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标签 > 锁存器

锁存器

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锁存器(Latch)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。锁存,就是把信号暂存以维持某种电平状态。

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锁存器简介

  锁存器(Latch)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。锁存,就是把信号暂存以维持某种电平状态。锁存器的最主要作用是缓存,其次完成高速的控制器与慢速的外设的不同步问题,再其次是解决驱动的问题,最后是解决一个 I/O 口既能输出也能输入的问题。锁存器是利用电平控制数据的输入,它包括不带使能控制的锁存器和带使能控制的锁存器。

锁存器百科

  锁存器(Latch)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。锁存,就是把信号暂存以维持某种电平状态。锁存器的最主要作用是缓存,其次完成高速的控制器与慢速的外设的不同步问题,再其次是解决驱动的问题,最后是解决一个 I/O 口既能输出也能输入的问题。锁存器是利用电平控制数据的输入,它包括不带使能控制的锁存器和带使能控制的锁存器。

  原理

  CMOS反相器的功能是可以使输出获得跟输入相反的逻辑值,那如果把两个反相器的输入跟输出连接在一起会出现什么情况呢?我们来看下图,假设某个时刻反相器A的输入是1,那么其输出会是0;因为A的输出连接到B的输入端,即反相器B的输入为0,那么其输出会变为1;又因为B的输出连接到A的输入端,即B输出的1反馈回A的输入,对刚才假设的“A的输入为1”进行了确认和加强。此时A的输入确实为1,按A和B的输入输出连接关系,又走了一遍刚才的路程,如此循环,结果是反相器A的输出稳定为0,反相器B的输出稳定为1。这个结构的电路有两个稳定的状态,一般称之为双稳态电路。可见类似的双稳态电路可以稳定地保持其节点中的值(数据),具有记忆功能,这就是锁存器工作的原理。

  从上面介绍可看出,首尾相接的两个反相器构成了互相反馈耦合的形态,这就是锁存器的基本电路结构。但是这里是基于一个假设,假设反相器A的输入为1,那么它的输出为0,两个反相器连在一起通过互相反馈加强,则能保持0和1两个值。如果没有这个假设,它能保存的值将是不确定的。这类似于“鸡生蛋还是蛋生鸡”的谜局,要将此电路当锁存器使用,就必须打破这个“是输入先有0,还是输出先反馈回1”的僵局。于是给它加了两个输入端,由于反相器只有1个输入,因此改用或非门来代替。电路结构如下图,根据或非门“只要有一个输入为1,其输出就为0”的特性,当R为1时,虽然有反馈存在,也可以强制输出Q=0;当S为1时,则强制输出Q=1。这就是R-S锁存器,R意为Reset,清零的意思;S意为Set,置1的意思。

  R-S锁存器的结构是最基本的锁存结构,实际应用中一般会进行各种改造和扩展,至少会加一个输入端作为控制信号,该信号有效时,锁存器能持续地输入、输出数据。其控制信号一般为高电平,因此锁存器是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路,可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态。锁存器的最主要作用是缓存,除了特殊用途如异步电路或很简单的逻辑,其他场合已经很少直接应用锁存器,因为其结构简单而且对电平敏感,不适合在主流的对时钟敏感的集成电路中应用。一般都是使用以锁存器为基础的触发器或寄存器。

  锁存器的最主要作用

  1:缓存、

  2:完成高速的控制其与慢速的外设的不同步问题、

  3:是解决驱动的问题(提供的电流比51IO口输出电流大)

  4:拓展I/O口(可以很猥琐的用锁存器幂叠加方法,即锁存器的Q再接锁存器~ 实现IO口的无限拓展···)

  锁存器应用实例

  I/O口复用:当单片机连接片外存储器时,要接上锁存器,这是为了实现地址的复用。假设,MCU 端口其中的 8 路的 I/O 管脚既要用于地址信号又要用于数据信号,这时就可以用锁存器先将地址锁存起来。(具体操作:先送地址信息,由ALE使能锁存器将地址信息锁存在外设的地址端,然后送数据信息和读写使能信号,在指定的地址进行读写操作)

  如果单片机的总线接口只作一种用途,不需要接锁存器;如果单片机的总线接口要作两种用途,就要用到锁存器。例如:一个I/O口要控制两个 LED,对第一个 LED 送数据时,“打开”第一个锁存器而“锁住”第二个锁存器,使第二个 LED 上的数据不变。对第二个 LED 送数据时,“打开”第二个锁存器而“锁住”第一个锁存器,使第一个 LED 上的数据不变。如果单片机的一个口要做三种用途,则可用三个锁存器,操作过程相似。就这一种用法而言,可以把锁存器视为单片机的 I/O 口的扩展器。

  74HC573引脚分布图

  

  

  由上边这个真值表可以看出:OE为高时,输出始终为高阻态,此时芯片处于不可控制状态,所以在一般应用中,我们必须将OE接低电平。

  LE则是输出端状态改变使能端,当LE为低电平,输出端Q始终保持上一次存储的信号(从D端输入),当LE为高电平时,Q紧随D的状态变化,并将D的状态锁存。

  也就是说当锁存使能端LE为高时,这些器件的锁存对于数据是透明的(也就是说输出同步)。当锁存使能变低时,符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。

  另外:对锁存器的输入是和标准 CMOS 输出兼容的;若再加上上拉电阻,他们能和 LS/ALSTTL 输出兼容。

  锁存器的电路连接及使用详解:

  (结合上面的锁存器引脚说明)

  0:vcc gnd 供电不用多说吧?

  1:OE接地

  2:D0-D7接我们的信号发射端 (一般为单片机用来传输数据的I/O口)

  3:Q0-Q7接我们要接受信息的终端(数码管,液晶,or anyother device)

  4:LE接一个I/O口(此I/O脚可视为锁存器 锁存功能 的开关,高电平为更新Q端信号(要更新的信号从D输入)低电平则不更新)

  锁存器,触发器,寄存器和缓冲器的区别

  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。

  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。

  锁存器(latch):我听过的最多的就是它是电平触发的,呵呵。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,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)。

  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设计中应该说比ff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。

  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。

  触发器(flip-flops)电路相互关联,从而为使用内存芯片和微处理器的数字集成电路(IC)形成逻辑门。它们可用来存储一比特的数据。该数据可表示音序器的状态、计数器的价值、在计算机内存的ASCII字符或任何其他的信息。

  有几种不同类型的触发器(flip-flops)电路具有指示器,如T(切换)、S-R(设置/重置)J-K(也可能称为Jack Kilby)和D(延迟)。典型的触发器包括零个、一个或两个输入信号,以及时钟信号和输出信号。一些触发器还包括一个重置当前输出的明确输入信号。第一个电子触发器是在1919年由W.H.Eccles和F.W.Jordan发明的。

  触发器(flip-flop)---对脉冲边沿敏感,其状态只在时钟脉冲的上升沿或下降沿的瞬间改变。

  T触发器(Toggle Flip-Flop,or Trigger Flip-Flop)设有一个输入和输出,当时钟频率由0转为1时,如果T和Q不相同时,其输出值会是1。输入端T为1的时候,输出端的状态Q发生反转;输入端T为0的时候,输出端的状态Q保持不变。把JK触发器的J和K输入点连接在一起,即构成一个T触发器。

  应用场合:时钟有效迟后于数据有效。这意味着数据信号先建立,时钟信号后建立。在CP上升沿时刻打入到寄存器。

  三、寄存器

  寄存器(register):用来存放数据的一些小型存储区域,用来暂时存放参与运算的数据和运算结果,它被广泛的用于各类数字系统和计算机中。其实寄存器就是一种常用的时序逻辑电路,但这种时序逻辑电路只包含存储电路。寄存器的存储电路是由锁存器或触发器构成的,因为一个锁存器或触发器能存储1位二进制数,所以由N个锁存器或触发器可以构成N位寄存器。 工程中的寄存器一般按计算机中字节的位数设计,所以一般有8位寄存器、16位寄存器等。

  对寄存器中的触发器只要求它们具有置1、置0的功能即可,因而无论是用同步RS结构触发器,还是用主从结构或边沿触发结构的触发器,都可以组成寄存器。一般由D触发器组成,有公共输入/输出使能控制端和时钟,一般把使能控制端作为寄存器电路的选择信号,把时钟控制端作为数据输入控制信号。

  寄存器的应用

  1. 可以完成数据的并串、串并转换;

  2.可以用做显示数据锁存器:许多设备需要显示计数器的记数值,以8421BCD码记数,以七段显示器显示,如果记数速度较高,人眼则无法辨认迅速变化的显示字符。在计数器和译码器之间加入一个锁存器,控制数据的显示时间是常用的方法。

  3.用作缓冲器;

  4. 组成计数器:移位寄存器可以组成移位型计数器,如环形或扭环形计数器。

  四、移位寄存器

  移位寄存器:具有移位功能的寄存器称为移位寄存器。

  寄存器只有寄存数据或代码的功能。有时为了处理数据,需要将寄存器中的各位数据在移位控制信号作用下,依次向高位或向低位移动1位。移位寄存器按数码移动方向分类有左移,右移,可控制双向(可逆)移位寄存器;按数据输入端、输出方式分类有串行和并行之分。除了D边沿触发器构成移位寄存器外,还可以用诸如JK等触发器构成移位寄存器。

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