3.2 锁存器、寄存器和移位寄存器
锁存器、触发器、寄存器和缓冲器的区别
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。
-寄存器与移位寄存器
X 0 0 0 1 1 1
X 0 1 1 0 0 1
X X
↑ ↑ ↑ ↑ ↑
X X X X X X X 1 X X 0 X 1 X X 0 X X X X d0
X X X X X X d1
X X X X X X d2
X X X X X X d3
0 Qn 0 1 0 n Q1 n Q1 d0
0 n Q1 Qn 0 Qn 0 n Q2 Qn 2 d1
n 1 Q4 MA M Q3 CP
Q3n 1
n 1 Q2
Q
n 1 1
M Q M Q CP M Q M Q CP M Q M B CP
4 2 3 1 2
n 1 Q4 ＝A
n 1 Q4 ＝Q3
Q3n 1＝Q4
0 1 1 1 1 1 1 0 1
0 ②并行－串行转换器 J K D D D D J K D D DD 实现并行数据输入，串行 SH / LD74195(2) SH / LD 74195(1) 数据输出。 CR Q Q Q Q Q CR Q Q Q Q Q 并行输入数据由7位并入数 CP 将并入变为串出 据DI0~DI6和标志位0组成8 CR & & 位并入数据。 片Ⅰ：J、/K=1,Q0接收1。 CP Q10 Q11 Q12 Q13 Q20 Q21 Q22 Q23 S/L
J、 K : 串行输入数据端
D
R D R D R D
Q0
Q1
Q2
D0 D1
&
SH/LD : 移位/置位控制端 CR : 异步清0端 寄存器在CP↑执行并 当SH/LD 0时，入功能，将输入数据 1 D0 CP 同时送入寄存器。 Qn 0 ＝ n 1 D1 CP Q1 ＝
寄存器和移位寄存器PPT实用课件
3 集成双向移位寄存器74194
清零 Cr 0 1 1 1
1 1
方式 控制
S1 S0 ×× ×× 11
10
01
00
输入
时钟
串行 输入
CP DL DR × ××
0 ××
↑ ××
↑
0× 1×
↑
×0 ×1
↑ ××
并行输入
ABCD ××××
××××
ABCD ×××× ×××× ×××× ×××× ××××
Qn+1=D
2 单向移位寄存器
寄存器中存放的各种数据，有时需要依次移位（低位向相邻高 位移动或高位向相邻低位移动），以满足数据处理的需求。
D触发器构成的 右移寄存器
2 单向移位寄存器
• 设寄存器的原始状态为Q3Q2Q1Q0=0000，串行数据D0为1101 • 数据从高位至低位依次移至寄存器
• 4个CP之后，4位串行数据 输入转换成Q3Q2Q1Q0的并 行数据输出
输出
QAn+1 QBn+1 QCn+1 QDn+1 0 00 0
QAn QBn QCn QDn
AB CD
QQBBnn QQCCnn QQDDnn
0
1
0 QAn QBn QCn 1 QAn QBn QCn
QAn QBn QCn置数
左移 右移 动态保持
课后思考
1
1
01
利如用何集设成计双流向水移灯位控寄制存电器路74？194 一1Q1设设4寄AD1CA四行Q1D1A触集1寄01寄设寄DDAQQ利AAQSQA寄A集S41D四行触寄设Q设Q1A集 1DS每Q1QQ寄S集Q1111个个r、、、、、、触 触 触 触 触 触AAAABAAABAAAAA为、、、、般寄寄存位输发成存存寄存用存成位输发存寄寄成个存成nn、 、nnnnnnnnCCBBBBBB发发发发发发+++++异QQQQQSSSS所 存 存 器 数 入 器 双 器 器 存 器 集 器 双 数 入 器 器 存 存 移触 器 双PP、、、、、、QQ11111BBBBQQ0000AAAAA之之器器器器器器0步BB说器器要码并是向中中器要成要向码并是中器器位 发中向CCCCCCCCnnnnn为 为为为QQQQQ00QQQQQ、、11111后后构构构构构构nn、、、、、、清BBBBB的的的存寄行具移除存的存双存移寄行具存的的寄 器除移BBBBB工工 工 工nnnnnQQ，，nnnnn成成成成成成DDDDDDQQ零+++++“原原放存输备位触放原放向放位存输备放原原存 可触位CCCCCC作 作作作011111为为为为为为DD44的的的的的的、、QQQQQ端寄始始数器出记寄发的始数移数寄器出记的始始器 以发寄位位nn方 方方方11BBBBBQQQQQ并并并并并并右右右右右右QQQQQQQ00000，nnnnn存状状码将的忆存器各状码位码存将的忆各状状7器存串串CCCCC式 式式式DDDDDDCCCCC行行行行行行4移移移移移移nnnnnCnnnnn器态态，欲寄功器外种态，寄，器欲寄功种态态储外器101行行0控 控控控+++++为为P数数数数数数9寄寄寄寄寄寄11111为”为为必寄存能，数为必存必寄存能数为为，77174数制 制制制并并QQQQQ据据据据据据44位4具存存存存存存QQQQQ11111QQQQQ脉CCCCC是须存器的还据须器须存器的据还QQQQQ111据端 端端端行行DDDDDnnnnnDDDDD输输输输输输的999有器器器器器器33333冲nnnnn指有的。基有，有有的。基，有7444输输nnnnnQQQQQ输输+++++入入入入入入4二清22222控11111用以数本一有以以数本有一入入出出QQQQQ端端端端端端进9零制无下码单些时下下码单时些111114转转端端制QQQQQ、端空三预元控需三三预元需控换换00000数静=====翻个先。制要个个先。要制成成00000码态00000现方分作依方方分依作QQ00000。保3300000象面别用次面面别次用QQ，，，，，持22的的加的移的的加移的串串串串串QQ、边功在门位功功在位门11行行行行行并QQ沿能各电（能能各（电数 数 数 数 数00行的的型：触路低：：触低路据据据据据置并并触发相位发位相DDDDD数行行00000发器配向器向配为为为为为、数数器的合相的相合11111左据据11111构输。邻输邻。00000移输输11111成入高入高、出出的端位端位右寄，移，移移存在动在动和器存或存或动。数高数高态指位指位保令向令向持（相（相功邻邻CCPP能低低脉脉，位位冲冲是移移上上功动动升升能））沿沿较，，））为以 以的的齐满满作作全足足用用的数数下下双据据，，向处处待待移理理存存位的的数数寄需需码码存求求存存器。。入入。相相应应的的触触发发器器中中，，同同时时从从各各触触发发器器的的端端输输出出，，所所以以称称为为并并
寄存器和移位寄存器
基于EWB的电路设计和仿真――寄存器与移位寄存器部分前言在现今电子设计领域中，EDA设计和仿真是一个非常重要的环节。
在众多的EDA设计和仿真软件中，EWB软件以其强大的仿真设计应用功能，在各高校电信类专业电子电路的仿真和设计中得到了较为广泛的应用。
EWB软件及其相关的应用对提高学生的仿真设计能力，更新设计理念有较大的好处及帮助。
EWB（电子工作平台）软件，最突出的特点是用户界面友好，各类器件和集成芯片丰富，尤其是其直观的虚拟仪表是EWB软件的一大特色。
它采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。
EWB软件所包含的虚拟仪表有：示波器，万用表，函数发生器，波特图图示仪，失真度分析仪，频谱分析仪，逻辑分析仪，网络分析仪等。
这些仪器的使用使仿真分析的操作更符合平时实验的习惯。
本次毕业设计主要是利用EWB软件来仿真和设计寄存器和移位寄存器电路，并通过硬件实验调试来验证理论和仿真结果。
1 EWB软件的简介1.1 EWB软件的概述随着电子技术和计算机技术的发展，电子产品已与计算机紧密相连，电子产品的智能化日益完善，电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。
电子设计自动化（EDA）技术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。
EDA是在计算机辅助设计（CAD）技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。
与早期的CAD软件相比，EDA软件的自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快，而且操作界面友善，有良好的数据开放性和互换性。
电子工作平台Electronics Workbench (EWB)(现称为MultiSim) 软件是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件，它具有这样一些特点：（1）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。
配合学习'液晶屏逻辑驱动电路原理、电路分析及故障检修'的预备知识： 郝铭博客–平板电视维修技术学习
配合学习＇液晶屏逻辑驱动电路原理、电路分析及故障检修＇的预备知识：郝铭博客–平板电视维修技术学习学习液晶屏逻辑驱动电路原理的必备的预备知识：一、触发器：触发器是逻辑电路的基础，种类很多，用处也不同。
常见的触发器有：RS触发器、同步RS触发器、D触发器、单稳态触发器和施密特触发器等。
为了理解我们此文介绍的液晶屏逻辑电路原理，这里重点以框图的形式简单的介绍“D 触发器”。
D触发器：D触发器又称为延迟触发器，其输出状态的改变依赖于时钟脉冲的触发，即在时钟脉冲边沿的触发下，数据由输入端传递到输出端。
D触发器也是最常用的触发器之一。
图6.1图6.1所示；是一个 D 触发器简单的框图；它有两个输入端（左边和上面）和一个输出端（右边）；左边的输入端是数据输入端；上面的输入端是触发脉冲输入端（控制端）；右边是输出端。
D触发器的简单工作过程：图6.2及图6.3所示；图6.2图6.3在D触发器的“数据输入端”给一个数据信号STV，此时；当上面的“触发脉冲输入端”没有信号输入时；数据信号STV 就停留在“数据输入端”，图6.2所示。
如果此时，在上面的“触发脉冲输入端”输入一个脉冲信号CKV，则在脉冲信号CKV的前上升沿的触发下；数据信号STV由输入端迅速传递到输出端，图6.3所示。
电路的特点：（1）D触发器在“数据输入端”有数据信号STV输入；“触发脉冲输入端”无触发脉冲的状态下：D触发器没有传递信号的动作（D触发器没有“搬运”动作）“数据输出端”没有信号输出，此时输出端为零电平。
（2）D触发器在“数据输入端”无数据信号STV输入；“触发脉冲输入端”有触发脉冲触发的状态下：D触发器有传递信号的动作（D触发器工作；有“搬运”动作）但是“数据输出端”没有信号输出（因为输入端没有信号可以传递），此时输出端为零电平。
（3）D触发器在“数据输入端”有数据信号输入；“触发脉冲输入端”有触发脉冲触发的状态下：D触发器有传递信号的动作（D触发器工作；有“搬运”动作）“数据输出端”有信号输出（因为输入端有信号可以传递），此时原输入端的数据信号被传递到输出端。
锁存器与寄存器
锁存器的作用在LED和数码管显示方面，要维持一个数据的显示，往往要持续的快速的刷新。
尤其是在四段八位数码管等这些要选通的显示设备上。
在人类能够接受的刷新频率之内，大概每三十毫秒就要刷新一次。
这就大大占用了处理器的处理时间，消耗了处理器的处理能力，还浪费了处理器的功耗。
锁存器的使用可以大大的缓解处理器在这方面的压力。
当处理器把数据传输到锁存器并将其锁存后，锁存器的输出引脚便会一直保持数据状态直到下一次锁存新的数据为止。
这样在数码管的显示内容不变之前，处理器的处理时间和IO引脚便可以释放。
可以看出，处理器处理的时间仅限于显示内容发生变化的时候，这在整个显示时间上只是非常少的一个部分。
而处理器在处理完后可以有更多的时间来执行其他的任务。
这就是锁存器在LED和数码管显示方面的作用:节省了宝贵的MCU时间。
锁存器和缓冲器的作用和区别锁存器就是把当前的状态锁存起来，使CPU送出的数据在接口电路的输出端保持一段时间锁存后状态不再发生变化，直到解除锁定。
还有些芯片具有锁存器，比如芯片74LS244就具有锁存的功能，它可以通过把一个引脚置高后，输出就会保持现有的状态，直到把该引脚清0后才能继续变化。
缓冲寄存器又称缓冲器，它分输入缓冲器和输出缓冲器两种。
前者的作用是将外设送来的数据暂时存放，以便处理器将它取走；后者的作用是用来暂时存放处理器送往外设的数据。
有了数控缓冲器，就可以使高速工作的CPU与慢速工作的外设起协调和缓冲作用，实现数据传送的同步。
由于缓冲器接在数据总线上，故必须具有三态输出功能。
电信设备，在数据传输中，用于弥补不同数据处理速率速度差距的存储装置叫做缓冲器。
把数据存放到缓冲器中的技术叫缓冲。
一般来说，当收、发数据双方的工作速度匹配时，这里的缓冲器可以用不带锁存结构的电路来实现。
而当收、发数据双方的工作速度不匹配，就要用带锁存结构的电路来实现了，（否则，会出现数据丢失）你可以参阅一下《脉冲与数字电路》2.三态门和锁存器有什么区别三态门具有…1‟，…0‟，…Z‟三态，用于器件间信号隔离，当需要隔离的时候就置本器件为…Z‟态，那么其他器件的信号就不会对本器件内数据构成影响，例如一条数据总线上连接有两片RAM 芯片（甲和乙），甲在输出的时候，乙一定要置输出为…Z‟态，否则数据总线上的数据将是甲和乙输出做“OR”运算的结果。
3.2锁存器、寄存器和移位寄存器
1Q
2Q
3Q
4Q
74LS374 寄存器
输出控制
DQ DQ DQ DQ
时钟
CP
1D
2D
3D
4D
功能表
输出控制 CP D
0
↑1
0
↑0
0
0×
1
××
输出 1 0 Qn
高阻
3.2.3 移位寄存器
Q1
Q2
Q3
Q4
右移 寄存器
X
D
D
D
D
S
1
2
3
4
CP
其连接关系满足： Di＝Qin-1
Q1
Q2
Q3
输入∕输出
输出
功能
输出
模 式清
除
选择
S1 S0
控制 G1 G2
时 串入 钟
cp SL SR
A/ QA
B/ C/ D/ E/ QB QC QD QE
F/ QF
G/ QG
H/ QH
QA
QH
清 0 × 0 0 0 ××× 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 除 0 0 × 0 0 ××× 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
A/QA B/QB C/QC
D7 D6 D5
D/QD
D4
E/QE
D3
F/QF
D2
G/QG
D1
H/QH
D0
2
QA QB QC QD QE QF QG QH
QH
EN1 C2
G C
内容小结
锁存器、寄存器 移位寄存器 8位通用移位寄存器（74LS299）
1
1
寄存器和移位寄存器
状态转换表如下
：
工作方式：串行输入、并行输出
串行输入、串行输出
电路功能： 电路功能：串并转换
双向移位寄存器
电路原理 电路功能 通道扩展 灵活应用
双向移位寄存器74194电路图 电路图： 电路图 说明：
①电路组成
②DIL: 左移 输入 DIR:右移输入 ③S1S0:功能选择 ④Cr:清零（复位） ⑤CP:时钟， ⑥D0D1D2D3:并行输入 ； Q0Q1Q2Q3:并行输出； ⑦Q0:左移位输出； Q3:右移位输出。
工作原理：RS触发器相当于D触发器，时钟信号到来，触发器的状态Q取决于D(S)。
输入数据在时钟信号CP的作用下，逐位输入。并且每来一个时钟信号， Q0Q1Q2Q3的状态就向前传递一次（右移）。 经过4个时钟信号作 用后，4位数据被全部移入到寄存器中， 从Q3Q2Q1Q0可得到4位并行输出的数据。 再经过4个时钟作用，存储在Q3Q2Q1Q0 中的数据又逐位从输出端全部 移出。 从Q3可得到4位串行输出的数据。
输入被锁存，寄存器的输出就是输入数据
工作方式：并行输入、并行输出 常用的寄存器：74LS273 ( 8D触发器组成，有清零端)、
74LS397(四位)、 74LS378(六位)、 74LS377(八位)等。
移位寄存器
电路组成：移位寄存器可由RS触发器、D触发器或JK触发器组成。
RS触发器组成的移位寄存器如下图所示：
工 程 系： 程 涛
寄存器和移位寄存器
寄存器： 寄存器： 寄存器用于存储一组二进制数。
移位寄存器： 移位寄存器： 移位寄存器除了具有寄存器的功能外，还有移位功能。
双向移位寄存器： 双向移位寄存器： 存储的代码在时钟信号的作用下既可左移又可右
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M
0 3
QA A/QA B/QB C/QC D/QD E/QE F/QF G/QG H/QH
QH
74LS373 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 EN1 G 2 QA QB QC QD QE QF QG QH
C2 C
CP D Q
Lock∕OE
内容小结
锁存器、寄存器 移位寄存器 8位通用移位寄存器（74LS299）
Q2
D 3
Q3 D 4
Q4
S
其连接关系满足： Di＝Qi-1
Q1 左移 寄存器 S 1 Q2 Q3 Q4
n
D
2
D
3
D 4
D
X
CP
其连接关系满足：
Di＝Qi+1
n
S0 S1 右移串入SR
S0 S0 S1 S1
左移入
右移入
左移串入SL
右移出
时钟CP QA Q D
左移出
Q
D Q
H
清除 G1 G2 输出控制
QA0 QH0 QA0 QH0 1 0 QBn QBn a QGn QGn 1 0 h
T3.8 现有一片74LS299的8位通用移位寄存器，一片8位74LS373 锁存器，另有一个D触发器和一个与非门，请设计实现8位 数据的串行→并行转换器。
X SR G1 G2 S0 S1 SL CR R C & 74LS299
清 除
A/ QA
B/ QB
C/ QC
D/ QD
E/ QE
F/ QF
G/ QG
H/ QH
QA
QH
清 除
保 持 右 移 左 移 置 数
0 0 1 1 1 1 1 1 1
× 0 0 × 0 0 1 1 1
QB0 QC0 QD0 QE0 QF0 QG0 QH0 QB0 QC0 QD0 QE0 QF0 QG0 QH0 QAn QBn QCn QDn QFn QFn QAn QBn QCn QDn QFn QFn QCn QDn QFn QFn QGn QHn QCn QDn QFn QFn QGn QHn b c d e f g QGn QGn 1 0 h
3.2 锁存器、寄存器和移位寄存器
3.2.1 锁存器
锁存器：传送和存储多位数据的逻辑构件
1Q
2Q
3Q
4Q
锁存器构成：钟控 D 触发器 输出控制
74LS373
锁存器
锁存使能：电位控制 Q Q D D
使能 G
D
Q
D
Q
输出形式：三态门控制输出
2D 4D 1D 3D 使用场合：数据滞后于控制信号时
功 能 表
输出控制
G D
输 出Βιβλιοθήκη 00 0 11
1
1
0
1
0 Qn
高阻
0 × × ×
3.2.2 寄存器
1Q
2Q
3Q
4Q
输出控制
74LS374 寄存器 D
时钟 CP
Q
D
Q
D
Q
D
Q
1D
功
2D
能 表
3D
4D
输出控制 0
CP D ↑ 1
输 出 1
0
0 1
↑
0
0
Qn 高阻
0 × × ×
3.2.3 移位寄存器
Q1
右移 寄存器 X D 1 CP D 2
A/QA
······
H/QH
74LS299八位通用移位寄存器
74LS299 逻辑功能表
输 模 式 功能 选择 S1 S0 0 × 0 × 1 1 0 0 1 输出 控制 G1 0 0 0 0 0 0 0 0 × G2 0 0 0 0 0 0 0 0 × 入 时 钟 cp × × × 0 ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 串入 SL × × × × × × 1 0 × SR × × × × 1 0 × × × 0 0 QA0 QA0 1 0 QBn QBn a 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 输入∕输出 输出