第章锁存器与触发器各详解
数电基础---锁存器，触发器与寄存器
数电基础---锁存器，触发器与寄存器你强任你强，清风过⼭岗你横任你横，明⽉照⼤江少说多做锁存器，触发器与寄存器在数字电路中需要具有记忆功能的逻辑单元。
能够存储1位⼆值信号的基本单元电路统称为触发器。
触发器具有两个基本特点：1，具有两个能⾃⾏保持的稳定状态，⽤来表⽰逻辑状态的0和1，或⼆进制数的0和1。
(能保持)2，在触发信号的操作下，根据不同的输⼊信号可以置成1或0状态。
（能置位）这⾥定义⾥⾯的触发信号很重要，触发器重要的在于触发锁存器锁存器与触发器的区别在于触发信号的有⽆锁存器的置1和置0操作是由输⼊的置1或置0信号直接完成的，不需要触发信号的触发。
SR锁存器⽤两个或⾮门组成的SR锁存器结构SR锁存器也可以⽤两个与⾮门来组成SR锁存器的真值表这⾥拿与⾮门组成的SR锁存器来分析当S D′为0，R D′为1的时候，因为与⾮门的作⽤，Q为1，Q′为0。
（置位）当R D′为0，S D′为1的时候，因为与⾮门的作⽤，Q′为1，Q为0。
（复位）当R D′为1，S D′也为1的时候，因为与⾮门的作⽤，Q与Q′的值将保持不变。
（对于上⾯的与⾮门来说，1与Q′先进⾏与运算为Q′，再进⾏⾮运算得到的输出为Q）（保持）当R D′为0，S D′也为0的时候，因为与⾮门的作⽤，Q为1，Q′也为1。
如果下⼀时刻S D′为0，R D′为1的时候，Q为1，Q′为0，就⼜回到了置位的状态，这种情况下好像没什么事情，只不过中间出现Q与Q′全为1的情况，每个状态我们都是可以确定的。
但如果R D′为0，S D′也为0，下⼀时刻R D′为1，S D′也为1，因为两个门期间的输出延时不同，会造成输出结果的不确定性，⽐如两个器件的输出延时相同，则会导致输出都为0，之后输出都为1，之后反复震荡 ......如果上⾯的与⾮门输出⽐较快，则Q为0，下⾯的门电路再输出为1,如果下⾯的⽐较快也同理，这就会出现，如果输⼊全为0，再全为1，会导致输出结果的不确定性，在使⽤这种锁存器时，要注意不能出现这种情况，应该避免出现这种情况，即要遵守S D R D=0的条件。
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。
锁存器与触发器ppt课件.ppt
5.2 SR锁存器 SR是各种触发器的基本构成部分 一、电路结构与工作原理
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
VI1 1 VO1 Q 1 1
VI1 1 VO1 Q 0 0
1 VI2
G2
Q0 VO2
1 VI2
G2
Q1 VO2
3. 模拟特性分析
O1 = I2 I1 = O2
G1 VI1 1 VO1 Q
O1
e
稳态点
(dQ=1)
1 VI2
G2
Q VO2
c
介稳态
点
a
0
b 稳态点
(Q=I01)
概述
一、能用于记忆1位二进制信号的基本单元电 路统称为触发器
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。
5.2.2 D 锁存器
1. 逻辑门控 D 锁存器
逻辑电路图
R
G4 & Q4
G2
≥1
E
1 G5
D S
≥1 &
Q3 G1 G3
国标逻辑符号
Q
D 1D
Q
E E1
Q
Q
该锁存器有几种工作状态?有非定义状态吗?
1. 逻辑门控 D 锁存器
逻辑功能
D 锁存器的功能表
E
R =D
G4 &
Q4
G2 ≥1
G5 1
≥1 & Q3
锁存器、触发器、寄存器和缓冲器原理
锁存器、触发器、寄存器和缓冲器一、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。
（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DATA_IN，它有一个输出Q，它的功能就是在EN有效的时候把DATA_IN的值传给Q，也就是锁存的过程）。
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。
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（专用集成电路）设计中应该说比ff（触发器）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。
（用CPLD（复杂可编程逻辑器件）和FPGA（现场可编程逻辑阵列）来进行ASIC设计是最为流行的方式之一）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。
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。
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。
《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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门控RS锁存器是在基本锁存器的基础上增加两个与门G3 和G4，由锁存使能信号E控制。
≥1
G4
≥1
G3
E
E = 0 时， G3和G4 被封
锁，Q3和Q4都为 0 ，S、
R端的电平不影响输出，
基本锁存器保持；
E
E = 1 时， G3和G4开放，
输出由S、R决定，完成基
（主锁存器工作，从锁存器保持）
②CP↓时，从锁存器工作，在此刻之前主锁存 器的输出Q’如发生了变化，从锁存器CP有效 时，其输出将产生相应的变化；
（从锁存器向主锁存器看齐）
21
③ CP=0时，主锁存器禁止，S、R不影响Q’,从 锁存器输入信号不变，其输出稳定后不再变化 。 特点
◆触发器的总输出Q只在CP由 1 变 0 时刻可能 发生翻转，称之为下降沿触发。
CP上升沿前接收信号，上升沿时触发器翻转， 上升沿后输入 D不再起作用，触发器状态保持。
40
例：D 触发器工作波形图
上升沿触发翻转
CP D Q
41
2、利用传输延迟的触发器
两个与或非门构成的SR锁存器作为触发器的输出，与非门 构成触发器的输入电路，用来接收输入J、K的值。在集成电路 工艺上保证G3、G4 的传输延迟时间大于SR锁存器的翻转时间。
同时为1
CP Q DQ
16
D触发器状态表 D Qn+1 00 11
传输门控D锁存器，常用型号八D锁存器74373。
17
3、门控锁存器存在的问题——空翻
CEP
S R
Q 有效翻转 空翻
由于在E=1期间，都能接收R、S信号，此时如R、S发生 多次变化，锁存器的状态也可能发生多次翻转，这种现象 叫做空翻。
使锁存器置1（置位） 。 S 为置位端Set 。
1 1
≥1
0
1
≥1
0 0
≥1
1
5
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： 锁Q 存=0 器的存储 S=0，R=0，Q=0： Q 记=1忆功能
0
1
1
0
≥1
≥1
K= 1
(c) 国标符号
46
三、T 触发器
如果把JK触发器的两个输入端J2 和K连在一起， 并把这个连在一起的输入端用T表示，这样就 构成了T触发器。
1.
T
1T
Q
n+1
TQ
0 Qn
CP
C1
Q
1 Qn
47
2. T 3、状态转换图
T=KJ==0×0
Qn1 TQnTQn
TKJ===1×1
0
1
KJT==×0=0
翻为转“为？“”0状”状态态
状态不变
Q
.
1 0
Q.
0 1
Q F从 Q
S CP R
01 0 CP 1
Q F主 Q S 0 CP R1
01
11
J .K
1
CP 0
0
状态不变
主从状 态一致
01 1
(2)J=0,K=1
Q1
.0
Q.
0 1
设触发器原态为“1”态
Q F从 Q
S CP R
0
1
翻转为“0”态
CP
本锁存器的功能。
13
E=1时
S 0 0 1 1
RS =0
(约束条件)
R
Q n+1
0
Qn（保持）
1
0（置0）
0
1（置1）
1
Ø（不定）
Q
Q
1R C 1 1S C EP
功能波形图 CEP
R S Q Q
不 置 不 置 不置 不置 不 不 不 变 1 变 0 变1 变 0 变变变
15
2、门控D锁存器
逻保辑证门SR控不
18
5.4 主从触发器
1、主从RS触发器
≥1
≥1
≥1
≥1
主锁存器
从锁存器
Q
Q
┌
┌
1R C 1 1S
CP
19
Q
Q
┌
┌
1R C 1 1S
CP
主从触发器的逻辑结构为主从结构，分别由两 个互补的时钟控制。
20
工作原理 ①CP=1时，主锁存器工作，S、R影响主锁存
器的输出Q’（信息写入主锁存器），但从 锁存器禁止，状态不变；
TKJ===×11
当T触发器的输入控制端为T=1时，称为T’触发器。
T’触发器的特性方程为： Qn1 Qn
48
四、 RS触发器 1. 状态真值表
S
R
S CP R
(b) 曾用符号
1S C1 1R S CP R
(c) 国标符号
49
RS 触发器功能表
S
R
Qn Qn+1
说明
0
0
00
保持
0
0
11
设触发器原态为“0”态
Q F主 Q S 0 CP R1
1
保为持““？0””态
00
11
J .K 1
CP 0
0
Q
.
Q.
(3) J=1,K=0
Q F从 Q
S CP R
置为为““？1””状状态态
CP
Q F主 Q
S CP R
1
J .K
CP
(4) J=0,K=0
保持原态 保持原态
Q
.
Q.
Q F从 Q
◆有两个互补的输出端，有两个稳定的状态 ◆有复位（Q=0）、置位（Q=1）、保持原状态三种功能 ◆ R为复位输入端，S为置位输入端，可以是低电平有效， 也可以是高电平有效，取决于锁存器的结构 ◆由于反馈线的存在，无论是复位还是置位，有效信号只 需要作用很短的一段时间，即“一触即发”
12
5.3 门控锁存器
42
5.6 触发器逻辑功能及其描述
按照逻辑功能的不同特点，通常将时钟控制的触 发器分为RS触发器、D触发器、JK触发器、T触发器 等几种类型。
逻辑功能描述即描述触发器的次态与原态、输入信 号之间的逻辑关系，描述方法有特性表（真值表）、特 性方程、状态转移图、波形图等。
关于电路结构和逻辑功能 关于触发方式及其表示方法
1、维持-阻塞D触发器
RD D CP SD
逻辑符号
38
D1
பைடு நூலகம்
D
1D
D
1
1D
0
D1
D1 D1
D D1
D1
Q D Q D D Q D D Q D
D Q Q 状态不变
触发器被封锁
D QQ
由与非门构成的 基本RS锁存器
（低有效）
39
工作原理 (1) CP=0时，Qn+1= Qn ，保持； (2) CP↑到时，则 Qn+1= D ，触发翻转； (3) CP=1时，无论D是否变化，Qn+1=Qn ，保持 (4) CP 到时，则 Qn+1= Qn，保持
43
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 D= 0 系及转换条件的图形称为 状态图
CP D
(b) 曾用符号
D= 1
0
1
D= 1
D= 0
44
二、 JK触发器
1. JK触发器真值表
J
K
Qn
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
8
4、波形图
反映触发器输入信号取值和状态之间对应关系的图形称为 波形图
S
R Q
Q
不 置1 允 置1 置0
许
置1
保不 持允
许
不 确 定
9
5、与非门组成的基本RS锁存器
Q G1 &
R
Q
&
G2
S
Q
Q
RS
RS
10
这种触发器的触发信号是低电平有效，因此在逻 辑符号的输入端处有小圆圈。
11
基本锁存器的特点总结
在输入信号取消后，能将获得的新状态保存下来。
3
5.2 基本RS锁存器
1、逻辑符号 R、S为触发脉冲输入端，
R为复位（Reset）端，S为置位（Set）端 Q、Q 为两个互补的输出端 2、电路结构：由两个“或非”门构成的R-S锁存器电路 图
由门电路组成的，它 与组合逻辑电路的根本区 别在于，电路中有反馈线，
1
1
Qn+1
0 1 0 0 1 1 1 0
说明
保持 （Qn+1=Qn）
置0 （Qn+1=0）
置1 （Qn+1=1）
翻转 （Qn+1= Q n ）
2.特征方程
JK触发器的特征方程为 Qn1 JQnKQn
3、状态转换图
J=1 K =×
J= 0 K =×
0
1
J=× K =0
1J C1 1K
J=×
J CP K
36
主从触发器的一次翻转现象
触发器的状态与 真值表不对应
0
主从触发器： CP=1, 若J、K多