RS-Flip-Flop
Für Kippstufen mit zwei stabilen Zuständen, wie wir sie hier schon behandelt hatten, verwendet man gern auch die Bezeichnung Flip-Flop. Da sie die Grundlage für noch komplexere Logikschaltungen sind, will ich die verschiedenen Typen hier nochmal gesondert behandeln. Der bistabile Multivibrator ist die einfachste Form des Flip-Flops. Er ist bekannt als RS-Flip-Flop. S steht für "Set" und R für "Reset". Er besitzt zwei Ausgänge, von denen einer immer auf High-Potential und der andere auf Low-Potential ist. Die Pegel an den zwei Eingängen bestimmen, in welche Lage der Flip-Flop kippt.
Liegen beide Eingänge auf Low, bleibt der derzeitige Zustand der Ausgänge erhalten. Mit einem High-Pegel am Set-Eingang wird der Ausgang Q auf High gesetzt. Der negierte Ausgang Q-quer geht auf Low. Durch ein High am Reset-Anschluss wird Q zurückgesetzt, geht also auf Low, während Q-quer jetzt auf High geht. Gleichzeitig High-Potential an beiden Eingängen sollte vermieden werden, da der Flip-Flop in einen undefinierten Zustand gerät. Beide Ausgänge gehen auf Low, aber sobald die Eingänge wieder auf Low gehen, kippt der Flip-Flop zufällig in eine Richtung.
Mit einem zusätzlichen Takteingang (C wie Clock), lässt sich der Flip-Flop zustandsgesteuert aktivieren und deaktivieren. Der Takteingang wirkt wie ein Verschluss, weshalb man solche getakteten Flip-Flops auch als "Latch" bezeichnet. Solange der Clock-Anschluss auf Low liegt, lässt sich der Flip-Flop nicht mit dem R- oder S-Anschluss schalten.
D-Flip-Flop
Hauptnachteil des RS-Flip-Flops ist die Möglichkeit undefinierter Zustände. Das lässt sich verhindern, wenn R und S invers angesteuert werden. Der Flip-Flop hat jetzt nur noch einen Daten- und einen Takteingang.
Wenn der Clock-Anschluss auf High geht, wird der gerade an D anliegende Pegel am Ausgang Q übernommen. Dabei muss man noch zwischen zwei Varianten unterscheiden. Den taktzustandsgesteuerten- und den taktflankengesteuerten-Flip-Flop. Im Verlaufsdiagramm der Pegel ist der Unterschied erkennbar.
Solange beim taktzustandsgesteuerten Flip-Flop der Takteingang auf High-Potential liegt, macht der Ausgang jede Änderung des Pegels am Dateneingang mit. Beim taktflankengesteuerten D-Flip-Flop werden die Daten an D nur während der ersten Taktflanke an C übernommen. Ändert sich der Zustand an D danach, wird das ignoriert, auch wenn C noch auf High liegt.
JK-Flip-Flop / T-Flip-Flop
Beim JK-Flip-Flop werden die Ausgänge und-verknüpft, über Kreuz auf die Eingänge rückgekoppelt. Im Normalfall arbeitet der J-Anschluss wie S und K wie R.
Sind beide Eingänge auf High, dann entsteht im Gegensatz zum RS-Flip-Flop kein undefinierter Zustand, sondern er arbeitet als sogenannter T-Flip-Flop. T steht für Toggle, was so viel bedeutet wie umschalten. Mit jeder Taktflanke an C ändert der Flip-Flop seine Stellung.
Es sind zwei Takte nötig, damit der Flip-Flop wieder in seinen Ausgangszustand zurückkehrt. Das bedeutet, die Taktfrequenz erscheint am Ausgang 2:1 geteilt.
Master-Slave-Flip-Flop
Um die Datensicherheit zu erhöhen, kann man die Daten zeitverzögert an den Ausgang weiter geben. Dazu benötigt man zwei Flip-Flops in einer sogenannten Master-Slave-Anordnung. Dabei wird der Takt negiert auf den zweiten Flip-Flop gegeben. Mit der steigenden Taktflanke am Master wird der erste Flip-Flop gesetzt und der Zustand zwischengespeichert. Die fallende Flanke erzeugt am Slave eine ansteigende Flanke, wodurch dieser die Daten übernimmt und an den Ausgang Q2 weiterreicht.
