TENTANG

FLIP - FLOP

D

I

S

U

S

U

N

OLEH

NAMA :                                               NPM   : 

                       RIKI SUDIRMAN                             12110200

                       LENNI SUNDARI                              12110201

                       ZULFI HARYATI                                12110208

                       MAINA                                               12110169

                       PUTRI INDAH PERMATA SARI    12110146

                       MUHAMMAD ZAINUL                   12110239

KELAS : TI – P 1202

DOSEN : M. Syahrizal, S.Kom, M.Kom

SEKOLAH TINGGI MANAJEMEN INFORMATIKA DAN KOMPUTER (STMIK) BUDIDARMA

MEDAN - 2013

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.            Latar Belakang

Di dalam Teknik Digital kita mengenal istilah Flip-Flop. Flip-flop merupakan suatu rangkaian  sekuensial yang dapat menyimpan data sementara (latch) dimana bagian outputnya akan merespons input dengan cara mengunci nilai input yang diberikan atau mengingat  input tersebut. Flip-flop mempunyai dua kondisi output yang stabil dan saling berlawanan. Perubahan dari setiap keadaan output  dapat terjadi jika diberikan  trigger  pada flip-flop tersebut. Trigernya berupa sinyal logika “1” dan “0” yang continue.

Gerbang dasar adalah komponen sederhana yang tidak bisa menyimpan nilai. Ide untuk menyimpan nilai dalam rangkaian sejalan dengan kebutuhan tempat penyimpanan dan komponen-komponen lain. Rangkaian yang digunakan adalah rangkaian sekuensial yaitu rangkaian yang salah satu masukannya merupakan keluaran dari sistem tersebut. Dengan rangkaian sekuensial ini, kita dapat  menyimpan nilai dalam rangkaian. Rangkaian sekuensial sederhana adalah flip-flop yaitu rangkaian yang dapat menyimpan nilai 1 bit.

Flip-flop  adalah nama umum yang digunakan untuk rangkaian sekuensial yang terdiri dari beberapa gerbang logika yang menyimpan nilai dan dapat diakses melalui jalur keluarannya. Nilai yang terdapat dalam flip-flop akan tetap tersimpan walaupun sinyal masukannya tidak aktif.

Flip-flop memiliki 2 nilai keluaran yang satu sama lain nilainya berkebalikan. Keluaran ditandai dengan Q dan Q’ dan symbol lainnya. Rangkaian ini banyak digunakan untuk tempat menyimpan data digital dan menstransfernya. Kombinasi beberapa flip-flop membentuk satu fungsi khusus dinamakan Register.

1.2.            Tujuan

Adapun tujuan pembuatan makalah ini adalah untuk memenuhi tugas mata kuliah Teknik Digital dari Dosen. Selain itu agar lebih mengerti tentang ilmu yang masih asing bagi kami ini.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1.      Pengertian Flip-Flop

Flip-flop  adalah nama umum yang digunakan untuk rangkaian sekuensial yang terdiri dari beberapa gerbang logika yang menyimpan nilai dan dapat diakses melalui jalur keluarannya. Nilai yang terdapat dalam flip-flop akan tetap tersimpan walaupun sinyal masukannya tidak aktif.

Flip-flop memiliki 2 nilai keluaran yang satu sama lain nilainya berkebalikan. Keluaran ditandai dengan Q dan Q’ dan symbol lainnya. Rangkaian ini banyak digunakan untuk tempat menyimpan data digital dan menstransfernya. Kombinasi beberapa flip-flop membentuk satu fungsi khusus dinamakan Register.

2.1.1.  Rangkaian Flip Flop

Gambar 2.1.1. : Rangkaian Flip-Flop

Sistem seperti ini dinamakan tidak memiliki memori. Disamping itu bahwa sistem tersebut menghafal hubungan fungsional antara variabel keluaran dan variabel masukan. Sedangkan fungsi rangkaian flip-flop yang utama adalah sebagai memori (menyimpan informasi) 1 bit atau suatu sel penyimpan 1 bit. Selain itu flip-flop juga dapat digunakan pada Rangkaian Shift Register, rangkaian Counter dan lain sebagainya.

2.2.            Macam - Macam Flip-Flop

Macam - macam Flip-Flop, antara lain: 

1.   SR Flip-Flop

2.   D Flip-Flop

3.   J-K Flip-Flop

4.   T Flip-Flop

2.2.1.                  Flip-Flop Set-Reset (SR Flip-Flop)

SR Flip-flop dibangun dari beberapa gerbang logika. SR Flip-flop memiliki dua buah masukan     S untuk Set  dan R untuk Reset.  Gerbang NAND biasa digunakan untuk membngun SR Flip-flop. Simbol logika menunjukkan dua masukan yang diberi label dengan Set dan Reset. SR Flip-flop ini mempunyai dua keluaran komplementer. Keluaran ini diberi label Q dan Q’. Nilai Q dengan Q’ selalu berlawanan.

Gambar 2.2.1. : Rangkaian SR Flip-Flop

Sinyal SR yang masuk ke dalam flip-flop  dapat memiliki 4 kemungkinan kondisi yaitu 00, 01, 10, dan 11. Pada saat SR bernilai 00 maka kondisi flip-flop tidak berubah, nilai Q akan seperti nilai sebelumnya. Jika SR bernilai 01 maka keluaran Q akan bernilai 0, kondisi ini akan menyebabkan flip-flop Reset. Jika SR bernilai 10 maka keluaran Q akan bernilai 1 atau flip-flop Set. Bagaimana bila SR bernilai 11, ini menarik, karena kondisi ini menyebabkan keluaran Q tidak pasti, tergantung sinyal mana yang datang lebih cepat. Kondisi ini disebut kondisi berlomba (race condition). Karena nilai Q tidak pasti maka kondisi ini tidak digunakan. Kondisi QQ’ bernilai 00 terjadi pada saat perpindahan dari nilai SR 01 ke-10.

Jika delay ∆ menunjukkan penundaan pada setiap gerbang, maka rumus umum persamaan Boolean untuk SR flip-flop  sebagai berikut :

Q(t + 2∆)          = (R (t + ∆) . ([S (S(t) + y (t + ∆)]’)’

                         = (R (t + ∆)’ . [S (S(t) + y (t + ∆)]

Berdasarkan prilaku SR Flip-Flop dapat ditulis dalam tabel kebenaran berikut :

Tabel 2.2.1. : Tabel Kebenaran SR Flip-Flop

		Masukan SR
		00	01	10	11
Kondisi Q	0	0	0	1	*
	1	1	0	1	*

Berdasar tabel kebenaran di atas dapat dibaca bahwa jika masukan SR bernilai 00 maka kondisi Q akan tetap seperti semula, bila awalnya bernilai 0 maka akan tetap bernilai 0 dan sebaliknya. Jika masukan SR bernilai 01, apa pun kondisi sebelumnya, Q akan bernilai 0. Jika masukan SR bernilai 10, apa pun kondisi sebelumnya, Q akan bernilai 1.

Simbol untuk SR Flip-flop sebagai berikut :

Gambar  : Simbol SR Flip-Flop

2.2.1.1. Detak (Clok)

SR Flip-Flop di atas bekerja secara asinkron.  Nilai S dan R dapat berubah kapan saja dan dalam tempo yang tidak bersasmaan. Detak (clock) ditambahkan pada sisi masukan untuk menjaga sinyal agar bekerja dalam tenggang tempo yang bersamaan.  Kendali ini membantu flip-flop lebih stabil. Detak ditambahkan sebelum sinyal S dan R masuk ke dalam rangkaian flip-Flop. Masing-masing sinyal masukan di NAND-kan dengan detak.

 Pada saat detak bernilai 0, tidak ada perubahan sinyal yang masuk ke dalam flip-flop. Sebaliknya, jika detak bernilai 1 maka kondisi keluaran flip-flop, Q, akan menyesuaikan dengan kondisi masukan S dan R, berdasar aturan dalam tabel kebenaran.

SR Flip-Flop yang disempurnakan memiliki 3 sinyal masukan dan 2 jalur keluaran.

Gambar  :  SR Flip-Flop ditambah Detak (Clock)

Simbol untuk SR Flip-Flop yang telah ditambahkan detak :

Gambar  :  Simbol SR Flip-Flop ditambah Detak (Clock)

2.2.2.      Flip-Flop Data (D Flip-Flop)

Kelebihan flip-flop adalah dapat menyimpan nilai satu bit pada jalur keluarannya. Kelebihan ini memungkinkan flip-flop digunakan sebagai rangkaian untuk menyimpan data, sebagai sel memori.

Gambar 2.2. :  Simbol D Flip-Flop

D flip-flop dirancang untuk menyimpan satu bit 0 atau 1. Dengan sedikit modifikasi SR flip-flop,    D flip-flop dapat melakukan fungsi tersebut. Sel penyimpanan data hanya perlu dua kondisi yaitu bernilai 0 atau 1. Karakter tersebut diperoleh dengan mengatur nilai S dan R agar tidak bernilai sama. Nilai SR=01 menyebabkan flip-flop bernilai 1 dan nilai SR=10 menyebabkan flip-flop bernilai 0. Diperlukan konverter antara masukan S dan R agar nilai keduanya berkebalikan.

Berikut ini rangkaian D flip-flop hasil modifikasi dari rangkaian SR flip-flop :

Pada saat D bernilai 1 menyebabkan keluaran Q akan bernilai 1 pada kondisi berikutnya (next state). Sebaliknya, Q bernilai 0 pada saat D bernilai 0. Karakter ini sesuai dengan karakter tempat penyimpanan 1 bit.

Berdasarkan perilaku D flip-flop maka tabel kebenaran sebagai berikut :

            Tabel 2.2.2 : Tabel Kebenaran D flip-flop

CK	D	Q
0 1 1	Φ 0 1	NC 0 1

D flip-flop akan bekerja jika nilai CK=1. Pada saat CK tidak aktif maka apa pun nilai D, nilai flip-flop tidak berubah (NC, No Change). Pada saat CK aktif maka sinyal D berfungsi. Kondisi Q tergantung dari masukan D.

2.2.2.1.   Simbol

            Simbol untuk D flip-flop adalah :

           

            Gambar 2.2.2.1. :  Rangkaian D Flip-Flop

2.2.2.2.   Pemicu Tepi

Aktif atau tidaknya suatu flip-flop dikendalikan oleh detak CK yang masuk. Jika detak bernilai 1 maka  flip-flop aktif. Kapankah perubahan detak (Clock, CK) adalah dari pulsa yang senantiasa berubah nilainya dari 0 ke 1 atau sebaliknya. Detak memiliki frekuensi. Perubahan detak inilah yang dijadikan pemicu bagi komponen flip-flop untuk berubah. Pada saat terjadi perubahan detak dari 0 ke 1 maka gerbang-gerbang akan aktif dan nilai D akan masuk ke dalam flip-flop.

Perubahan flip-flop yang dipicu oleh perubahan tegangan detak dari 1 ke 0 disebut pemicuan tepi (edge triggering), karena flip-flop bereaksi pada saat detak berubah keadaan. Pemicuan terjadi pada  awal pulsa naik. Proses itu disebut pemicuan tepi positif. Perubahan keadaan terjadi pada saat pulsa naik.

2.2.2.3.   Diagram Detak (Clock Diagram)

Perubahan kondisi flip-flop disebabkan oleh perubahan detak, dapat digambarkan dalam diagram detak, sebagai berikut :

            Gambar 2.2.2.3. :  Diagram Detak D Flip-Flop

2.2.2.4.   Preset dan Clear`

Gambar 2.2.2.4. D Flip-Flop dengan Sinyal Preset & Clear

Preset dan Clear adalah dua buah jalur yang ditambahkan pada flip-flop tanpa harus menunggu detak. Pengaktifan Preset menyebabkan nilai flip-flop berubah langsung menjadi 1, apapun kondisi sebelumnya. Pengaktifan Clear menyebabkan nilai flip-flop berubah langsung menjadi 0. Nilai Preset dan Clear tidak boleh sama-sama rendah karena akan menyebabkan kondisi pacu. Bila Preset bernilai 0 dan Clear bernilai 1, maka isi flip-flop akan di-reset.  Sebaliknya jika Preset bernilai 1 dan Clear  bernilai 0 maka isi flip-flop akan di-set.

2.2.2.5.   Simbol

            Simbol D flip-flop dengan pemicuan tepi positif sebagai berikut :

            Gambar 2.2.2.5. D Flip-Flop Pemicuan Tepi Positif

Tanda segitiga pada detak (CLK) menunjukan adanya proses pemicu tepi untuk mengaktifkan flip-flop.

2.2.3.         JK Flip-Flop

Kelemahan SR flip-flop adalah terdapat kondisi pacu (race condition) yang tidak terprediksi yaitu pada saat nilai SR = 11. Pada JK flip-flop dibuat jalur balik dari masing-masing keluaran Q dan Q’ menuju gerbang masukan NAND, hal ini tidak masalah karena gerbang NAND dapat memiliki lebih dari dua masukan.

Nama JK flip-flop diambil untuk membedakan dengan masukan pada SR flip-flop karena ada perubahan ada perubahan jalur balik di atas. Secara umum cara kerja JK flip-flop sama dengan SR flip-flop. Perbedaannya pada saat JK bernilai 11 yang menyebabkan kondisi keluaran berubah (1 à 0 dan    0 à 1) atau toggle.

2.2.3.1.   Rangkaian JK Flip-Flop

		JK flip-flop memiliki 2 masukan yang biasanya ditandai dengan huruf J dan K. Jika J dan K berbeda maka keluaran Q akan sama dengan nilai J pada detak berikutnya (next clock). Jika J dan K keduanya 0 maka tidak terjadi perubahan apa-apa pada flip-flop. Jika J dan K keduanya 1 maka kondisi Q akan berubah dari kondisi sebelumnya,Jika sebelumnya Q bernilai 0 maka akan bernilai 1 dan sebaliknya. Karakter  JK flip-flop yang lebih pasti untuk semua kondisi maka flip-flop ini yang banyak digunakan untuk membangun berbagai komponen register seperti : register geser (shift register), pencacah biner (binary counter), pendeteksian sekuensial (sequence detector) dan lain-lain.
Gambar : Simbol JK Flip-Flop	Tabel 2.2.3. : Tabel Kebenaran JK flip-flop Masukan Keluaran J K CK Q 0 0 1 1 Φ 0 1 0 1 Φ Naik Naik Naik Naik Turun Q (tidak berubah) 0 1 Q’ (komplemen) Q (tidak komplemen) Keterangan : Φ = apapun kondisinya (don’t care)

Pada saat CK naik / Aktif/bernilai 1 maka kondisi keluaran Q ditentukan oleh masukan JK. Kondisi Set (keluaran bernilai 1) tercapai pada saat JK bernilai 10. Kondisi Reset (keluaran bernilai 1) tercapai pada saat JK bernilai 01. Pada flip flop JK tidak ada lagi kondisi pacu seperti pada flip slop SR. Pada saat JK bernilai 11 maka nilai keluaran Q akan berubah-ubah (toggle) pada saat setiap detaknya.

2.2.3.2.   Diagram Detak (Clock Diagram)

Perubahan kondisi flip-flop disebabkan oleh perubahan detak, dapat digambarkan dalam diagram detak. Pada diagram tersebut digambarkan bagaimana pengaruh setiap perubahan detak terhadap nilai keluaran JK flip-flop.

Gambar 2.2.3.2. Diagram Detak JK Flip-Flop

2.2.3.3.   JK Flip-Flop Master dan Slave

Flip-flop Master-Slave dibangun agar kerja JK flip-flop lebih stabil yaitu dengan menggabungkan dua buah JK flip-flop. Flip-flop pertama disebut Master dan flip-flop kedua disebut Slave. Master merupakan flip-flop yang diatur oleh sinyal pendetak pada saat naik (positif), sedangkan Slave merupakan flip-flop yang diatur oleh sinyal pendetak pada saat turun (negatif). Pada saat sinyal detak berada pada kondisi naik, Master yang aktif dan Slave menjadi tidak aktif dan sebaliknya pada saat sinyal detak pada kondisi turun, Master tidak aktif dan Slave aktif.

Gambar 2.2.3.3. JK Flip-Flop Master-Slave

2.2.4.         Toggle Flip Flop (T Flip Flop)

T flip-flop adalah kondisi khusus dari JK flip-flop Masukan T dihubungkan dengan JK sekaligus. Pada T flip-flop, J dan K akan bernilai sama 00 atau 11.

Simbol Gambar 2.2.4. T Flip Flop berasal dari JK Flip Flop

Tabel 2.2.4 : Tabel Kebenaran T Flip Flop

Masukan		Keluaran
T	CK	Q
0 1 Φ	Naik Naik Turun	Q (Tidak Berubah) Q’ (Komplemen) Q (Tidak Berubah)

Pada saat CK naik maka kondisi keluaran Q tergantung pada masukan T. Kondisi keluaran Q berubah-ubah (toggle) dicapai pada saat masukan T bernilai 1. Jika CK turun tidak ada perubahan pada flip-flop.

2.2.4.1.   Simbol

           

            Gambar 2.2.4.1. Simbol T Flip Flop

BAB III

PENUTUP

3.1.            Kesimpulan

            Kesimpulan yang penyusun dapat dalam membuat makalah ini adalah Flip-Flop sebagai memori (menyimpan informasi) 1 bit atau suatu sel penyimpan 1 bit. Selain itu flip-flop juga dapat digunakan pada Rangkaian Shift Register, rangkaian Counter dan lain sebagainya. Dan tentunya masih banyak kesimpulan lainnya yang bisa didapat para pembaca setelah membacanya.

3.2.            Saran

            Agar lebih mengerti dalam pemanfaatan Flip-Flop ini sebaiknya mempelajarinya lebih mendatail lagi dan mencari info-info di berbagai sumber, bila perlu guru pendamping agar cepat mengerti dan akurat.

DAFTAR PUSTAKA

m4rry.blogspot.com/2011/01/rangkaian-flip-flop_16.html

sunarto-ok.blogspot.com/2008/09/flip-flop.html

www.slideshare.net/derist/bab-3-flip-flop