数字电子技术 - 锁存器

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锁存器是一种异步时序电路，其输出随着所加输入的变化而立即变化。锁存器用于在数字系统中存储1位信息，因此它被认为是最基本的存储单元。

在本章中，我们将详细解释**数字电子技术中的锁存器**及其类型和应用。

什么是锁存器？

在数字电子技术中，**锁存器**是一种异步时序电路，可以存储1位信息。它用作数字电路中的基本存储单元。

锁存器可以具有两种稳定状态，即**置位**和**复位**。置位状态用逻辑1表示，复位状态用逻辑0表示。由于这两种稳定状态，锁存器也被称为**双稳态多谐振荡器**。锁存器的状态根据所加输入进行切换。

关于锁存器需要注意的最重要一点是，它们没有用于同步的时钟信号。这就是为什么它们被称为异步时序电路。

逻辑门是锁存器的基本构建块。由于没有使用同步和时钟信号，因此锁存器在施加输入信号时会立即工作。

锁存器的特点

下面解释了锁存器的一些关键特性：

• 锁存器可以存储1位数字信息，可以使用逻辑0或逻辑1表示。因此，锁存器主要用作数字电路中的存储单元。
• 锁存器具有反馈机制，允许它们保持当前状态，直到应用下一个输入。
• 锁存器的操作完全由施加的输入控制，这意味着锁存器的输出根据输入信号的变化而更新。

锁存器的类型

以下是数字电路和系统中使用的主要类型的锁存器：

• SR锁存器
• JK锁存器
• D锁存器
• T锁存器

现在让我们详细讨论每种类型的锁存器。

SR锁存器

SR锁存器是一种具有两个输入线的锁存器，分别指定为S和R。其中，S表示置位输入，R表示复位输入。因此，它也称为**置位-复位锁存器**。

SR锁存器具有两种稳定状态，即置位状态(S)和复位状态(R)。SR锁存器的框图如下所示。

在SR锁存器的情况下，S输入将输出Q设置为1，Q'设置为0。另一方面，R输入将输出Q设置为0，Q'设置为1。如果S和R输入都为高电平，则锁存器处于禁止状态。

下表描述了SR锁存器针对不同输入组合的完整操作：

SR锁存器可以通过以交叉耦合方式连接两个或非门来实现，如下面的图所示。

JK锁存器

JK锁存器是另一种类型的锁存器，它有两个输入，即J和K。这里，输入J类似于SR锁存器中的S输入，输入K类似于SR锁存器中的R输入。

JK锁存器的操作类似于SR锁存器，但它没有禁止状态。相反，它具有一个切换状态，当J和K输入都为1时，输出Q和Q'交换其状态。

因此，JK锁存器主要设计用于克服SR锁存器中禁止状态的问题。

JK锁存器的框图如下所示：

下表描述了JK锁存器针对不同输入组合的操作：

从此表可以看出，通过实现切换状态解决了禁止状态的问题。

JK锁存器的逻辑电路由两个或非门和两个与门的组合组成，如下面的图所示。

D锁存器

D锁存器，也称为数据锁存器或透明锁存器，是一种双稳态多谐振荡器，它有两个输入信号，即D（数据）输入和E（使能）输入。

只要E输入为高电平，D锁存器的输出Q与施加到D输入线的输入相同。当E输入变低时，D锁存器的输出保持不变，直到新的输入被应用到D输入。

D锁存器的框图如下所示。

下表解释了D锁存器的操作：

D锁存器的逻辑电路图如下所示：

T锁存器

T锁存器是一种锁存器，当向其输入线施加逻辑1时，它会切换其输出状态(Q)。因此，它也称为**触发锁存器**。

T锁存器是通过将JK锁存器的J和K输入连接在一起实现的，如下面的框图所示。

下表显示了描述T锁存器操作的真值表：

T锁存器的逻辑电路图如下所示：

锁存器的应用

锁存器在数字电子领域有多种应用。它们是最基本的存储组件，用于在数字系统中存储一位信息。

以下是锁存器的一些常见应用：

• 锁存器用作数字系统中的一位存储单元。
• 锁存器用于设计数字寄存器，这些寄存器用于在微处理器和微控制器中存储和处理数据。
• 锁存器用于设计触发器，触发器基本上是同步锁存器。
• 锁存器也用于通信系统中，用于临时数据存储或缓冲。

结论

本章解释了数字系统中使用的不同类型的锁存器，以及一些锁存器应用示例。

总之，锁存器是由逻辑门构成的一位存储器件。它是一种异步时序逻辑电路，没有用于同步的时钟信号。

在数字系统中，锁存器用于执行一些关键功能，例如临时数据存储、数据流控制等。