مقسم فرکانسی با فلیپ فلاپ نوع T

مقسم فرکانسی با فلیپ فلاپ نوع T:
فلیپ فلاپ Toggleیا فلیپ فلاپ نوع T، نوعی دیگر از ادوات دیجیتالی است که می تواند در تشکیل یک مقسم فرکانسی مورد استفاده قرار گیرد.

با اندکی اصلاحات در فلیپ فلاپ های معمولی نوع JK، می توان فلیپ فلاپ های نوع T را ایجاد کرد. فلیپ فلاپ های نوع T می توانند همانند شکل بالا، از فلیپ فلاپ های نوع D ساخته شوند و یا مانند آی سی 74LS73، با استفاده از فلیپ فلاپ JK ایجاد شوند.

وسیله ای که در نهایت ساخته می شود، دارای دو ورودی، یک ترمینال ورودی Toggle و یک ورودی کنترل کننده منفی کلاک است. نمایی از این نوع فلیپ فلاپ در تصویر زیر دیده می شود.

فلیپ فلاپ نوع T نام خود را از این واقعیت گرفته است که فلیپ فلاپ توانایی سوییچ کردن بین دو حالت مختلف خود، یعنی حالت تغییر وضعیت (Toggle State) و حالت حافظه (Memory State) را دارد.

از آن جا که تنها دو حالت در این فلیپ فلاپ وجود دارد، در نتیجه فلیپ فلاپ های نوع T برای کاربردهای مقسم فرکانسی و شمارنده باینری بسیار ایده آل هستند.

شمارنده های موجی باینری نیز می توانند با استفاده از فلیپ فلاپ های نوع Toggle یا T ساخته شوند. برای این منظور می توان خروجی یکی از فلیپ فلاپ ها را به ورودی کلاک فلیپ فلاپ دیگر متصل کرد.

فلیپ فلاپ های نوع T به این دلیل در ساخت شمارنده های موجی انتخابی بسیار مناسب محسوب می شوند که در هر تناوب پالس ساعت از وضعیتی به وضعیت دیگر (HIGH به LOW و بالعکس) تغییر حالت می دهند.

بنابراین مدارات شمارنده موجی و مقسم های فرکانسی به سادگی با استفاده از این نوع فلیپ فلاپ های استاندارد ساخته می شوند.

اگر دو فلیپ فلاپ نوع T را به صورت سری به یکدیگر متصل کنیم، فرکانس اولیه ورودی در فلیپ فلاپ اول بر عدد دو تقسیم می شود.

در فلیپ فلاپ دوم مقدار فرکانس مجددا بر دو تقسیم می شود. در نتیجه خروجی در حالت نهایی بر چهار تقسیم شده است و اکنون 0٫25 مقدار فرکانس اولیه ورودی به مدار را دارد.

هر بار که فلیپ فلاپ نوع T جدیدی را به زنجیره اضافه کنیم، فرکانس کلاک خروجی دوباره بر عدد 2 تقسیم می شود.

بنابراین می توان گفت که فرکانس خروجی برابر با12n فرکانس ورودی است که در آن n برابر با تعداد فلیپ فلاپ های زنجیره است. نمایی از نحوه این اتصال در شکل زیر نشان داده شده است.

فلیپ فلاپ های نوع T، ادوات تقسیم کننده بر 2 هستند. این المان ها در هر لبه تریگر می شوند و بر پایه فلیپ فلاپ های نوع JK ساخته می شوند. فلیپ فلاپ های نوع T، در لبه بالا رونده پالس ساعت تریگر می شوند، در نتیجه هر بیت داده توسط یک فلیپ فلاپ به سمت راست منتقل می شود.

تمام فلیپ فلاپ ها به صورت ناهمزمان (Asynchronously) می توانند ریست شوند و یا با لبه بالا رونده و یا پایین رونده سیگنال کلاک تغییر وضعیت دهند که در مقسم فرکانسی یک ویژگی بسیار ایده آل محسوب می شود.

این نوع مدارات شمارنده که عمدتا در مقسم های فرکانسی مورد استفاده قرار می گیرند، شمارنده باینری سه بیتی آسنکرون (Asynchronous 3-bit Binary Counter) نام دارند؛ زیرا حاصل خروجی های QA تا QB (که طولی برابر با سه بیت دارد.) برای هر پالس ساعت، یک شمارنده باینری با طول 0 تا 7 تشکیل می دهد.

در یک شمارنده آسنکرون، پالس کلاک فقط به طبقه اول اعمال می شود؛ زیرا خروجی هر طبقه فلیپ فلاپ، سیگنال کلاک برای طبقه فلیپ فلاپ بعدی را فراهم می کند.

به عبارت دیگر، طبقات بعدی کلاک را از طبقات قبل از خود دریافت می کنند و در هر طبقه فرکانس سیگنال کلاک بر 2 تقسیم می شود.

مدار به این دلیل آسنکرون نامیده می شود که هر رویداد کلاک به صورت مستقل اتفاق می افتد. دقیقا به همین دلیل است که تمام بیت ها در شمارنده با یکدیگر و به صورت همزمان تغییر نمی کنند.

این شمارنده به صورت ترتیبی و در جهت رو به بالا از 0 تا 7 می شمارد. همچنین این شمارنده ها، شمارنده های رو به بالا (Up) یا جلو رونده (Forward) نیز نامیده می شود و با نام شمارنده های CTU یا 3-bit Asynchronous Up Counter نیز شناخته می شوند.

شمارنده آسنکرون سه بیتی نشان داده شده در تصویر بالا بسیار متداول بوده و از فلیپ فلاپ در مد تغییر وضعیت استفاده می کند. توجه کنید که شمارنده های آسنکرون Down نیز وجود دارند. جدول درستی یک شمارنده آسنکرون سه بیتی بالا شمار در زیر نشان داده شده است.

بنابراین دیدیم که خروجی فلیپ فلاپ نوع T، فرکانسی برابر با نصف فرکانس ورودی را دارد. به عبارت دیگر این شمارنده به حالت دو تایی یا یک در میان می شمارد.

با بستن آبشاری تعداد بیشتری از فلیپ فلاپ های نوع T به یکدیگر، می توان مدارات تقسیم کننده بر 2، تقسیم کننده بر 4، تقسیم کننده بر 8 و … را ایجاد کرد.

این مدارات، فرکانس سیگنال ورودی را بر 2، 4 یا 8 تقسیم می کنند. در واقع مدار شمارنده باینری متناظر با اعدادی که هر توان دلخواهی از 2 باشند را می توان توسط اتصال سری فلیپ فلاپ ها ایجاد کرد.