鎖存器,鎖存器是什么意思
鎖存器,鎖存器是什么意思
鎖存器定義
一位鐘控D觸發(fā)器只能傳送或存儲一位二進(jìn)制數(shù)據(jù),而在實(shí)際工作中往往是一次傳送或存儲多位數(shù)據(jù)。為此,可以把若干個鐘控D觸發(fā)器的控制端CP連接起來,用一個公共的控制信號來控制,而各個數(shù)據(jù)端仍然是各自獨(dú)立地接收數(shù)據(jù)。用這種形式構(gòu)成的一次能傳送或存儲多位數(shù)據(jù)的電路稱為鎖存器。輸出端的狀態(tài)不會隨輸入端的狀態(tài)變化而變化,只有在有鎖存信號時輸入的狀態(tài)被保存到輸出,直到下一個鎖存信號。通常只有0和1兩個值。典型的邏輯電路是D觸發(fā)器,其字長(位數(shù))有4位、8位等。
典型鎖存器電路
鐘控 RS 觸發(fā)器的 S 輸入端,通過非門連接到 R 輸入端,組成單輸入觸發(fā)器,通常把這個電路叫做 D 鎖存器。如下圖示。
當(dāng)CP = 1 時,輸出端的狀態(tài)隨輸入端的狀態(tài)而改變。Q n+1 = D , 存入新的數(shù)據(jù);當(dāng)CP = 0 時,無論 D 如何變化,輸出端的狀態(tài)保持不變。Q n+1 = Q n,存入的數(shù)據(jù)不變。為了觸發(fā)器可靠的工作,要求 D 輸入信號先于CP = 1 的信號,稱為建立時間 t set。
鎖存器的用途
鎖存器廣泛用于計算機(jī)與數(shù)字系統(tǒng)的輸入緩沖電路,其作用是將輸入信號暫時寄存,等待處理,這一方面因?yàn)橛嬎銠C(jī)或數(shù)字系統(tǒng)的操作都是有序進(jìn)行的,通常不可能信號一到即刻處理,另一方面,也可防止輸入信號的各個位到達(dá)時間不一致造成競爭與險象。
鎖存器是一種對脈沖電平敏感的存儲單元電路,它們可以在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。
簡單鎖存器描述:輸出端的狀態(tài)不會隨輸入端的狀態(tài)變化而變化,只有在有鎖存信號時輸入的狀態(tài)被保存到輸出,直到下一個鎖存信號。通常只有0和1兩個值。典型的邏輯電路是D觸發(fā)器。
由若干個鐘控D觸發(fā)器構(gòu)成的一次能存儲多位二進(jìn)制代碼的時序邏輯電路,叫鎖存器件。
邏輯結(jié)構(gòu)與功能表
8位鎖存器74LS373的邏輯圖見圖所示。其中使能端G加入CP信號,D為數(shù)據(jù)信號。輸出控制信號為0時,鎖存器的數(shù)據(jù)通過三態(tài)門進(jìn)行輸出。
應(yīng)用場合:
數(shù)據(jù)有效延遲后于時鐘信號有效。這意味著時鐘信號先到,數(shù)據(jù)信號后到。
在某些運(yùn)算器電路中有時采用鎖存器作為數(shù)據(jù)暫存器。
所謂鎖存器,就是輸出端的狀態(tài)不會隨輸入端的狀態(tài)變化而變化,僅在有鎖存信號時輸入的狀態(tài)被保存到輸出,直到下一個鎖存信號到來時才改變。典型的鎖存器邏輯電路是 D 觸發(fā)器電路。
鎖存,就是把信號暫存以維持某種電平狀態(tài)。鎖存器的最主要作用是緩存,其次完成高速的控制其與慢速的外設(shè)的不同步問題,再其次是解決驅(qū)動的問題,最后是解決一個 I/O 口既能輸出也能輸入的問題。
在某些應(yīng)用中,單片機(jī)的 I/O 口上需要外接鎖存器。例如,當(dāng)單片機(jī)連接片外存儲器時,要接上鎖存器,這是為了實(shí)現(xiàn)地址的復(fù)用。假設(shè),MCU 端口其中的 8 路的 I/O 管腳既要用于地址信號又要用于數(shù)據(jù)信號,這時就可以用鎖存器先將地址鎖存起來。
?。福埃担痹L問外部存儲器時P0口和P2口共做地址總線,P0口常接鎖存器再接存儲器。以防止總線間的沖突。而P2口直接接存儲器。因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部時序只能鎖?。校部诘牡刂?,如果用P0口傳輸數(shù)據(jù)時不用鎖存器的話,地址就改變了。
看看8051單片機(jī)總線操作的時序圖對我們很有幫助。由于數(shù)據(jù)總線、地址總線共用P0口,所以要分時復(fù)用。先送地址信息,由ALE使能鎖存器將地址信息鎖存在外設(shè)的地址端,然后送數(shù)據(jù)信息和讀寫使能信號,在指定的地址進(jìn)行讀寫操作。
使用鎖存器來區(qū)分開單片機(jī)的地址和數(shù)據(jù),8051系列的單片機(jī)用的比較多,也有一些單片機(jī)內(nèi)部有地址鎖存功能,如8279就不用鎖存器了。
注意,并不是一定要接鎖存器,要看其地址線和數(shù)據(jù)線的安排,只有數(shù)據(jù)和地址線合用的情況下才會需要鎖存器,其目的是防止在傳數(shù)據(jù)時,地址線被數(shù)據(jù)所影響! 這是由單片機(jī)數(shù)據(jù)與地址總線復(fù)用造成的,接 RAM 時加鎖存器是為了鎖存地址信號。
如果單片機(jī)的總線接口只作一種用途,不需要接鎖存器;如果單片機(jī)的總線接口要作兩種用途,就要用兩個鎖存器。例如:一個口要控制兩個 LED,對第一個 LED 送數(shù)據(jù)時,“打開”第一個鎖存器而“鎖住”第二個鎖存器,使第二個 LED 上的數(shù)據(jù)不變。對第二個 LED 送數(shù)據(jù)時,“打開”第二個鎖存器而“鎖住”第一個鎖存器,使第一個 LED 上的數(shù)據(jù)不變。如果單片機(jī)的一個口要做三種用途,則可用三個鎖存器,操作過程相似。然而在實(shí)際應(yīng)用中,我們并不這樣做,只用一個鎖存器就可以了,并用一根 I/O 口線作為對鎖存器的控制之用(接 74373 的LE,而OE可恒接地)。所以,就這一種用法而言,可以把鎖存器視為單片機(jī)的 I/O 口的擴(kuò)展器。
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