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Corso di Elettronica di base. I Flip Flop - 1

Corso di Elettronica di base. I Flip Flop

I FLIP-FLOP sono forse i circuiti più importanti dell’elettronica digitale, perché costituiscono la base per realizzare la gran parte dei sistemi logici, anche i più complicati. Perciò in questo numero della rivista ne parleremo cercando di presentarli adeguatamente a chi non li conosce, rispolverando i ricordi anche a chi li ha conosciuti e non li rivede da un pezzo.

Innanzitutto, cos’è un flip-flop? Semplice, è un circuito logico a commutazione che può assumere uno stato logico stabile 1 o 0, quando viene eccitato uno dei suoi ingressi di comando, solitamente chiamato “trigger” oppure “clock” (convenzionalmente abbreviati, rispettivamente, T e CK). A questo punto verrebbe da chiedersi che differenza c’è tra una normale porta logica ed un flip-flop; domanda giusta, che richiede una risposta che tolga ogni dubbio: il flip-flop conserva lo stato logico che assume a seguito dell’eccitazione del suo ingresso di comando, mentre una qualunque porta logica varia il proprio stato di uscita a seguito della variazione significativa dello stato dei suoi ingressi, ma ritorna a riposo (nelle condizioni iniziali) quando la variazione in ingresso viene meno. Normalmente un flip-flop ha la caratteristica di presentare in uscita ogni volta lo stato logico assunto dal suo ingresso dati prima che gli venga dato l’impulso di eccitazione: ad esempio, se l’ingresso dati (solitamente marcato D, cioè DATA) si trova ad 1 logico, subito dopo l’impulso di trigger è l’uscita ad assumere questo stato.

Tuttavia il comportamento dipende dal tipo di flip-flop a cui ci si riferisce. Allora, per capire meglio i flip-flop dobbiamo distinguerli tipo per tipo, analizzando la struttura, il funzionamento, e l’applicazione di ciascuno. Tutti possono essere costituiti da porte logiche ma anche da transistor; per semplificare le cose vedremo solo esempi composti da “gate” logici. Partiamo dal primo, illustrato in figura 1, nel quale vediamo due porte NOR interconnesse: si tratta di uno dei flip-flop più semplici, che possiamo paragonare ad un bistabile formato da due transistor bipolari (NPN ad esempio) e che prende il nome di flip-flop “RS”. Il funzionamento si spiega considerando la tabella di verità di una porta NOR, la quale dà zero in uscita se almeno uno dei suoi ingressi è ad 1 logico, mentre assume 1 logico solo se entrambi gli ingressi sono a zero.

Supponiamo che inizialmente la NOR in alto abbia l’uscita a zero logico; questa condizione ci permette di studiare il funzionamento del circuito logico, ed è realistica: infatti a riposo una delle due porte (a causa delle differenze esistenti nella costruzione dei componenti a semiconduttore) ha per forza l’uscita a livello alto e l’altra ce l’ha a zero. Allora, il punto “OUT Q” è a livello basso e lo stesso vale per l’ingresso della NOR sotto che ad esso è collegato; se supponiamo di avere entrambi gli ingressi SET e RESET non collegati, cioè a zero logico, vediamo che il punto “OUT /Q” è a livello alto e con esso assume l’1 logico l’ingresso ad esso collegato della NOR in alto. Il punto “OUT Q” è effettivamente a livello basso, come supposto all’inizio: infatti la NOR ha almeno un ingresso a livello alto e la sua uscita si attesta a zero logico.

Il kit è disponibile da Futura Elettronica

 

 

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