Flip-flop
Em eletrônica e circuitos digitais, um flip-flop, multivibrador biestável, ou simplesmente biestável, é um circuito digital que pulsado é capaz de servir como uma memória de um bit. Um flip-flop tipicamente inclui zero, um ou dois sinais de entrada, um sinal de relógio, e um sinal de saída, apesar de muitos flip-flops comerciais proverem adicionalmente o complemento do sinal de saída. Alguns flip-flops também incluem um sinal da entrada clear, que limpa a saída atual. Como os flip-flops são implementados na forma de circuitos integrados, eles também necessitam de conexões de alimentação. A pulsação ou mudança no sinal de relógio faz com que o flip-flop mude ou retenha seu sinal de saída, baseado nos valores dos sinais de entrada e na equação característica do flip-flop.
Flip-flop Tipo T
Se T estiver em estado alto, o flip-flop T (toggle) muda o estado sempre que a entrada de clock sofrer uma modificação. Se a entrada T for baixa, o flip-flop mantém o valor do seu estado. Seu comportamento é descrito pela seguinte equação característica:
Flip-flop SR Síncrono
Um flip-flop S-R Sincrono depende da habilitação de suas entradas por um sinal de clock para que essas possam alterar o estado dele. Este sinal pode operar de duas formas: mantendo as entradas ativas durante todo o período do pulso ou apenas no instante da mudança de estado do sinal de clock. Essas duas formas de operação podem ser denominadas como modo clock e modo trigger, respectivamente. O flip-flop "set/reset" ativa (set, muda sua saída para o nível lógico 1, ou retém se este já estiver em 1) se a entrada S ("set") estiver em 1 e a entrada R ("reset") estiver em 0 quando o clock for mudado. O flip-flop desativa (reset, muda sua saída para o nível lógico 0, ou a mantém se esta já estiver em 0) se a entrada R ("reset") estiver em 1 e a entrada S ("set") estiver em 0 quando o clock estiver habilitado. Se ambas as entradas estiverem em 0 quando o clock for mudado, a saída não se modifica. Se, entretanto, ambas as entradas estiverem em 1 quando o clock estiver habilitado, nenhum comportamento particular é garantido. Isto é comumente escrito na forma de uma tabela verdade:
Flip-flop J-K
O flip-flop J-K tem a prioridade de aprimorar o funcionamento circuito flip-flop R-S interpretando a condição S = R = 1 como um comando de inversão. Especificamente, a combinação J = 1, K = 0 é um comando para ativar (set) a saída do flip-flop; a combinação J = 0, K = 1 é um comando para desativar (reset) a saída do flip-flop alternando a condição inicial; e a combinação J = K = 1 é um comando para inverter o flip-flop, trocando o sinal de saída pelo seu atualizado. Fazendo J = K o flip-flop J-K se torna um flip-flop T(Toggle). A equação característica do flip-flop J-K é: Q s e g u i n t e = J Q ¯ + K ¯ Q {\displaystyle Q_{seguinte}=J{\overline {Q}}+{\overline {K}}Q}
Flip-flop D (Data)
O flip-flop D ("Data" ou dado, pois armazena o bit de entrada) possui uma entrada, que é ligada diretamente à saída quando o clock é mudado. Independentemente do valor atual da saída, ele irá assumir o valor 1 se D = 1 quando o clock for mudado ou o valor 0 se D = 0 quando o clock for mudado. Este flip-flop pode ser interpretado como uma linha de atraso primitiva ou um hold de ordem zero, visto que a informação é colocada na saída um ciclo depois de ela ter chegado na entrada. A equação característica do flip-flop D é: Q s e g u i n t e = D {\displaystyle Q_{seguinte}=D\,} O flip-flop pode ser utilizado para armazenar um bit, ou um digito binário de informação. A informação armazenada em um conjunto de flip-flops pode representar o estado de um sequenciador, o valor de um contador, um caractere ASCII em uma memória de um computador ou qualquer outra parte de uma informação.
Flip-flop T (toggle)
O flip-flop "T" é útil para contagens. Sinais repetidos à entrada de clock farão com que o flip-flop mude seu estado a cada transição de nível alto-para-baixo da entrada de clock. Se sua entrada T for "1", a saída de um flip-flop pode ser ligada à entrada clock de um segundo flip-flop e assim por diante até a saída final do circuito, considerada com o conjunto de todas as saídas dos flip-flops individuais. A esta montagem formada, caracterizamos como uma contagem, em sistema binário, do número de ciclos da primeira entrada de clock, até um limite máximo de 2n-1, onde n é o número de flip-flops utilizados no circuito. Um dos problemas com este tipo de contador (chamado de contador de ripple ou contador de pulsos) é que a saída é brevemente inválida conforme ocorre a mudança de pulso através da lógica. Existem duas soluções para este problema. A primeira é retirar uma amostra da saída apenas quando a mesma for válida. A segunda, mais utilizada, é montar um tipo diferente de contador, chamado de contador síncrono. Este utiliza uma lógica mais complexa para garantir que as saídas do contador mudem todas a um mesmo período de tempo.
Um flip-flop em combinação com um Schmitt Trigger pode ser utilizado para a implementação de um árbitro em circuitos assíncronos. Os flip-flop com clock estão predispotos a um problema chamado de metaestabilidade, que ocorre quando um dado ou uma entrada de controle está mudando no momento do pulso de clock. O resultado é que a saída pode se comportar imprevisivelmente, levando muito tempo mais que o seu normal para se estabilizar no seu estado correto, ou mesmo oscilando uma série de vezes antes de se estabilizar. Gerando por exemplo a queima de um equipamento dentro de um sistema de um computador, isto pode levar a uma corrupção dos dados ou travamento. Em muitos casos, a metaestabilidade nos flip-flops pode ser evitada garantindo-se que as entradas de dados e controle sejam mantidas constantes para períodos especificados antes e após o pulso de clock, este períodos são chamados de tempo de setup (tsu) e tempo de hold (th) respectivamente. Estes tempos são especificados na documentação (data sheet) do dispositivos, e são tipicamente entre alguns nanosegundos e algumas centenas de picossegundos nos dispositivos modernos.
Podem ser encontrados circuitos integrados (CIs) com um ou dois flip-flops na mesma pastilha. Como exemplo, temos o 7476, internamente com dois Flip-Flops J-K Master-Slave, na série 7400 (TTL).
