Khoa TVT – HBKN – Tháng 08.2006 Trang 34
2.3. FLIP – FLOP (FF)
2.3.1. Khái nim
Flip-Flop (vit tt là FF) là mch dao ng a hài hai trng thái bn, c xây dng trên c s
các cng logic và hot ng theo mt bng trng thái cho trc.
2.3.2. Phân loi
Có hai cách phân loi các Flip-Flop:
- Phân loi theo tín hiu u khin ng b.
- Phân loi theo chc nng.
1. Phân loi FF theo tín hiu u khin ng b
m có hai loi:
- Không có tín hiu u khin ng b (FF không ng b).
- Có tín hiu u khin ng b (FF ng b).
a. FF không ng b
ng 1: RSFF không ng b dùng cng NOR (s hình 2.43)
a vào bng chân tr ca cng NOR  gii thích hot ng ca s mch này:
- S = 0, R = 1 ⇒ Q = 0. Q=0 hi tip v cng NOR 2 nên cng NOR 2 có hai ngõ vào bng 0
⇒Q
= 1. Vy, Q = 0 và
Q
= 1.
- S = 1, R = 0 ⇒
Q
= 0.
Q
= 0 hi tip v cng NOR 1 nên cng NOR 1 có hai ngõ vào bng 0
⇒
Q = 1. Vy, Q = 1 và
Q
= 0.
- Gi s ban u: S = 0, R = 1 ⇒ Q = 0 và

0
0 1 0
1 0 1
1 1 X
Hình 2.43. RSFF không ng b s dng cng NOR và bng trng thái
Chng 2. Các phn t logic c bn – Flip Flop Trang 35
ng 2: RSFF không ng b dùng cng NAND (s hình 2.44)
a vào bng chân tr ca cng NAND  gii thích hot ng ca mch này:



=∃
=∀
=
0x1
1x0
y
i
i
Ta có:
-
S
= 0,
R
= 1 ⇒ Q = 1. Q = 1 hi tip v cng NAND 2 nên cng NAND 2 có hai ngõ vào
ng 1 vy
Q
= 0.
- S = 0,
R

Q
S R Q
0 0 X
0 1 1
1 0 0
1 1 Q
0
Khoa TVT – HBKN – Tháng 08.2006 Trang 36
b. FF ng b
Xét s RSFF ng b vi s mch, ký hiu và bng trng thái hot ng nh hình 2.46.
Trong ó: Ck là tín hiu u khin ng b hay tín hiu ng h (Clock). Kho sát hot ng ca
ch:
- Ck = 0: cng NAND 3 và 4 khóa không cho d liu a vào. Vì cng NAND 3 và 4 u có ít
nht mt ngõ vào Ck = 0 ⇒
S
=
R
=1 ⇒ Q = Q
0
: RSFF gi nguyên trng thái c.
- Ck = 1: cng NAND 3 và 4 m. Ngõ ra Q s thay i tùy thuc vào trng thái ca S và R.
+ S = 0, R = 0 ⇒
S =1,
R
=1 ⇒ Q = Q
0
+ S = 0, R = 1 ⇒
S =1,
R
= 0 ⇒ Q = 0

Q
1
2
Q
3
4
R
S
Ck
Hình 2.46. RSFF ng b: S logic và ký hiu
S
R
Q
1
2
Q
3
4
R
S
Ck
S
Q
Ck
R Q
Hình 2.47
a. Mc 1 b. Mc 0 c. Sn lên d. Sn xung
Hình 2.48. Các loi tín hiu u khin Ck khác nhau
Chng 2. Các phn t logic c bn – Flip Flop Trang 37
S

= Ck). Do tính cht tr ca tín hiu Ck khi i qua cng NOT nên x
1
b tr mt
khong thi gian, vì vy tín hiu ngõ ra ca cng AND có dng mt xung dng rt hp vi thi
gian tn ti chính bng thi gian tr (tr truyn t) ca cng NOT. Xung dng hp này c a
n ngõ vào ng b ca FF u khin theo mc logic 1. Ti các thi m có sn lên ca tín hiu
xung nhp Ck s xut hin mt xung dng tác ng vào ngõ vào ng b ca FF u khin ngõ ra
Q thay i trng thái theo các ngõ vào. S mch FF có tín hiu Ck u khin theo sn lên nh
hình 2.51.
S
Ck
R
y
x
1
x
2
Ck
t
y
0
t
x
1
0
t
x
2
0
Ck

0
t
x
2
x
1
0
t
0
t
y
0
Hình 2.52. Mch to sn xung
a. S mch
b. Dng sóng
a)
b)
S
R
Q
1
2
Q
3
4
R
S
y
Ck
S Q

Q
n
, Q
n+1
là trng thái ca ngõ ra Q  xung Ck th n và th (n+1).
Lúc ó ta có bng trng thái mô t hot ng ca RSFF:
S
n
R
n
Q
n+1
Ý ngha
0 0 Q
n
Gi nguyên trng thái trc ó
0 1 0 Xóa ngõ ra Q
1 0 1 Thit lp ngõ ra Q
1 1 X Trng thái cm
u ý rng trng thái khi c 2 ngõ vào S = R = 1 lúc ó c 2 ngõ ra có cùng mc logic, ây là
trng thái cm ca RSFF (thng c ký hiu X).
NG U VÀO KÍCH CA FLIP-FLOP
:
Tip theo chúng ta si xây dng bng u vào kích ca RSFF. ng u vào kích gm 2
phn, phn bên trái lit kê ra các yêu cu cn chuyn i ca FF, và phn bên phi là các u
kin tín hiu u vào kích cn m bo t c các s chuyn i y. Nu các u kin u
vào c m bo thì FF s chuyn i theo úng yêu cu.
Thc cht bng u vào kích ca FF là s khai trin bng trng thái ca FF.
Ta vit li bng trng thái ca RSFF  dng khai trin nh sau:
S

Q
n+1
S
n
R
n
0 0 0 X
0 1 1 0
1 0 0 1
1 1 X 0
ng t bng trng thái khai trin ta có th tìm c phng trình logic ca RSFF bng cách lp
 Karnaugh nh sau:
00
01 11 10
0 0 0 X 1
1 1 0 X 1
 bng Karnaugh này ta có phng trình logic ca RSFF:
n
Q
n
R
n
S
1n
Q +=
+
Vì u kin ca RSFF là S.R= 0 nên ta có phng trình logic ca RSFF c vit y  nh
sau:
n
Q

4 5
t
0
Q
Chng 2. Các phn t logic c bn – Flip Flop Trang 41
b. TFF
TFF là FF có ngõ vào và ngõ ra ký hiu và bng trng thái hot ng nh hình v (hình 2.57):
Trong ó:
- T: ngõ vào d liu
- Q,
Q: các ngõ ra
- Ck: tín hiu xung ng b.
i T
n
là trng thái ca ngõ vào DATA T  xung Ck th n.
i Q
n
, Q
n+1
là trng thái ca ngõ ra  xung Ck th n và (n+1).
Lúc ó ta có bng trng thái hot ng khai trin ca TFF.
 bng trng thái này ta có nhn xét:
+ Khi T=0: mi khi có xung Ck tác ng ngõ ra Q gi nguyên trng thái c trc ó.
+ Khi T=1: mi khi có xung Ck tác ng ngõ ra Q o trng thái so vi trng thái trc ó.
T
n
Q
n
Q
n+1

0
Phng trình logic ca TFF:
Q
n+1
=
nnnn
Q.T.QT +
(dng chính tc 1)
Hoc:
)QT)(Q(TQ
nnnn1n
++=
+
(dng chính tc 2).
Vit gn hn:
nn1n
QTQ ⊕=
+
(SV có th lp Karnaugh và ti thiu hóa  tìm phng trinh logic ca TFF).
Trên hình 2.58 minh ha  th thi gian dng sóng ca TFF.
- Tín hiu ra Q u tiên luôn luôn  mc logic 0
T Q
Ck
Q
Q
n
Q
n
0
1

- Tín hiu Ck(2) u khin theo sn xung nhìn tín hiu T di mc logic 0. Theo bng trng
thái : T
1
= 0 và Q
1
= 1 ⇒ Q
2
= Q
1
= 1 (Gi nguyên trng thái trc ó).
- Tín hiu Ck(3) u khin theo sn xung nhìn tín hiu T di mc logic 1. Theo bng trng
thái: T
2
= 1 và Q
2
= 1
⇒
Q
3
=
2
Q
= 0.
Trng hp ngõ vào T luôn luôn bng 1 (luôn  mc logic 1):
Khi T=1 thì dng sóng ngõ ra Q c cho trên hình v. Ta có nhn xét rng chu k ca ngõ ra Q
ng 2 ln chu k tín hiu xung Ck nên tn s ca ngõ ra là:
2
f
f
CK

0
0
1
2 3 4 5
Hình 2.59. Dng sóng ngõ ra khi T=1
Chng 2. Các phn t logic c bn – Flip Flop Trang 43
c. DFF
DFF là FF có ngõ vào và ngõ ra ký hiu nh hình 2.60.
Trong ó: D là ngõ vào d liu. Q,
Q : các ngõ ra. Ck: tín hiu xung ng b.
i D
n
là trng thaïi ca ngõ vào DATA D  xung Ck th n.
i Q
n
, Q
n+1
là trng thái ca ngõ ra  xung Ck th n và (n+1).
Khai trin bng trng thái ca DFF  tìm bng u vào kích ca DFF, ta có:
D
n
Q
n
Q
n+1
0
0
1
1
0

n
Trên hình 2.61 là  th thi gian dng sóng ca DFF:
0
1
0
1
D
n
Q
n+1
ng trng thái
D
Q
Ck
Q
Hình 2.60. Ký hiu DFF
Ck
t
t
D
t
Q
0
0
1
2 3 4 5
Hình 2.61.  th thi gian dng sóng ca DFF
Khoa TVT – HBKN – Tháng 08.2006 Trang 44
Gii thích dng sóng ca tín hiu trên hình 2.61:
- Tín hiu ra Q u tiên luôn luôn  mc logic 0, Q

1
= 1
- Tín hiu Ck(1) u khin theo sn xung nhìn tín hiu D
1
i mc logic 1. D
1
= 1 ⇒ Q
1
= 1 ⇒
1
Q
= D
2
= 0.
- Tín hiu Ck(2) u khin theo sn xung nhìn tín hiu D
2
di mc logic 0. D
2
= 0 ⇒ Q
2
=
0 ⇒
2
Q
= D
3
= 1.
- Tín hiu Ck(3) u khin theo sn xung nhìn tín hiu D
3
di mc logic 1. D

Ck
Q
Hình 2.62.
Ck
t
t
D
t
Q
0
0
0
1
2
3 4 5
Hình 2.63.  th thi gian dng sóng mch hình 3.62
Chng 2. Các phn t logic c bn – Flip Flop Trang 45
d. JKFF
JKFF là FF có ngõ vào và ngõ ra ký hiu nh hình v :
Trong ó:
- J, K là các ngõ vào d liu.
- Q,
Q là các ngõ ra.
- Ck là tín hiu xung ng b.
i J
n
, K
n
là trng thái ngõ vào J,K  xung Ck th n.
i Q

 tìm bng u vào kích ca JKFF ta khai trin bng trng thái nh sau:
J
n
K
n
Q
n
Q
n+1
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 0
 bng khai trin trên ta xây dng c bng u vào kích cho JKFF nh sau:
Q
n
Q
n+1
S
n
R
n
0 0 0 X
0 1 1 X
1 0 X 1
1 1 X 0

hình 2.67:
Trên c s kho sát v 4 loi FF phân chia theo chc nng, chúng ta có th xây dng mt bng
u vào kích tng hp cho c 4 loi FF nh sau:
Q
n
Q
n+1
S
n
R
n
J
n
K
n
T
n
D
n
0 0 0 X 0 X 0 0
0 1 1 0 1 X 1 1
1 0 0 1 X 1 1 0
1 1 X 0 X 0 0 1
Ck
t
t
J
t
K
0

hiu kích thích i vi FF xut phát. S khi thc hin phng pháp này nh sau (hình 3.68):
TFF chuyn i thành DFF, RSFF, JKFF
:
- TFF → RSFF:
RSFF có pt: Q
n+1
= S
n
+
n
R
Q
n
(1)
S
n
R
n
= 0 (u kin ca RSFF)
TFF có pt: Q
n+1
= T
n
⊕
Q
n
(2)
So sánh (1) và (2) ta có:
S
n

n
+
n
R
Q
n
)
= Q
n
n
S
R
n
+ S
n
n
Q
= Q
n
n
S
R
n
+ S
n
n
Q
+ S
n
R

= D
n
TFF có phng trình logic: Q
n+1
= T
n
⊕
Q
n
ng nht 2 phng trình: D
n
= T
n
⊕
Q
n
Theo tính cht ca phép XOR ta suy ra: T
n
= D
n
⊕
Q
n
S mch thc hin:
- TFF→ DFF: Thc hin bin i hoàn toàn tng t (nh trng hp chuyn i t TFF
sang RSFF) ta có logic chuyn i:
T
n
= K
n

S mch thc hin chuyn i (hình 2.72):
- DFF
→
RSFF:
RSFF có phng trình logic: Q
n+1
= S
n
+
n
R
Q
n
 ng nht vi phng trình ca DFF ta có: D
n
= S
n
+
n
R
Q
n
S mch thc hin chuyn i:
T Q
Ck
Q
D
Ck
Hình 2.70. Chuyn i TFF thành DFF
T Q

= S
n
+
n
R
Q
n
S
n
R
n
= 0 (u kin ca RSFF)
Khi thc hin chuyn i t RSFF sang các FF khác cn kim tra u kin ràng buc ca RSFF
ó là: R
n
S
n
= 0.
- RSFF→ TFF:
TFF có phng trình logic: Q
n+1
= T
n
⊕
Q
n
ng nht vi phng trình ca RSFF ta có:
S
n
+

S
n
R
n
= T
n
n
Q .T
n
= T
n
n
Q ≠ 0
nên không tha mãn u kin ca RSFF.
Thc hin bin i tip:
S
n
+
n
R
Q
n
= T
n
n
Q
+
n
T
Q

Q )Q
n
= T
n
n
Q +
n
Q
n
T Q
n
Hình 2.73. Chuyn i t DFF sang RSFF
D Q
Ck
Q
R
S
Hình 2.74. Chuyn i DFF thành JKFF
D Q
Ck
Q
K
J
Khoa TVT – HBKN – Tháng 08.2006 Trang 50
ng nht 2 v ta có:
S
n
= T
n
n

n
R
Q
n
= D
n
= D
n
(Q
n
+
n
Q
) = D
n
Q
n
+ D
n
n
Q
(a)
Mt khác biu thc ca RSFF có th bin i nh sau:
S
n
+
n
R
Q
n

n
R
) + S
n
n
Q
+
n
R
Q
n
= S
n
Q
n
n
R
+ S
n
n
Q +
n
R
Q
n
=
n
R
Q
n

+ S
n
n
Q
ng nht 2 v suy ra:
S
n
= D
n
R
n
=
n
D
tha mãn u kin R
n
S
n
= 0.
 thc hin: hình 2.76.
- RSFF
→
JKFF:
ng nht 2 phng trình logic ca RSFF và JKFF ta có:
Q
n+1
= S
n
+
n

n
K
+
n
Q
)Q
n
= J
n
n
Q
+
n
Q
n
K
Q
n
So sánh ta có:
S
n
= J
n
n
Q
R
n
= K
n
Q

n
Q +
n
K
Q
n
- JKFF→ TFF:
TFF có phng trình logic: Q
n+1
= T
n
⊕
Q
n
= T
n
n
Q +
n
T
Q
n
So sánh vi phng trình ca JKFF ta suy ra logic chuyn i:
J
n
= T
n
K
n
= T

= D
n
K
n
=
n
D
- JKFF→ RSFF:
i vi RSFF có phng trình logic ã tìm c  công thc (b):
Q
n+1
= S
n
+
n
R
Q
n
= S
n
n
Q
+
n
R
Q
n
(b)
So sánh vi phng trình logic ca JKFF ta có logic chuyn i:
J

1 0 0 1 X 1 1 0
1 1 X 0 X 0 0 1
Xét các trng hp c th:
- chuyn i t JKFF
→
TFF : J = f (T,Q
n
) và K = f (T,Q
n
)
- chuyn i t JKFF → DFF : J = f (D,Q
n
) và K = f (D,Q
n
)
- chuyn i t JKFF → RSFF : J = f (S,R,Q
n
) và K = f (S,R,Q
n
)
- chuyn i t RSFF
→
TFF : R = f (T,Q
n
) và S = f (T,Q
n
)
- chuyn i t RSFF → DFF : R = f (D,Q
n
) và S = f (D,Q

- chuyn i t TFF → DFF : T = f (D,Q
n
)
- chuyn i t TFF → RSFF : T = f (R,S,Q
n
)
- chuyn i t TFF → JKFF : T = f (J,K,Q
n
)
- chuyn i t DFF
→
TFF : D = f (T,Q
n
)
- chuyn i t DFF → RSFF : D = f (R,S,Q
n
)
- chuyn i t DFF
→
JKFF : D = f (J,K,Q
n
)
Ví d 1
: Chuyn i t JKFF → DFF dùng phng pháp bng.
Ta có các hàm cn tìm:
J = f (D, Q
n
) và K = f (D, Q
n
)

0 X X
1 1 0
K =
D