Rangkaian Flip - Flop Lengkap !!

Rangkaian Flip-flop Elektronika Dasar dan Jenis-jenisnya

A.  Pengertian Filp Flop

Pengertian flip-flop adalah rangkaian elektronika yang mempunyai dua kondisi stabil yang bisa digunakan untuk menyimpan suatu informasi. Pengaplikasian rangkaian flip-flop menggunakan teori gerbang logika yang mempunyai sifat multivibrator bistabil.

Disebut multivibrator bistabil disebabkan kedua tingkat tegangan keluaran pada multivibrator stabil dan hanya akan mengubah kondisi tingkat tegangan keluaranya jika terjadi suatu pemicunya (trigger). Flip-flop mempunyai dua otput dan salah satu outputnya ialah komplemen output yang lain.

Rangkaian Flip-flop dan cara kerja rangkaian flip-flop – Flip-flop merupakan salah satu pengaplikasian dari beberapa gerbang digital sehingga dapat menyimpan bilangan biner 1 bit. Pada dasarnya rangkaian Flip-flop terdiri dari sebuah rangkaian multivibrator bistabil.

Rangkaian Flip-flop juga merupakan dasar dari rangkaian memori yang sudah kita kenal sekarang. Karena rangkaian Flip-flop pada teknik digital memiliki sifat kondisi output yang tidak hanya bergantung pada kondisi input, akan tetapi bergantung juga pada kondisi input sebelumnya.

Flip-flop memiliki dua keluaran yang dinamakan sebagai kondisi Q dan Q’, yang mana Q’ adalah kondisi kebalikan dari Q. Rangkaian Flip-flop sudah ditemukan sejak tahun 1918 oleh seorang ahli fisika dari Inggris. Saat itulah dikembangkan rangkaian-rangkaian penyimpan data hingga saat ini. Bisa dikatakan Flip-flop merupakan rangkaian memori 1 bit dengan keluaran 1 atau 0 saja.

A.  Karakteristik Flip-flop

Flip-flop memiliki 2 karakteristik, yaitu

1.     Flip-flop yang merupakan peralatan bistable yang berarti memiliki dua kondisi tetap yaitu “0” dan “1”. Rangkaian ini dapat menyimpan dan mengingat suatu informasi bit binner yang mengakibatkan apabila suatu sinyal input membuat kondisi “1” maka kondisi “1” ini akan terus disimpan hingga ada sinyal input baru yang mengubahnya menjadi “0” atau dari “0” menjadi “1”.

2.     Flip-flop yang mempunyai dua output yang salah satu outputnya merupakan komplemen output yang lain.

B.  Rangkaian Flip-flop

Dalam rangakain flip-flop, terdapat flip-flop yang tidak menggunakan clock seperti RS latch dan D latch. Sedangakan yang menggunakan clock adalah RS flip-flop, D flip-flop, dan JK flip-flop.

“Clock adalah sinyal yang memiliki periode yang dapat digunakan untuk mengatur urutan sinkronisasi pada rangkaian digital.”

D.  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.

E.  Jenis-jenis flip-flop

Pada umumnya rangkaian flip-flop dibagi beberapa jenis yaitu S-R flip-flop, Jk flip-flop dan T flip-flop dsb. Simak selengkapnya penjelasan jenis rangkaian flip-flop elektronika.

1.    S-R flip-flop

S-R merupakan singkatan dari set dan reset. Sesuai dengan namanya rangkaian ini terdiri dari dua input yaitu S dan R. Selain itu juga terdapat dua keluaran (output) yaitu Q dan Q’. rangkaian ini biasanya terbuat dari 2 gerbang logika  NOR ataupun 2 gerbang logika NAND.

Terdapat pula S-R flip-flop yang menggunakan gabungan dari 2 gerbang logika NOR dan NAND. 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.

Adapun tabel kebenaran dari SR flip-flop adalah sebagai berikut:

S	R	Q
0	0	Kedaan terakhir
1	0	1 (set)
0	1	0 (reset)
1	1	tak terdefinisi

Pada penggambaran rangkaian elektronika, SR flip-flop disimbolkan sebagai berikut :

Cara kerja SR Flip-flop

Seperti pada penjelasan sebelumnya, Flip-flop SR dapat dibangun dengan menggunanaan dua buah gerbang NOR maupun gerbang NAND.

Prinsip kerja SR Flip-flop dengan gerbang NOR

Rangkaian diatas dibangun dengan 2 buah nor gate yang akan menghasilkan nilai output 1 pada Q jika salah satu inputnya berlogika 1. Misalnya, apabila input R diberikan kondisi logika 1 dan S=0, maka output Q akan menghasilkan logika 1. Karena output gerbang NOR pertama dihubungkan dengan input gerbang NOR yang kedua, maka pada saat output Q bernilai 1 maka output Q’ akan berkondisi sebaliknya.

Sekarang ketika input input R diberikan logika 0 dan S=1, maka output Q akan berubah menjadi 0 dan Q’=1. Namun jika R dan S sama-sama berlogika 0, maka output Q akan tertahan pada kondisi sebelumnya sampai kondisi input berubah kembali. maka dari itulah flip-flop disebut juga dengan memori 1 bit karena dapat menyimpan kondisi tadi.

Prinsip kerja SR Flip-flop dengan gerbang NAND

Sedikit berbeda dengan SR flip-flop dengan gerbang NOR, rangkaian flip-flop dengan gerbang NAND, output Q dan Q’ akan sama-sama berlogika 1 jika input S dan R berlogika 0. Hal ini berupakan kebalikan dari tabel kebenaran SR flip-flop yang menggunakan gerbang NOR. Namun pada flip-flop pada kondisi ini haruslah dihindari, itulah sebabnyak dalam tabel kebenaran tertulis tidak terdefinisi.

Pada flip-flop gerbang NAND, apabila kondisi S=1 dan R=0, maka output Q akan berlogika 1, yang mana output dari Q ini akan masuk juga ke bagian input gerbang NAND yang kedua, sehingga output gerbang NAND yang kedua akan menjadi 0, dan sebaliknya. Pada saat input S=0 dan R=1, maka kondisi output Q akan menjadi berubah menjadi 1. Namun apabila S dan R diubah menjadi sama-sams berlogika 1, maka output Q akan mengikuti kondisi sebelumnya. Berikut tabel kebenaran dari SR flip-flop dengan gerbang NAND.

S	R	Q
0	0	tak terdefinisi
1	0	0 (reset)
0	1	1 (set)
1	1	keadaan terakhir

Pada penggambaran rangkaian elektronika, SR flip-flop dengan gerbang NAND dapat disimbolkan sebagai berikut:

Dalam pengaplikasian SR flip-flop, ada banyak sekali tipe IC (Integrated Circuit) yang dapat dipakai sesuai dengan kebutuhan perancangan. Baik itu IC TTL ataupun CMOS, salah satunya adalah IC TTL tipe 54LS279 yang berisi 4 SR flip-flop gerbang NAND yang ditunjukan sebagai berikut:

Prinsip kerja SR Flip-flop dengan clock

Pada rangkaian elektronika digital yang menggunakan banyak flip-flop, maka flip-flop tersebut haruslah disinkronisasi agar dapat berjalan secara bersamaan. Karena pada SR flip-flop biasa tidak ada pengaturan sinkronisasi, maka diperlukan sebuah pengontrol untuk mengatur proses dari sr flip-flop agar dapat bekerja secara bersamaan yang dinamakan “clock”.

Dengan adanya penambahan clock, menjadikan output SR flip-flop akan berubah hanya pada saat pulsa clock diberikan. Dengan demikian ketika pulsa clock mengalami perubahan ke 0, maka output flip-flop tidak akan mengalami perubahan kondisi logika.

Flip-flop SR dengan clock memiliki 3 buah input dan 2 buah output karena adanya penambahan clock tadi. Berikut ini adalah contoh rangkaian SR flip-flop dengan clock yang dibangun dari gerbang NAND.

Rangkaian SR flip-flop gerbang NAND dengan clock

Dari rangkaian diatas dapat dijelaskan bahwa ketika input E diberikan logika 0, maka kedua output Q dan Q’ akan menghasilkan logika 0 bagaimanapun nilai input S dan R. Namun apabila input E diberikan logika 1 dengan input misalkan S=1, dan R=1, maka output Q akan menghasilkan logika 1 (set). Begitu juga sebaliknya apabila S=0 dan R=1 dengan input clock E=1, maka output Q akan menghasilkan logika 0. Pada pengaplikasiannya, input clock hanya diberikan sesaat saja agar output flip-flop dapat berubah kondisi set ataupun reset.

Berikut adalah tabel kebenaran dari SR flip-flop dengan clock:

S	R	Q sesudah clock
0	0	Q sebelum clock
0	1	0
1	0	1
1	1	tak terdefinisi

2.    D Flip-flop

Pada dasarnya ialah modifikasi dari S-R flip-flop namun ditambahkan gerbang logika NOT (inverter) dari input S ke input R.

D Flip-flop merupakan salah satu jenis Flip-flop yang dibangun dengan menggunakan Flip-flop RS. Perbedaan dengan Flip-flop RS terletak pada inputan R, pada D Flip-flop inputan R terlebih dahulu diberi gerbang NOT. maka setiap masukan ke D FF ini akan memberi keadaan yang berbeda pada input RS, dengan demikian hanya terdapat 2 keadaan "SET" dan "RESET"  S=0 dan R=1 atau S=1 dan R=0, jadi dapat disi.

Lain halnya dengan S-R flip-flop, rangkaian D flip-flop hanya memiliki satu input yaitu D. 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:

3.    J-K flip-flop

Rangkaian ini merupakan pengembangan dari S-R flip-flop dan paling sering digunakan. J-K flip-flop mempunyai 3 terminal input yaitu J, K dan CL (clock).

JK Flip-flop merupakan rangkaian flip-flop yang dibangun untuk megantisipasi keadaan terlarang pada flip-flop S-R. Flip-Flop yang satu ini mempunyai 3 inputan yaitu terdiri dari : J, K dan Clock Kelebihan JK Flip-flop adalah tidak adanya kondisi terlarang atau yang berarti di beri berapapun inputan asalkan terdapat clock maka akan terjadi perubahan pada keluarannya / outputnya. berikut adalah symbol dan tabel kebenaran dari JK Flip-Flop.

Jk flip-flop merupakan jenis flip-flop yang dibangun dengan dua buah SR flip-flop clocked yang digabungkan menjadi satu. Yang mana kedua output dari flip-flop yang pertama dihubungkan dengan input flip-flop kedua secara berderet. Sedangkan output flip-flop yang kedua diumpanbalikan kepada input flip-flop yang pertama sehingga flip-flop yang pertama dapat disebut sebagai master (induk), dan flip-flop kedua disebut sebagai slave (pembantu). Sifat flip-flop yang kedua akan mengikuti sifat flip-flop yang pertama.

Dari gambar diatas dapat dijelaskan bahwa flip-flip yang pertama dapat bekerja apabila diberikan pulsa clock 1, sedangkan flip-flop yang kedua akan bekerja pada pulsa clock 0. Hal ini karena adanya gerbang NOT (inverter) dari input clock flip-flop yang pertama ke input flip-flop yang kedua.

Ketika input clock diberikan pulsa 1, maka flip-flop master akan meneruskan informasi yang diberikan dari input J-K, namun flip-flop slave belum bekerja. Namun ketika pulsa clock berubah menjadi 0, maka flip-flop master yang akan berhenti bekerja dan bagian slave-lah yang akan meneruskan informasi dan bekerja sebagai master.

Dari gambar diatas juga terlihat bahwa pada flip-flop yang pertama terdapat input set dan reset. Hal ini berfungsi untuk menset Q menjadi berlogika 1 tanpa terpengaruh oleh input J-K. Sedangkan input clock Cp berfungsi sebagai pengontrol set ketika dalam keadaan 0.

Pada saat input J=0 dan K=1, maka output Q akan berlogika 0 atau reset, itupun ketika pulsa pertama masuk ke input Cp yang bergerak dari 1 ke 0. Kemudian ketika input J=1 dan K=1, maka output Q akan berubah setiap pulsa clock Cp masuk dan bergerak dari 1 ke 0. Perubaahan seperti ini disebut juga dengan toggle.

Dari penjelasan tadi dapat disimpulkan sebagai berikut:

Ketika J=1 dan K=0 -> Q akan set pada clock yang pertama

Ketika J=0 dan K=0 -> Q akan berada pada keadaan terakhir atau dalam kondisi menyimpan

Ketika J=0 dan K=1 – Q akan reset pada clock Cp yang pertama

Ketika J=1 dan K=1 -> Q akan toggle.

Berikut ini adalah tabel kebenaran dari J-K flip-flop:

J	K	Qn+1	Keterangan
0	0	Qn	kondisi menyimpan
0	1	0	kondisi reset
1	0	1	kondisi set
1	1	0	kondisi toggle

Dari tabel diatas, Qn merupakan output J-K ketika pulsa clock berlogika 0. Sedangkan Qn+1 merupakan output J-K ketika pulsa clock mulai turun dari 1 ke 0.

4.    T flip-flop

Rangkaian ini merupakan bentuk yang lebih simple dari J-K flip-flop. Kedua input J dan K yang dihubungkan kemudian sering disebut dengan single J-K 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. CRS Flip Flop Adalah clocked RS-FF yang dilengkapi dengan sebuah terminal pulsa clock. Pulsa clock ini berfungsi mengatur keadaan Set dan Reset. Bila pulsa clock berlogik 0, maka perubahan logik pada input R dan S tidak akan mengakibatkan perubahan pada output Q dan Qnot. Akan tetapi apabila pulsa clock berlogik 1, maka perubahan pada input R dan S dapat mengakibatkan perubahan pada output Q dan Q not.

Terima Kasih sudah Membaca disini ;) Semoga Bermanfaat. Berikan Komentar untuk perbaikan yaa

Referensi : 

https://serviceacjogja.pro/rangkaian-flip-flop/ 

https://skemaku.com/mengenal-rangkaian-flip-flop-dan-cara-kerja-rangkaian-flip-flop-pada-teknik-digital/