锁存器
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。
锁存器原理
锁存器原理
锁存器是一种用于存储数据的电子元件，它可以将输入数据“锁定”在其内部，以便在需要时提供输出。
锁存器通常由触发器构成，触发器是一种具有两个稳定状态（0或1）的电路。
锁存器的工作原理基于触发器的工作特性。
触发器可以在两种状态之间切换：设置状态（1）和复位状态（0）。
当触发器处于设置状态时，它会“锁定”输入数据并将其存储在内部。
当触发器处于复位状态时，它会将存储的数据保持不变。
锁存器通常有两个主要输入：数据输入和时钟输入。
数据输入用于将要存储的数据传输到锁存器中。
时钟输入用于控制锁存器的操作。
当时钟输入信号发生变化时，锁存器根据其当前状态和输入数据更新存储的值。
除了数据输入和时钟输入之外，锁存器还可以具有其他控制输入，例如使能输入。
使能输入可以控制锁存器的工作，使其在接收到特定的使能信号时进行存储或输出。
锁存器的输出通常由一个或多个输出端口提供。
输出端口可以从锁存器中读取存储的数据，并将其传递给其他电路或组件使用。
总之，锁存器通过触发器的状态切换和输入数据的传输来实现数据的存储和锁定。
它是数字电路中常用的基本元件，用于存储和传输数据。
数字电路锁存器详解
Qn+1
功能
0
Q n1 Q n 保持
1
0
Q n1 0 置 0
0
1
Qn1 1 置 1
1
1
Q n1 Q n 翻转
0
32
第33页/共69页
J-K触发器的工作波形 例：已知主从JK触发器J、K 的波形如图所示，画出输出Q的波形图（设初始状 态为0）
下降沿触发翻转
CP J
K
Q
33
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在画主从触发器的波形图时，应注意以下两点： （1）触发器的触发翻转发生在时钟脉冲的触发沿（这 里是下降沿） （2）判断触发器次态的依据是时钟脉冲下降沿前一瞬 间输入端的状态
41
第42页/共69页
一、 D触发器
1. D触发器状态真值表
SD
RD
2、特征方程 Q n+1＝D 3、
描述触发器的状态转换关系及转换 D= 0 条件的图形称为状态图
第43页/共69页
CP D
(b) 曾用符号
D= 1
0
1
D= 1
D= 0
42
二、 JK触发器
1. JK触发器真值表
J
K
Qn
Qn+1
S 为置位端Set 。
0
≥1
1
≥1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 1
≥1
0 0
≥1
0
1
3
第4页/共69页
3）S=R=0时 Q 和 Q 互锁，保持不变。 这是锁存器的特点：当输入处于某一状态时，输出保持。
两个稳定状态：
S=0，R=0，Q=1： S=0，R=0，Q=0：
锁存器
彻底理解锁存器，让你不再为锁存器头疼！彻底理解锁存器，让你不再为锁存器头疼！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进行同步的。
（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）：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．区别与联系：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。
一般的设计规则是：在绝大多数设计中避免产生锁存器。
它会让您设计的时序完蛋，并且它的隐蔽性很强，非老手不能查出。
锁存器最大的危害在于不能过滤毛刺。
这对于下一级电路是极其危险的。
所以，只要能用D触发器的地方，就不用锁存器。
附件里是更详细的分析。
让锁存器不再让人头痛.pdf基本概念：触发器是指有时钟边沿触发的存储单元。
锁存器指一个由信号而不是时钟控制的电平敏感的设备。
锁存器的工作原理：锁存器不同于触发器，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，值得是不锁存是输出对输入是透明的。
锁存器出现的地点：两个最明显的地方：1：if语句的使用中缺少else语句（前提是不是始终边沿触发）；2：case语句中没有给出全部的情况。
1：if语句中缺少else的情况：process(en,d)beginif(en = '1')then //注意这里是边沿触发q <= d;end if; //注意没有else语句end process;综合出来的RTL图如下：从上图可以看出综合出来的是锁存器。
锁存器的工作原理
锁存器的工作原理
锁存器是一种电子电路，用于存储和保持数据的状态。
它通常由一组触发器（比如D触发器）组成。
锁存器的工作原理如下：
1. 输入数据：锁存器有一个或多个数据输入端，用于接收要存储的数据。
这些输入通过电子开关（比如AND门或OR门）连接到锁存器的触发器输入。
2. 控制信号：锁存器还有一个或多个控制输入端，用于控制数据存储的时机。
控制信号通常是时钟信号，它决定了何时从数据输入端将数据存储到锁存器中。
3. 触发器：锁存器中的每个触发器都有两个输入端和一个输出端。
其中一个输入端是数据输入端，用于接收输入数据；另一个输入端是控制输入端，用于接收控制信号。
输出端则连接到锁存器的输出端。
4. 存储数据：当控制信号（时钟信号）到达时，锁存器中的触发器将输入数据存储到内部存储元件中，并在输出端提供相应的输出。
存储的数据将保持不变，直到下一个时钟信号到达。
5. 读取数据：锁存器的输出端可以连接到其他电路，以便读取存储的数据。
当需要读取数据时，可以将锁存器的输出端连接到读取电路，并通过读取电路获取存储的数据。
总之，锁存器通过控制信号来存储和保持数据状态，使用触发器作为内部存储元件，通过输入数据和时钟信号来控制数据的存储和读取。
锁存器,
锁存器,锁存器是什么意思锁存器定义一位钟控D触发器只能传送或存储一位二进制数据，而在实际工作中往往是一次传送或存储多位数据。
为此，可以把若干个钟控D触发器的控制端CP连接起来，用一个公共的控制信号来控制，而各个数据端仍然是各自独立地接收数据。
用这种形式构成的一次能传送或存储多位数据的电路称为锁存器。
输出端的状态不会随输入端的状态变化而变化，只有在有锁存信号时输入的状态被保存到输出，直到下一个锁存信号。
通常只有0和1两个值。
典型的逻辑电路是D触发器，其字长(位数)有4位、8位等。
典型锁存器电路钟控RS 触发器的S 输入端，通过非门连接到R 输入端，组成单输入触发器，通常把这个电路叫做 D 锁存器。
如下图示。
当CP = 1 时,输出端的状态随输入端的状态而改变。
Q n+1 = D ,存入新的数据；当CP = 0 时,无论D 如何变化，输出端的状态保持不变。
Q n+1 = Q n，存入的数据不变。
为了触发器可靠的工作，要求D 输入信号先于CP = 1 的信号，称为建立时间t set。
锁存器的用途锁存器广泛用于计算机与数字系统的输入缓冲电路，其作用是将输入信号暂时寄存，等待处理，这一方面因为计算机或数字系统的操作都是有序进行的，通常不可能信号一到即刻处理，另一方面，也可防止输入信号的各个位到达时间不一致造成竞争与险象。
锁存器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。
简单锁存器描述：输出端的状态不会随输入端的状态变化而变化，只有在有锁存信号时输入的状态被保存到输出，直到下一个锁存信号。
通常只有0和1两个值。
典型的逻辑电路是D触发器。
由若干个钟控D触发器构成的一次能存储多位二进制代码的时序逻辑电路，叫锁存器件。
逻辑结构与功能表8位锁存器74LS373的逻辑图见图所示。
其中使能端G加入CP信号，D为数据信号。
输出控制信号为0时，锁存器的数据通过三态门进行输出。
应用场合：数据有效延迟后于时钟信号有效。
锁存器的工作原理
锁存器的工作原理锁存器（Latch）是数字电路中常用的一种存储元件，它可以在一定条件下“锁住”输入信号，使得输出信号保持不变。
锁存器广泛应用于寄存器、触发器等电路中，是数字系统中的重要组成部分。
本文将介绍锁存器的工作原理，以帮助读者更好地理解和应用这一重要的数字电路元件。
锁存器由两个互补的双稳态触发器组成，常见的有RS锁存器、D锁存器、JK锁存器等。
这些锁存器在不同的输入条件下，可以实现数据的存储和传输。
下面我们将分别介绍几种常见的锁存器的工作原理。
首先是RS锁存器。
RS锁存器由两个与非门组成，其中一个与非门的输出接到另一个与非门的输入，反之亦然。
当输入为00时，输出保持不变；当输入为01时，输出为10；当输入为10时，输出为01；当输入为11时，输出保持不变。
这样，RS锁存器可以实现数据的存储和传输。
其次是D锁存器。
D锁存器由一个与非门和一个与门组成。
当时钟信号为高电平时，数据输入D经过与门传输到输出Q；当时钟信号为低电平时，输出Q保持不变。
这样，D锁存器可以实现在时钟信号的控制下，数据的存储和传输。
最后是JK锁存器。
JK锁存器由两个与非门和一个与门组成。
当J和K都为1时，输出取反；当J为1，K为0时，输出为1；当J为0，K为1时，输出为0；当J和K都为0时，输出保持不变。
这样，JK锁存器可以实现数据的存储和传输，并且具有复位和置位功能。
总的来说，锁存器是数字电路中重要的存储元件，它通过不同的输入条件实现数据的存储和传输。
不同类型的锁存器具有不同的特性和功能，可以根据具体的应用场景选择合适的锁存器类型。
希望本文对读者对锁存器的工作原理有所帮助，更深入地理解和应用这一重要的数字电路元件。
数字电路第五章锁存器和触发器
Q3
Q
S 1S
Q
G1 G3
使能信号控制门电路
2、工作原 理
E=0： 状态不变
E=1： Q3 = S Q4 = R R
G4
G2
& Q4 ≥1
Q
状态发生变化。
S=0，R=0：Qn+1=Qn
E
S=1，R=0：Qn+1=1
≥1
&
Q
S=0，R=1：Qn+1=0
S
Q3 G1
G3
S=1，R=1：Qn+1= Ф
逻辑门控SR锁存器的E、S、R的波形如下图虚线上边所示， 锁存器的原始状态为Q = 0，试画出Q3、Q4、Q和Q 的波形。
或非门
G1
G2
Q T1 T4 Q
T3 R
T6 S
T2 T5
初态：R、S信号作用前Q端的 次态：R、S信号作用后Q端的
状态，初态用Q n表示。
状态次态用Q n+1表示。
1) 工作原理 R=0、S=0
状态不变
0 G1
R
≥1
11
Q
R
0 G1
≥1
00
Q
G2 ≥1 S
0
0
Q
若初态 Q n = 1
G2 ≥1 S
建立时间tSU ：保证与D 相关的电路建立起稳定的状态，使触 发器状态得到正确的转换。 保持时间tH ：保证D状态可靠地传送到Q 触发脉冲宽度tW ：保证内部各门正确翻转。 传输延迟时间tPLH和tPHL ：时钟脉冲CP上升沿至输出端新状态 稳定建立起来的时间 最高触发频率fcmax ：触发器内部都要完成一系列动作，需要 一定的时间延迟，所以对于CP最高工作频率有一个限制。
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Q
S
Q
使能信号控制门电路
2、工作原理 、
E=0： ：
状态不变
G4
E=1： Q3 = S ：
Q4 = R
R
& Q4
G2 ≥1 Q
状态发生变化。 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=1，R=1：Qn+1= Ф ， ：
R=S G4 & Q4 E 1 & Q3 D S= D G 3 ≥1 G1 Q G2 ≥1 Q
E 0 1 1
D × 0 1
Q 不 变 0 1
Q
不变 1 0
功能 保持 置0 置1
G5
E=0 E=1
不变 D=0 D=1 S =0 R=1
Q=0 Q=1
S =1 R=0
2. 传输门控 锁存器 传输门控D锁存器 (a) 电路结构
置0
无论初态Q 无论初态 n为0或1，锁存器的次态为 态。 信号消失后 或 ，锁存器的次态为0态 新的状态将被记忆下来。 新的状态将被记忆下来。 1
R G1 ≥1
1
Q
0
1
R
G1 ≥1 Q
0 0
G2 ≥1 S Q S
G2 ≥1 Q
0 若初态 Q n = 1
1
0 若初态 Q n = 0
1
1
S=1 、 R=1
无论初态Q 无论初态
状态不确定
Q n 、Qn 都为 。 都为0
n为0或1，触发器的次态 或 ，
触发器的输出既不是0态，也不是1态 触发器的输出既不是 态 也不是 态 1
R G1 ≥1 Q
0
同时回到0时 当S、R 同时回到 时，由于两个与非 门的延迟时间无法确定， 门的延迟时间无法确定，使得触发器
G2 ≥1 S Q
Q
不变
Q
不变
S R
S R
Q Q
1 0 1
0 1
不定
≥1
R
Q
0 0 约束条件: 约束条件
1 0
S +R = 0
运用基本SR锁存器消除机械开关触点抖动引起的脉冲输出 锁存器消除机械开关触点抖动引起的脉冲输出。 例 运用基本 锁存器消除机械开关触点抖动引起的脉冲输出。
+5V R vO vO +5V t0 t1 t
最终稳定状态也不能确定。 最终稳定状态也不能确定。 0 约束条件: 约束条件 SR = 0
1
3）工作波形 ）
置 1 置 0
S R Q Q
4）用与非门构成的基本SR锁存器 用与非门构成的基本 锁存器
、
a.电路图 电路图
b.功能表 b.功能表
c.国标逻辑符号 国标逻辑符号
S
≥1 1
Q
R S
1 1 1 0
C D TG1 C C
C
(b) E=1时 时
G1 1
(c) E=0时 时 TG2导通， 导通， TG1断开 Q 不变
D TG TG G1 1 Q
Q
TG1导通， 导通， TG2断开 Q=D
D G1 1 TG TG Q
TG2
C
1 G3 1 C G4 G2 1
Q
1 Q
1 G2
Q
E
C
G2
(c) 工作波形
C D TG TG C C TG TG 1 G3 1 C G4 G2 1 C G1 1 C Q
D E Q
Q
Q
E
3. D锁存器的动态特性 锁存器的动态特性 定时图:表示电路动作过程中， 定时图:表示电路动作过程中，对各输入信号的 时间要求以及输出对输入信号的响应时间。 时间要求以及输出对输入信号的响应时间。
D E Q t SU tW T pL
H
tH T pH
4. 典型集成电路 74HC/HCT373 八D锁存器 锁存器
次态： 信号作用后Q端的 次态：R、S信号作用后 端的 信号作用后 状态次态用 表示。 状态次态用Q n+1表示。 次态
1) 工作原理 R=0、S=0 、 状态不变
G1 ≥1
R
0
G1 ≥1
1
Q
1
R
0
0
0
Q
G2 ≥1 S
Q
0
G2 ≥1 S
Q
0 若初态 Q n = 1
0 若初态 Q n = 0
1
R=0、S=1 、
5.2 锁存器 5.2.1 SR 锁存器 5.2.1 D 锁存器
5.2 锁存器
5.2.1 SR 锁存器
1. 基本SR锁存器 基本 锁存器
R G1 ≥1 Q
+VDD 或非门 G1 Q T3 或非门 G2 Q T6
T1 T4 T2 T5
G2 ≥1 S Q
R
S
初态： 信号作用前Q端的 初态：R、S信号作用前 端的 信号作用前 状态，初态用 表示。 状态，初态用Q n表示。
置1
无论初态Q 无论初态 n为0或1，锁存器的次态为为 态。 信号消失 或 ，锁存器的次态为为1态 后新的状态将被记忆下来。 后新的状态将被记忆下来。 0
R G1 ≥1
1
Q
1
0
R
G1 ≥1
0 1
Q
G2 ≥1 S Q S
G2 ≥1 Q
1 若初态 Q n = 1
0
1 若初态 Q n = 0
0
0
R=1 、 S=0
1 E 2 3 4
R
G4 & Q4
G2 ≥1 Q
S R
E ≥1 & S G3 Q3 G1
Q3
Q
Q4 Q Q
5.2.2 D 锁存器
1. 逻辑门控 锁存器 逻辑门控D锁存器 逻辑电路图
R E 1 ≥1 & D S G3 Q3 G1 G4 & Q4 G2 ≥1 Q
国标逻辑符号
D
G51D E1Q源自EQQ逻辑功能 逻辑功能 D锁存器的功能表 锁存器的功能表
S G3 E ≥1 & Q3 G1
Q
逻辑门控SR锁存器的 、 、 的波形如下图虚线上边所示 的波形如下图虚线上边所示， 逻辑门控 锁存器的E、S、R的波形如下图虚线上边所示， 锁存器的 锁存器的原始状态为Q = 0， 锁存器的原始状态为 ， 试画出Q 试画出 3、Q4、Q和Q 的波形。 和 的波形。
D0
1 1D C1 C1
D1
1 1D C1 C1
…
…
D7
1 1D C1 C1
…
L 1 E 1 OE
1 E Q0 E Q1 … … E Q7
74HC/HCT373的功能表 的功能表
输 入 OE LE Dn L H L L L L H H H L L × × H L* H* × × 内部锁存器 状 态 L H L H × × 输 出 Qn L H L H 高阻 高阻
工作模式 使能和读锁存 器 （传送模式） 传送模式） 锁存和读锁存 器 锁存和禁止输 出
L*和H*表示门控电平 由高变低之前瞬间 n的逻辑电平。 和 表示门控电平 由高变低之前瞬间D 的逻辑电平。 表示门控电平LE由高变低之前瞬间
t0 t1
+5V 100k S A S B 100k +5V R ≥ 1 74H C T0 2 ≥ Q
S R Q
2. 逻辑门控 锁存器 逻辑门控SR锁存器 电路结构
R G4 & Q4 G2 ≥1 Q
简单SR锁存器 简单 锁存器
国标逻辑符号
E ≥1 & S G3 Q3 G1
R E
Q
1R E1 1S