Bistabilní klopný obvod je speciální obvod, který se vždy nachází v jednom ze dvou možných stavů, dokud není vnějším zásahem změněn. Jedná se tedy o nejmenší paměťový prvek s kapacitou jeden bit. Tyto obvody mají široké využití v digitální technice, která je založena na binární číselné soustavě.
Klopný obvod je základním stavebním prvkem sekvenčních obvodů. Využívá se v pamětech, registrech, čítačích a dalších obvodech, ve kterých je potřeba uchovávat informace.
V angličtině se pro klopné obvody používá termín bistable nebo flip-flop. Klopné obvody se totiž realizovaly pomocí elektromagnetických relé, které během přepínání stavů vydávaly zvuky (flip, flop).
V digitální technice se klopné obvody realizují pomocí logických hradel. Nejjednodušším klopným obvodem je asynchronní klopný obvod typu RS, který se skládá ze dvou hradel zapojených se zpětnou vazbou (cross-coupled circuit, feedback). Ostatní typy jsou založené na něm.
V některých aplikacích je potřeba zařídit, aby klopný obvod po určitý čas nereagoval na vstup. K tomuto účelu byly navrženy tzv. synchronní klopné obvody vybavené speciálním vstupem, označovaným jako hodinový vstup. Na tento vstup je přiveden tzv. hodinový signál, který určuje, zda bude klopný obvod na ostatní vstupy reagovat, nebo je ignorovat.
Podle synchronizace se klopné obvody dělí do těchto skupin:
Úrovní řízené klopné obvody reagují na vstup právě tehdy, když je hodinový signál v určité úrovni (0 či 1 dle konkrétní realizace). Jeho výhodou je snadná realizace. Možnou nevýhodou je nevhodné chování v případě zpětné vazby, kdy je nový stav klopného obvodu přiveden zpět na jeho vstup, a to dříve, než je tento hodinovým signálem deaktivován. V uvedeném případě bude obvod periodicky přepínat svůj stav, což připomíná „psa honícího svůj vlastní ocas“.
Hranou řízené klopné obvody reagují na změnu úrovně hodinového signálu a to buď na hranu náběžnou/vzestupnou (z logické 0 na 1), nebo sestupnou (z logické 1 na 0). Vzestupná hrana se anglicky nazývá positive/raising edge a hrana sestupná negative/falling edge.
Infinitezimálně krátká hrana teoreticky řeší problém se zpětnou vazbou, který nastává u klopných obvodů řízených úrovní – signál se během nekonečně krátkého trvání hrany nestihne vrátit zpět na vstup. V realitě však hrana hodinového signálu není absolutně rovná, vyskytuje se jev zvaný clock skew (šikmost hran hodinového signálu).
Klopné obvody typu master-slave se navenek jeví jako obyčejné klopné obvody řízené hranou, uvnitř se však skládají ze dvou sériově zapojených hranou řízených klopných obvodů. Vstupní se označuje jako master, výstupní jako slave. Master je aktivován hranou hodinového signálu a reaguje na vstup. Výstup zatím není ovlivněn. Při výskytu opačné orientované hrany reaguje slave a kopíruje vnitřní stav master. Změny vnitřního stavu se tedy projeví až po skončení hodinového impulzu (obdélníku).
Pro uchování většího množství informace je nutné použít více klopných obvodů. Následující tabulka ukazuje kapacitu a číselný rozsah daného počtu klopných obvodů. Jeden bajt je zde obvyklých 8 bitů.
| Počet klopných obvodů | Množství informace | Číselný rozsah |
|---|---|---|
| 1 | 1 bit | 0 – 1 |
| 2 | 2 bity | 0 – 3 |
| 4 | 4 bity | 0 – 15 |
| 8 | 1 bajt (8 bitů) | 0 – 255 |
| 16 | 2 bajty (16 bitů) | 0 – 65,535 |
| 32 | 4 bajty (32 bitů) | 0 – 4,294,967,295 |
| 8,192 | 1 kilobajt (1,024 bajtů) | 1.09e+2,466 |
| 8,388,608 | 1 megabajt (1,024 kilobajtů) | 4.26e+2,525,222 |
| 8,589,934,592 | 1 gigabajt (1,024 megabajtů) | (příliš velký) |
Tabulka přechodů pro klopné obvody (také nazývaná excitační tabulka) udává vstupy klopných obvodů nutné k dosažení požadované změny jejich vnitřního stavu.
| Současné Q | Příští Q | R | S | D | J | K | T |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | Cokoliv | 0 | 0 | 0 | Cokoliv | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | Cokoliv | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | Cokoliv | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | Cokoliv | 1 | Cokoliv | 0 | 0 |