D锁存器
D锁存器概述范文
D锁存器概述范文D锁存器是一种经典的数字电路元件，用于存储一位二进制数值。
由于其简单、可靠的特点，它被广泛应用于计算机的内存、寄存器、缓存等部分。
D锁存器的原理非常简单，它由一个器件和一个时钟信号组成。
器件可以是触发器、门电路等，常用的有D触发器和SR锁存器。
时钟信号用于控制存储的操作，D锁存器在时钟上升沿或下降沿根据输入信号的值更新存储的数值。
D锁存器的功能可以理解为一个存储器件，输入信号进入D锁存器后，经过一段延迟时间后被存储下来，并在时钟下降沿或上升沿更新输出。
这样，在时钟信号不更新时，输入信号可以在输出端保持稳定。
而当时钟信号更新时，输入信号的值即可被无延迟地传递到输出端。
D锁存器有两个主要的延迟时间：从时钟上升沿到输出端的延迟时间和从时钟下降沿到输出端的延迟时间。
这两个延迟时间主要取决于器件的特性和工作频率。
在计算机的设计中，D锁存器的延迟时间对于数据的可靠性和稳定性至关重要。
D锁存器主要用于存储一位二进制数值，其输入为D输入信号和时钟信号。
D输入信号是要存储的数据，而时钟信号则用于控制数据的存储和更新。
在实际应用中，D锁存器常常被用于数据缓存、寄存器和存储器等部件。
在数据缓存中，D锁存器用于临时存储从内存中读取的数据，以提高访问速度。
其基本原理是，当从内存中读取数据时，D锁存器将数据存储下来，并在时钟信号下降沿前更新输出到处理器中。
这样，在下一次处理器需要读取数据时，可以直接从D锁存器中读取，而无需再次访问内存。
在寄存器中，D锁存器用于存储处理器的状态、控制信号等信息。
当处理器执行一条指令时，其中的一些操作可能需要保存在寄存器中。
D锁存器提供了一种可靠的方式来存储这些临时数据，并在需要时传递给其他部件。
在存储器中，D锁存器用于存储从外部输入的数据。
例如，在输入设备将数据传递给计算机时，D锁存器将数据存储下来，并在时钟信号上升沿或下降沿更新输出给其他部件进行处理。
总之，D锁存器是一种常见的数字电路元件，它可以存储一位二进制数值，并在时钟信号更新时传递给其他部件。
d锁存器的原理和应用
d锁存器的原理和应用1. 什么是d锁存器?d锁存器是一种数字电路元件，用于存储和传输数字信息。
它是由逻辑门电路构成的，可以在时钟信号的控制下将输入信号存储在内部的存储单元中，并在时钟信号改变时将存储的值输出。
2. d锁存器的原理d锁存器的原理基于RS锁存器的改进。
它使用两个逻辑门构成的RS锁存器，一个是与非门(NOT gate)，另一个是与门(AND gate)。
d锁存器的输入端包括一个数据输入端(d)和一个时钟输入端(CK)。
当时钟输入为高电平时，d锁存器会将输入端的值保存在内部，并在时钟信号改变时输出保存的值。
d锁存器的逻辑图如下所示：_____| |D ---|______|--¬--| IN |--- Q`--|___|3. d锁存器的应用d锁存器在数字电路中具有广泛的应用，下面列举几个常见的应用场景。
3.1. 寄存器d锁存器可以用于构建寄存器，用于存储和传输多位的数据。
多个d锁存器可以通过串联的方式连接起来，构成一个多位寄存器。
寄存器常用于存储程序的计数器、状态标志位等信息。
3.2. 移位寄存器移位寄存器是一种特殊的寄存器，它可以将数据按照指定的方式进行移位。
d 锁存器是构建移位寄存器的基本元件之一。
多个d锁存器可以串联连接，通过控制信号实现数据的移位、清零等操作。
3.3. 数据选择器d锁存器可以用于构建数据选择器，用于在多个输入信号中选择需要传输的数据。
通过控制不同d锁存器的使能信号，可以选择特定的数据进行输出。
3.4. 时序电路d锁存器可以用于构建各种时序电路，如时序逻辑单元、计数器等。
时序电路可以实现对输入信号的时间控制和状态转换。
3.5. 状态机d锁存器可以用于构建有限状态自动机，用于描述具有离散状态的系统。
状态机常用于设计和控制复杂的数字系统，如通信协议、计算机控制单元等。
4. 总结d锁存器是一种常用的数字电路元件，用于存储和传输数字信息。
它的原理基于RS锁存器的改进，通过时钟信号控制输入信号的存储和输出。
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
d锁存器原理
d锁存器原理锁存器（Latch）是数字电路中常用的一种触发器，它可以存储一个比特（Bit）的信息，并且在时钟信号的作用下，可以对存储的信息进行读写操作。
在数字电路中，锁存器被广泛应用于寄存器、存储器、计数器等电路中，是数字系统中的重要组成部分。
本文将介绍锁存器的原理及其在数字电路中的应用。
首先，我们来了解一下锁存器的基本原理。
锁存器由两个互补的门电路构成，一般是由两个与门或两个或门构成。
其中，与门锁存器的输入端是使能端和数据端，当使能端为高电平时，数据端的输入信号可以被锁存器存储；而或门锁存器的输入端是使能端和数据端，当使能端为低电平时，数据端的输入信号可以被锁存器存储。
这两种类型的锁存器都可以实现数据的存储和读取操作。
在数字电路中，锁存器常用于存储器件中，如寄存器和存储器。
在寄存器中，锁存器可以用来存储指令、地址、数据等信息；在存储器中，锁存器可以用来存储临时数据、中间结果等。
此外，锁存器还可以用于构建计数器、状态机等电路，实现数字系统中的各种功能。
除了在数字电路中的应用外，锁存器还常用于时序电路中。
在时序电路中，锁存器可以用来实现数据的同步和延时操作，保证系统的稳定性和可靠性。
此外，锁存器还可以用于控制电路中，实现信号的存储和传递，保证系统的正常运行。
总的来说，锁存器是数字电路中常用的一种触发器，它可以实现数据的存储和读取操作，广泛应用于寄存器、存储器、计数器等电路中。
在数字系统中，锁存器是非常重要的组成部分，对系统的稳定性和可靠性起着至关重要的作用。
希望通过本文的介绍，读者能对锁存器有一个更加深入的理解，并且能够在实际应用中灵活运用锁存器，提高数字系统的性能和可靠性。
D锁存器
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4. 技术实现...................................................................................................................4
4.1
新建工程 ................................................................................................................... 4
5. 参考资料.................................................................................................................10
6. 免责声明................................................................................................................. 11
电子技术基础（数字部分）Verilog 同步教程
D 锁存器实验例程
版本 V1.00
日期 2009/03/06
修订历史
锁存器和D触发器
锁存器和D触发器锁存器和D触发器2010-10-05 09：34 D触发器是指由时钟边沿触发的存储器单元，锁存器指一个由信号而不是时钟控制的电平敏感的设备。
锁存器通过锁存信号控制，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。
锁存器和D触发器实现的逻辑功能基本相同，都是暂存数据。
由与非门搭建的话，锁存器所耗用的逻辑资源比D触发器少，所以使用锁存器有更高的集成度，但锁存器有一下缺点：(1)对毛刺敏感，毛刺信号会传递下去，无异步复位端，不能在芯片上电时处在一个确定的状态；(2)会使静态时序分析变得复杂，可测性不好，不利于设计的可重用，所以当今的ASIC设计中除了CPU这种甚高速电路，一般不提倡使用锁存器；(3)FPGA器件中有大量的D触发器结构而没有锁存器这种现成的结构，使用锁存器会更耗资源，如何避免使用锁存器：(1)时序逻辑电路中，可用带使能端的D触发器实现；(2)在组合进程中赋默认值；(3)对所有输入条件赋输入值，以覆盖所有条件分支(特别是if.else.和case结构)；(4)避免产生组合电路反馈，组合电路反馈会引起精确静态时序分析难以实现等一系列问题。
在有些设计中，不可避免的需要用到锁存器，如在PCI接口设计中要完成PCI规范中对Reset功能的定义。
可以通过多位选择器，有测试模式管脚做选择控制位来使设计是可测试的。
"触发器"泛指一类电路结构,它可以由触发信号(如：时钟,置位,复位等)改变输出状态,并保持这个状态直到下一个或另一个触发信号来到时,触发信号可以用电平或边沿操作.锁存器是触发器的一种应用类型.在CMOS电路中典型的锁存器(LATCH)是由两个反相器和两个数据开关组成,其中输入数据开关在闸门(GATE)电平操作下开启送入数据.当闸门关闭后,另一个数据开关开启,使两个反相器的串联闭合,形成RS触发器类型的正反馈电路,数据保持在这个RS触发器中,以达到锁存的目的,直到下一个闸门周期.由两个这样的锁存器可以级联成主从结构,并执行互补的操作.即前一个送入数据时,后一个保持先前的数据,而前一个锁存数据时,后一个送入这个新数据到输出端.形成一个边沿触发的D触发器,而闸门控制信号成为触发器的时钟.也可以认为D触发器是用时钟边沿锁存数据的,但习惯上不称其为锁存器LATCH.在CMOS芯片内部经常使用锁存器,但是在PCB板级结构上,建议用触发器在时钟边沿上锁存数据.这是因为在锁存器闸门开启期间数据的变化会直接反映到输出端,所以要注意控制闸门信号的脉冲宽度.而对于触发器,只考虑时钟的边沿latch和flip-flop都是时序逻辑，区别为：latch同其所有的输入信号相关，当输入信号变化时latch就变化，没有时钟端；flip-flop受时钟控制，只有在时钟触发时才采样当前的输入，产生输出。
5、触发器
RD = SD = 1
0
１
RD = 1 SD =
D锁存器的定时图 74HC/HCT373: 8D锁存器 4.典型集成电路
5.3 触发器的电路结构和工作原理
E 锁存器：（高）电平响应 锁存器在E为低电平时，不接受输入激励信号，状态保持不变； 当E为高电平时，锁存器接受输入激励信号，状态发生转移。 在E＝1且脉冲宽度较宽时，锁存器输出状态将随着输入信号 的变化出现连续不停的多次翻转。如果要求每来一个E脉冲锁
RDSD Qn 0 1 00 × × 01 0 0 11 0 1 10 1 1
图5-1-3
基本触发器卡诺图
特征方程：
由于S D和R D同时为0又同时恢复为 时，状态Q n1是不确定 1 的，所以输入信号S D和R D应满足S D R D = 1。
３、状态转移图 描述触发器状态变化及其相应输入条件的一种图形。
( 3) 当 R = 0， S = 0时，锁存器状态保持不 变，说明锁存器
具有保持功能。 ( 4) 当 R = 1， S = 1时，则Q = 0，Q = 0。
此时如果两个输入信号同时发生由0到1的变化，则会出现 所谓竞争现象。由于两个或非门的延迟时间无法确定，使得触 发器最终稳定状态也不能确定。约束条件：SR=0
存 器仅翻转一次，则对钟控信号约定电平的宽度有极其苛刻
的要求。为了避免多次翻转，必须采用其他的电路结构。 触发：在时钟脉冲作用下的电路状态刷新。 CP 上升沿触发 CP 下降沿触发
主要的三种电路结构:主从触发器、维持阻塞触发器、 利用传输延迟的触发器。
5.3.1 主从触发器
1.工作原理
主锁存器 D
1.逻辑门控D锁存器
数字逻辑设计-用5种不同方法说明D锁存器与D触发器的功能作用(纯原创)
1)用五种不同的方法描述D锁存器和D触发器的功能；2)锁存器和触发器进入无法预期状态（亚稳态）的原因分析；3)下载D触发器和D锁存器的规格说明PDF，理解动态参数的含义，分析这些定时参数与无法预期状态（亚稳态）的联系；4)对D锁存器和D触发器的功能进行波形仿真分工：1.1此处我们发现了6种方法，分别是功能的文字叙述、功能表、状态转移真值表、特征方程、状态图、时序图，下面进行详细介绍。
方法一：功能的文字叙述●D锁存器：功能分析文字描述：C = 0时，输出状态保持不变；C = 1时，输出随输入状态而改变。
●D触发器：功能分析文字描述：CLK=0时，主锁存器工作，接收输入信号Qm = D；从锁存器不工作，输出Q 保持不变。
CLK=1时，主锁存器不工作，Qm 保持不变；从锁存器工作，将Qm 传送到输方法二：功能表●D锁存器功能表D触发器功能表方法三：状态转移真值表●D锁存器状态转移真值表D触发器状态转移真值表方法四：特征方程●D锁存器特征方程：Q n+1 = D（C=1）●D触发器特征方程：Q n+1 = D方法五：状态图●D锁存器状态图●D锁存器状态图方法六：时序图●D锁存器时序图●D触发器时序图1.2什么是亚稳态：亚稳态是指触发器无法在某个规定时间段内达到一个可确认的状态。
当一个触发器进入亚稳态引时，既无法预测该单元的输出电平，也无法预测何时输出才能稳定在某个正确的电平上。
在这个稳定期间，触发器输出一些中间级电平，或者可能处于振荡状态，并且这种无用的输出电平可以沿信号通道上的各个触发器级联式传播下去。
●锁存器进入亚稳态的原因：⏹对于S-R锁存器：1.当S=R=1，然后同时取消时；2.当S和R端输入信号脉冲宽度过窄时；3.当S和R端输入信号同时取反时；均会出现亚稳态。
⏹对于D触发器：当输入信号脉冲宽度过窄时，会进入亚稳态。
●触发器进入亚稳态的原因：在同步系统中，如果触发器的建立时间（setup time）/保持时间（hold time）不满足要求，就可能产生亚稳态，此时触发器输出端Q在有效时钟沿之后比较长的一段时间处于不确定的状态，在这段时间里Q端毛刺、振荡、固定的某一电压值，而不是等于数据输入端D的值。
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置0
11 1 Q=D
(4) 工作波形
C G1
D
TG1
Q
D
C
C TG2 C
E
G2
C
C
G3
G4
E
QQ Q
2. 逻辑门控D锁存器 逻辑电路图
D锁存器的功能表
R=S
G4
Q4 G2
E
G5
D
S=D
G3
Q3 G1
ED Q Q
Q
功能
0
×
不 变
不变
保持
Q
10 0 1
置0
11 1 0
置1
E=0 Q不变
输入 OE LE Dn LHL
内部锁存器 状态
L
LHH
H
L L L*
L
L L H*
H
H××
×
H××
×
输出 Qn L
H
L H 高阻 高阻
L*和H*表示门控电平LE由高变低之前瞬间Dn的逻辑电平。
5.3.3 D锁存器的动态特性
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。
5.3 D锁存器
5.3.1 D锁存器的电路结构 5.3.2 典型的D 锁存器集成电路 5.3.3 D 锁存器的动态特性
5.3.1 D锁存器的电路结构
1. 传输门控D锁存器 (1) 逻辑电路图
C
D
TG1
G1 Q
C C TG2 C
C
C
G3
G4
E
Q G2
逻辑符号
D 1D
Q
E C1
Q
(2)工作原理
(a) E=1时
D
tSU
tH
tW
E
TpLH
TpHL
Q
有建立时间tSU、保持时间tU 、脉冲宽度tW等。
C
D
TG1
G1 Q
TG1导通， TG2断开
C C TG2 C
Q=D
TG1
G1
D
Q
Q G2
C
C
G3
G4
E
TG2
Q G2
(b) E=0时
TG2导通， TG1断开 Q 不变
D TG1
TG2
G1 Q
Q G2
(3) 逻辑功能
TG1
G1
D
Q
TG2
Q G2
ED
D锁存器的功能表
功能
0 × 不变 不变 保持
10 0 1
E=1 D=0
S =0 R=1
D=1
S =1 R=0
Q=0 Q=1
5.3.2 典型的D锁存器集成电路 74HC/HCT373 八D锁存器
OE
LE
C1
Q0
C1
D0
1D
C1
Q1
C1
D1
1D
…
…
…
C1
Q7
C1
D7
1D
74HC/HCT373的功能表
工作模式
使能和读锁存 器
（传送模式）
锁存和读锁存 器
锁存和禁止输 出