keadaan masukan untuk mendapatkan eksitasi (loncatan) keadaan keluaran dari keadaan awal (Qn) ke keadaan berikutnya (Qn+1). Tabel ini sangat berguna untuk merancang rangkaian pencacah sinkron.
Qn Qn+1 S 0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 0 x
R
J
K
D
T
x 0 1 0
0 1 x x
x x 1 0
0 1 0 1
0 1 1 0
Masukan dari detak biner Saklar pembatas suhu
+ 5 volt Gerbang strobe
+ 5 volt
S
Q
S
Q
S
Q
S
Q
R
Q
R
Q
R
Q
R
Q
Reset Keluaran ke sistem pengolah
Soal-soal 1.
Jelaskan cara kerja rangkaian berikut ketika masukan Ck dikenai detak. Gambarkanlah diagram waktu dari Q1 dan Q2 sesuai dengan detakan yang dikenakan tadi ! 1 J
Q1
J
Ck
Q2 Ck
1 K Detak
Q1
K
Q2
2.
Diketahui rangkaian flip-flop seperti tampak pada gambar berikut. Jika pada saluran masukan dikenai detak dengan frekuensi 8 MHz, berapakah frekuensi pada saluran Q0 dan Q1 ? Gambarkanlah bentuk gelombangnya jika dimulai dari keadaan masukan rendah. D Q0
D Q1
Ck
Ck Q
Masukan
DITERUSKAN KE PENCACAH DAN REGISTER
