锁存器与触发器
电路中的触发器与锁存器的原理与应用
电路中的触发器与锁存器的原理与应用在电子学中，触发器和锁存器是两种重要的数字电路元件，常用于存储和控制信号。
它们的原理和应用是学习数字电路的基础内容。
一、触发器的原理与应用触发器是一种电子开关，可以通过外部输入信号改变其内部状态。
常见的触发器有RS触发器、D触发器、JK触发器和T触发器等。
以RS触发器为例，其原理是基于反馈原理和逻辑门的工作方式。
RS触发器有两个输入端S和R，一个输出端Q和其反相输出端Q'。
当输入为特定状态时，触发器的输出会被保持。
当输入信号变化时，触发器的输出也会相应改变。
触发器的应用广泛，其中一个重要的应用领域是存储器的设计。
在计算机的存储器中，触发器被用来存储和读取信息。
例如，SRAM（静态随机存储器）就是使用了大量的触发器作为存储单元。
此外，触发器还可以用于时钟电路、序列电路以及数字系统中的状态控制。
二、锁存器的原理与应用锁存器是一种能够存储数据并将其保持不变的电路。
它能够在需要时暂停或延迟信号的传输。
常见的锁存器有D锁存器、JK锁存器和SR锁存器等。
以D锁存器为例，它的原理是将输入信号直接存储在锁存器中，并在时钟信号的控制下将其放大到输出端。
D锁存器可以用于时序电路和通信系统中的信息存储和传输。
锁存器的应用非常广泛。
在数字系统中，锁存器常被用于存储并行输入数据，延迟信号传输和数据同步。
在通信系统中，锁存器可以用于接收和发送信号的同步和缓冲。
此外，锁存器还可以用于编解码器、计数器和频率分频器等电路中。
三、触发器和锁存器的区别与联系虽然触发器和锁存器有相似之处，但它们也存在一些区别和联系。
首先，触发器和锁存器都是用来存储信息的电子元件，但触发器是有状态的，而锁存器是无状态的。
触发器的输出依赖于输入信号的变化，而锁存器的输出则保持在一个特定的状态。
其次，触发器和锁存器在应用方面也有区别。
触发器常用于时序电路和状态控制，可以用来实现各种逻辑功能。
而锁存器则主要用于存储和传输信号，用来实现数据的存储和延迟传输。
《基于Proteus的数字电路分析与设计》课件第6章锁存器和触发器
0
1
S=× R=0
S=0 R=1
6.2.4 触发器功能汇总
2. D触发器功能描述
特性表
D Qn Qn+1
特性方程 Qn1 D
00 0 01 0 10 1 11 1
状态图
D=1
D=0
0
1
D=1
D=0
6.2.4 触发器功能汇总
3. JK触发器功能描述
特性方程
特性表
J K Qn 000 001
的约束条件。
6.2.2 脉冲触发的触发器
2.主从JK触发器电路结构及逻辑符号
6.2.2 脉冲触发的触发器
2.主从JK触发器电路结构及逻辑符号
JK触发器状态表
J K Qn Qn+1
00 0 1
01 0 1
0 10 1
Qn1 JQn ' K Qn
11 0 1
6.2.3 边沿触发的触发器
边沿触发器有维持阻塞结构、传输延迟结构等。
Qn1 JQn KQn
Qn+1
状态图
0 保持不变
1
J 1，K
010 011 100 101 110 111
0 置0 J 0，
0
K
0
1 置1
1
J ，
K 0
1
1 取反
状态
0 J
，K
1
状态
1
0
例：在同步工作条件下，JK触发器的现态Qn=0，要求Qn+1=0， 则应使 。
（1）J=1,K=0 （2）J=0，K=×（3）J=×，K= 0 （4）J=K=1
空翻带来两个问题：一是锁存器的抗干扰能力下降； 二是限制了锁存器的使用范围。
校招基础——锁存器和触发器
校招基础——锁存器和触发器基本概念1、名词解释锁存器（latch）是电平触发的存储单元，数据存储的动作取决于输⼊时钟（或者使能）信号的电平值，尽当锁存器处于使能状态时，输出才会随着数据输⼊发⽣变化。
触发器（flipflop）是边沿敏感的存储单元，数据存储的动作由某⼀信号的上升或者下降沿⾏同步的。
（钟控D触发器其实就是D锁存器，边沿D触发器才是真正的D触发器）寄存器（register）是⽤来暂时存放参与运算的数据和运算结果。
在实际的数字系统中，通常把能够⽤来存储⼀组⼆进制代码的同步时序逻辑电路称为寄存器。
2、锁存器和触发器的区别锁存器同其所有的输⼊信号相关，是电平触发，当输⼊信号变化时锁存器就变化，没有时钟端，属于异步电路设计，时序分析困难且浪费⼤量芯⽚资源。
触发器受时钟控制的边沿触发，只有在时钟触发时才采样当前的输⼊产⽣输出，当然因为锁存器和触发器⼆者都是时序逻辑，所以输出不但同当前的输⼊相关，还同上⼀时间的输出相关。
3、触发器、锁存器、寄存器的区别？由于触发器内有记忆功能，因此利⽤触发器可以⽅便地构成寄存器。
由于⼀个触发器能够存储⼀位⼆进制码，所以把n个触发器的时钟端⼝连接起来就能构成⼀个存储n位⼆进制码的寄存器。
从寄存数据的⾓度来讲，寄存器和锁存器的功能是相同的；它们的区别在于寄存器是同步时钟控制，⽽锁存器是电位信号控制。
4、锁存器有哪些缺点？锁存器在不锁存数据时，输出端的信号随输⼊信号变化，就像信号通过⼀个缓存器⼀样；⼀旦锁存信号起锁存作⽤，则数据被锁住，输⼊信号不起作⽤。
因此锁存器也称为透明锁存器，指的是不锁存时输出对输⼊是透明的。
此外锁存器还有以下⼀些缺点：（1）对⽑刺敏感，不能异步复位，所以上电后处于不确定的状态。
（2）锁存器会使静态时序分析变得⾮常复杂。
（3）在 FPGA 中，基本的单元时由查找表和触发器组成的，若⽣成锁存器反⽽需要更多的资源。
5、触发器有哪些类型？根据逻辑功能不同：RS触发器、D触发器、JK触发器、T触发器和T'触发器等。
锁存器Latch和触发器Flip-flop有何区别
锁存器Latch和触发器Flip-flop有何区别锁存器Latch概述锁存器（Latch）是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路，它们可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态。
锁存，就是把信号暂存以维持某种电平状态。
锁存器的最主要作用是缓存，其次完成高速的控制器与慢速的外设的不同步问题，再其次是解决驱动的问题，最后是解决一个I/O口既能输出也能输入的问题。
锁存器是利用电平控制数据的输入，它包括不带使能控制的锁存器和带使能控制的锁存器。
锁存器Latch结构latch：锁存器，是由电平触发，结构图如下：锁存器latch的优缺点优点：1、面积比ff小门电路是构建组合逻辑电路的基础，而锁存器和触发器是构建时序逻辑电路的基础。
门电路是由晶体管构成的，锁存器是由门电路构成的，而触发器是由锁存器构成的。
也就是晶体管-》门电路-》锁存器-》触发器，前一级是后一级的基础。
latch完成同一个功能所需要的门较触发器要少，所以在asic中用的较多。
2、速度比ff快用在地址锁存是很合适的，不过一定要保证所有的latch信号源的质量，锁存器在CPU设计中很常见，正是由于它的应用使得CPU的速度比外部IO部件逻辑快许多。
缺点：1、电平触发，非同步设计，受布线延迟影响较大，很难保证输出没有毛刺产生2、latch将静态时序分析变得极为复杂触发器Flip-flop结构lip-flop：触发器，是时钟边沿触发，可存储1bitdata，是register的基本组成单位，结构图如下：flip-flop的优缺点优点：1、边沿触发，同步设计，不容易受毛刺的印象2、时序分析简单缺点：1、面积比latch大，消耗的门电路比latch多锁存器Latch和触发器flipflop的区别1、锁存器Latch和触发器flipflop锁存器能根据输。
第5章 锁存器与触发器
《数字电路与逻辑设计》
3) 状态转换图与激励表
将锁存器两个状态之间的转换及其所需要的输 入条件用图形的方式表示称为状态转换图（简称为 状态图），用表格的形式表示则称为激励表。
基本SR锁存器的状态图如下图所示，表5-2为 其激励表。
表5-2 基本SR锁存器的激励表
SD=0
RD=´
0
SD=1 RD=0
《数字电路与逻辑设计》
第5章 锁存器与触发器
本章主要内容
5.1 基本锁存器及其描述方法 5.2 门控锁存器 5.3 脉冲触发器 5.4 边沿触发器 5.5 逻辑功能和动作特点
《数字电路与逻辑设计》
本章重点：
掌握锁存器与触发器的电路结构、逻辑 功能和动作特点
本章难点：
触发器的工作原理
《数字电路与逻辑设计》
此外，锁存器的功能还可以用状态转换图和激 励表表示。
《数字电路与逻辑设计》
1) 特性表（真值表） 基本锁存器的特性表如表5-1所示。
表5-1 基本SR锁存器特性表 与非门构成的锁存器 或非门构成的锁存器 SD RD Q Q* SD RD Q Q* 1 1 0 0 0000 1 1 1 1 0011 1 0 0 0 0100 1 0 1 0 0110 0 1 0 1 1001 0 1 1 1 1011 0 0 0 × 1 1 0× 0 0 1 × 1 1 1×
《数字电路与逻辑设计》
(2) CLK为高电平时， 由于SD=(S·CLK)=S、RD=(R·CLK)=R，因 此门控锁存器将根据输入信号S和R实现其相应的 功能。
将SD=S、RD=R代入到基本锁存器的特性方 程Q*=SD+RD·Q，可得到门控锁存器的特性方程为
Q*=S+R·Q
电路中的触发器与锁存器
电路中的触发器与锁存器电路中的触发器和锁存器是数字电子电路中非常重要的组件。
它们在计算机、通信设备和各种数字系统中起着关键的作用。
触发器和锁存器可以存储和传输二进制数据，是数字电路中的存储单元。
一、触发器触发器是一种多稳态逻辑电路，可以存储和处理二进制数据。
它可以将输入信号通过时钟脉冲的触发而切换到输出端。
触发器有两个稳态，即使时钟信号停止，触发器的输出也会保持不变。
在数字电路中，常用的触发器有SR触发器、D触发器、JK触发器和T触发器等。
SR触发器是最简单的触发器之一，它有两个输入端，分别是S （Set，设定）和R（Reset，复位）。
当S和R都为低电平时，输出保持不变；当S为高电平，R为低电平时，输出为高电平；当S为低电平，R为高电平时，输出为低电平；而当S和R都为高电平时，则为禁止状态。
D触发器也是一种常用的触发器，它只有一个输入端D。
当时钟信号到来时，输入端的值被传送到输出端。
这使得D触发器非常适用于数据存储、寄存器和移位寄存器等应用。
JK触发器是一种可改变输出状态的触发器。
它有两个输入端，分别是J（Set）和K（Reset）。
当时钟信号到来时，JK触发器的输出将根据J、K的状态进行切换。
当J和K同时为1时，输出反转；当J和K同时为0时，输出保持上一个状态不变；当J为1，K为0时，输出为1；而当J为0，K为1时，输出为0。
T触发器是一种特殊的JK触发器，它只有一个输入端T（Toggle，翻转）。
当时钟信号到来时，T触发器的输出将根据输入端的状态进行翻转。
如果T为1，输出翻转；如果T为0，输出保持不变。
二、锁存器锁存器是一种用来存储和传输二进制数据的电路。
它可以在时钟信号的作用下，将数据保持在输出端，并在时钟信号改变时刷新数据。
常用的锁存器有RS锁存器、D锁存器和JK锁存器等。
RS锁存器和SR触发器的工作原理类似，有两个输入端R和S，用于设置和复位。
当R和S同时为0时，输出保持不变；当R为1，S为0时，输出为1；当R为0，S为1时，输出为0；而当R和S同时为1时，则为禁止状态。
锁存器与触发器
一、锁存器锁存器（latch）---对脉冲电平敏感，在时钟脉冲的电平作用下改变状态锁存器是电平触发的存储单元，数据存储的动作取决于输入时钟（或者使能）信号的电平值，仅当锁存器处于使能状态时，输出才会随着数据输入发生变化。
锁存器不同于触发器，它不在锁存数据时，输出端的信号随输入信号变化，就像信号通过一个缓冲器一样；一旦锁存信号起锁存作用，则数据被锁住，输入信号不起作用。
锁存器也称为透明锁存器，指的是不锁存时输出对于输入是透明的。
锁存器（latch）：我听过的最多的就是它是电平触发的，呵呵。
锁存器是电平触发的存储单元，数据存储的动作取决于输入时钟（或者使能）信号的电平值，当锁存器处于使能状态时，输出才会随着数据输入发生变化。
（简单地说，它有两个输入，分别是一个有效信号EN,一个输入数据信号DA TA_IN，它有一个输出Q，它的功能就是在EN有效的时候把DA TA_IN的值传给Q，也就是锁存的过程）。
应用场合：数据有效迟后于时钟信号有效。
这意味着时钟信号先到，数据信号后到。
在某些运算器电路中有时采用锁存器作为数据暂存器。
缺点：时序分析较困难。
不要锁存器的原因有二：1、锁存器容易产生毛刺，2、锁存器在ASIC设计中应该说比ff要简单，但是在FPGA的资源中，大部分器件没有锁存器这个东西，所以需要用一个逻辑门和ff来组成锁存器，这样就浪费了资源。
优点：面积小。
锁存器比FF快，所以用在地址锁存是很合适的，不过一定要保证所有的latch信号源的质量，锁存器在CPU设计中很常见，正是由于它的应用使得CPU的速度比外部IO部件逻辑快许多。
latch完成同一个功能所需要的门较触发器要少，所以在asic中用的较多。
二、触发器触发器（Flip-Flop，简写为FF），也叫双稳态门，又称双稳态触发器。
是一种可以在两种状态下运行的数字逻辑电路。
触发器一直保持它们的状态，直到它们收到输入脉冲，又称为触发。
当收到输入脉冲时，触发器输出就会根据规则改变状态，然后保持这种状态直到收到另一个触发。
《数字逻辑设计》第8章 锁存器与触发器
0
↑
1
1
1
1
0,1,↓ X
1
1
Qn
CK
ClrN
1
PreN
D
设1
Q
清0
保持
Example Flip-Flops with Additional Inputs
例1：写出JK触发器的次态方程
+
CP AB
Qn+1 = J Qn + K Qn
JQ CP KQ
TTL电路： 悬空相当于 接高电平1
= J Qn = A Qn + B Qn Qn
Edge-Triggered D Flip-Flop
(5).驱动表
驱动表
Qn
Qn+1 D
00
0
01
1
10
0
11
1
Latches and Flip-Flops
2. S-R 触发器
(1). 逻辑符号
QQ R CK S QQ
R CK S
(2). 功能表
R S Qn Qn+1 000 0 001 1 010 1 011 1 100 0 101 0 110 × 111 ×
♦ 时序电路当前时刻的状态是什么？ ♦ 在输入信号的作用下，下一时刻的状态是什么？
Q
0
1
0 =R 1
Q’
1
对输入信 号高电平 敏感
2
0 S= 0
(2) 功能表
置0端 R
0
0
置1端 S
0
0
现态 Qn 0
1
次态 Qn+1
0
1
保持
0
1
01
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1 1 1 1 0 0 0
0 1 0 1 0 1 0
0 1 1 1 0 0 1①
0
0
1
1①
① 由于竞争冒险引起状态的不定，也即当 SD和RD同时由0跳转为1后状态不定
表5.2.2 与非门构成的SR锁存器特性表
3）工作波形(设初态为0） 画工作波形方法： 1. 根据锁存器信号敏感电平,确定状态转换时间 2. 根据锁存器的逻辑功能确定Qn+1。
三态与非门(TSL )
当CS= 3.6V时
三态与非门真值表
CS
数据输入端 A 0 0 B 0 1
输出端L
1 1
1
1
1
0
1
1
0
0
当CS= 0.2V时 真值表
CS
数据输入端
A 0 0 1 B 0 1 0
输出端L
1 1 1
1
1
0 ×
1
×
____
0
高阻
高电平
使能
L = AB
L= Z
CS =1 CS = 0
SD RD Q Q*
0 0
0 0
0 1
0 1
1 1 0
0 1 1
0 0 1
1 1 1
0 1 0
1 0 1
1 1 0
0 0① 0①
① 由于竞争冒险引起状态的不定，也即当 SD和RD同时由1跳转为0后，状态不定
表5.2.1 或非门构成的SR锁存器特性表
低电平有效
S’D
’D R
Q Q*
1 1 0 0 1 1 0
0
R 0 0 1 1 0 0 1 1
Q n Qn 0 1 0 1 0 1 0 1
S=1 R=0
+
说 明
S=X R=0
1
0 0 0 0 1 1 1 1
0 1 状态不 变 1 0 0 置0 1 置1 1 － 状态不 － 定
S =0 R =1
状态转换图用于电路设计：已知状态的转换，确定S、R
的逻辑值
反馈
双稳态存储单元
1、电路结构 ——电路具有记忆1位二进制数据的功能。 2、逻辑状态分析 如Q=1
VI1
G1 1
VO1
Q1 1
VI1
G1 1
如Q=0
VO1
Q0 0
VI2
1 G2 VO2
Q 0
VI2
1 G2 VO2
Q 1
3. 模拟特性分析
O1 = I2
I1 = O2 O1
VI1
G1 1
5、工作波形 E=1期间的S 、 R信号影响锁存器的状态。 E=0为低电平期间锁存器状态不变。
E S
R E S
1R E1 1S
Q
Q
S 0 0 逻辑功能的四种描述方式: 1 1 功能表、特性方程、状态转换图 、波形图。
R Q
逻辑功能表 R Qn+1 0 Qn 1 0 0 1 1 Ф
5）动作特点：E=1期间电路对信号敏感，并按S 、 R信号改变 锁存器的状态。
5V
C
开关断开，不能转送信号
2）当c=1， c =0时 a、I=5V~3V
C
5V
TP +5V
GSN=5V (－5V~+3V)=(10~2)V
GSN>VTN, TN导通
vO / vI
vI / vO
– 5V
b、I=3V~5V
GSP= 5V (－3V~+5V) =2V ~ 10V GSP > |VT|, TP导通 C、I=3V~3V TN导通，TP导通
R G1 ≥1
G1 ≥1
R
0
Q
1
1
Q
1
G2 ≥1 S Q
G2
0
≥1 S
Q
1 若初态 Q n = 0
1
0
若初态 Q n = 1
R=1 、 S=0
无论初态Q n为0或1，锁存器的次态为0态。 信号消失后
新的状态将被记忆下来。 1
G1 ≥1
R
1
Q
0
R
1
G1 ≥1 Q
0
0
G2 ≥1 S Q S
G2 ≥1 Q
结构特征:由组合逻辑电路和存储电路组成,电路中存在反馈。 锁存器和触发器是构成时序逻辑电路的基本逻辑单元 。
2、锁存器与触发器 共同点： 具有0 和1两个稳定状态，一旦状态被确定，就能自行保持。一个 锁存器或触发器能存储一位二进制码。
E E
CP
不同点：
锁存器---对脉冲电平敏感的存储 电路，在特定输入脉冲电平作用下 改变状态。 触发器---对脉冲边沿敏感的存储电 路，在时钟脉冲的上升沿或下降沿 的变化瞬间改变状态。
E=1： Q3 = S
状态发生变化。 S=0，R=0：Qn+1=Qn S=1，R=0：Qn+1=1 S=0，R=1：Qn+1=0
S G3 E
1 0
& &
Q
& Q3
≥1
Q
S
G1
S=1，R=1：Qn+1= Ф
3、 逻辑功能的几种描述方式：
2) 特性方程
1) 逻辑功能表 （E=1）
S R Qn Qn+1 0 1 0 0 1 1 － － 说 明 状态不变
图5.2.1 或非门构成的SR锁存器
’
’
a.电路图 b.图形符号
图5.2.2 与非门构成的SR锁存器
5.2.1 SR锁存器
电路的初态与次态
1. 基本SR锁存器
R G1 ≥1 Q
初态：R、S信号作用前Q端的状态.
初态用Q n表示。
+VDD 或非门 G1 Q T3 或非门 G2 Q T6
T1 T4 T2 T5
与非逻辑
A
逻辑符号
B CS
高阻状态
&
EN
L
4. 典型集成电路
CMOS八D锁存器- 74HC/HCT373 传输门控 D 锁存器 D0 D1 D7 … 传输门控 制
1 1D C1 C1 1 1
E E
LE=0 锁存器的状态不变 LE=1 锁存器的状态随Dn变化 OE =0 三态门使能,数据输出
1 1D C1 C1
S 0 R 0
Qn 0
Q n 1
S R
S R
0
0
Q Q
1
0
0
S R
Q Q
0
0
1 0
0
0
0
1
0
0
0
0 0 1 1 1 1
0
1 1 0 0 1 1
1
0 1 0 1 0 1
1
0 0 1 1 不确定 不确定
不变 置1 不变 置0 不变 置1 不变
4）用与非门构成的基本SR锁存器
、
a.电路图
b.功能表
c.国标逻辑符号
D G1 1 TG
1 TG 2
C
D
TG1导通， TG2断开 Q=D
G1 1 TG 1TG
2
Q
Q
1
Q C
E
1 0
G3 1
C
0 1
G4 G2 1
1 0
1 G2
Q
1 G2
Q
2. 传输门控 D 锁存器 (b) 工作波形
C D TG
1
TG C C
2
G1 1 TG TG 1 G4 G2 1 C C
Q
D E
Q
Q Q
不变
不定
5）、应用举例 ---去抖动电路
+5V
R
开关闭合时
vO vO +5V t0 t1
开关断开时
t0 t1
t
+5V 100k A S B 100k +5V R ≥ 1 S 1 74HCT0 2 0 ≥ Q 1
去抖动电路工作原理 开关起始状态:接B, R = 0 S =1 Q=0 悬空时 R =X S =1 Q不变 开关接A时振动,Q=1 开关转接A, R = 1 S =0 Q=1
TN C
+5V
vO = vI
传输门的应用
传输门组成的数据选择器 C=0 TG1导通, TG2断开 L=X C=1 TG2导通, TG1断开 L=Y
2. 传输门控 D 锁存器 (a) 电路结构
C D TG1 C C TG2
C
(b)工作原理
E=1时
G1 1 Q
E=0时
TG2导通， TG1断开 Q 不变
E
G3 1
C
3. 锁存器的动态特性
C G1 1 TG TG
2
D E
tSU tW tpLH
tH tpHL
D
TG
1
TG C C
Q
C
1 G2
Q
Q
建立时间tSU :表示D信号对E下降沿的最少时间提前量。 脉冲宽度tW :为保证D信号正确传送到Q和 Q 保持时间tH :确保数据的可靠锁存的最少时间。 延迟时间tpLH:输出从低电平到高电平的延迟时间; 延迟时间tpHL:高电平到低电平的延迟时间。
CP
双稳态存储单元电路
双稳态的概念
介稳态
双稳态存储单元电路
G1 1
稳态 0
稳态 1
Q
双稳态电路的特点是：它有两个 G2 稳定状态，在没有外来触发信号的作 1 Q 用下。电路始终处于原来的稳定状态。 由于它具有两个稳定状态，故称为双 电路有两个互补的输出端 稳态电路。在外加输入触发信号作用 下，双稳态电路从一个稳定状态翻转 Q端的状态定义为电路输出 状态。 到另一个稳定状态。