D鎖存器快速入門教程

D 鎖存器是最常用于在數(shù)字系統(tǒng)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的邏輯電路。它基于 S-R鎖存器，但沒有“未定義”或“無效”狀態(tài)問題。在本教程中，您將了解它的工作原理、其真值表以及如何使用邏輯門構(gòu)建一個(gè)。

D 閂鎖符號(hào)

什么是 D 鎖存器？

D 鎖存器可以存儲(chǔ)位值，即 1 或 0。當(dāng)其使能引腳為高電平時(shí)，D引腳上的值將存儲(chǔ)在Q輸出上。它以 S-R

鎖存器的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，增加了一些邏輯門。您可以在下面看到一個(gè)基于 S-R 鎖存器的 D 鎖存器電路，該鎖存器采用 NAND 門構(gòu)建：

D 鎖存電路

輸入端的逆變器確保S和R輸入始終相反，以避免兩者為1的無效狀態(tài)。兩個(gè)NAND門創(chuàng)建一個(gè)新的輸入E（使能），允許您控制何時(shí)要將輸出更改為D輸入上的任何輸出。

這意味著輸出Q只有在使能信號(hào)為1時(shí)才能改變。如果為 0，則輸出不受 D 上任何更改的影響。

您還可以構(gòu)建帶有 AND 和 NOR 門的 D 鎖存器，如下所示：

D 鎖存器還可用于在定時(shí)電路中引入延遲、緩沖器或以特定間隔采樣數(shù)據(jù)。

閂鎖和翻轉(zhuǎn)有什么區(qū)別？

術(shù)語鎖存和觸發(fā)器有時(shí)會(huì)被錯(cuò)誤地用作同義詞，因?yàn)閮烧叨伎梢栽谄漭敵鲋写鎯?chǔ)位（1 或 0）。

雖然鎖存器只要啟用即可隨時(shí)更改其輸出，但觸發(fā)器是一種邊緣觸發(fā)設(shè)備，需要時(shí)鐘轉(zhuǎn)換來更改其輸出。

要構(gòu)建 D 翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)，您需要兩個(gè) D 閂鎖，如下所示：

D 閂鎖如何工作？

由于輸出 Q 僅在 E 輸入為 1 時(shí)發(fā)生變化，因此您將獲得以下真值表：

在真值表的第一行中，E 輸入為

0。這意味著閂鎖未啟用，因此沒有任何反應(yīng)。Q輸出保留其具有的任何值。無論D輸入具有什么值，Q輸出都不會(huì)改變，它將保持其值不變。這就是這個(gè)電路“記住”一點(diǎn)的方式。

看看接下來的兩行。此處 E 輸入為 1，因此鎖存器已啟用。這意味著如果D輸入為0，Q輸出將復(fù)位為0。如果 D 輸入為 1，則 Q 輸出將設(shè)置為
1。

分析電路

您可以通過向 S-R 鎖存電路添加三個(gè)邏輯門來構(gòu)建 D 鎖存電路。在下圖中，您可以看到 D 鎖存電路在啟用時(shí)的位路徑，并且在 D 輸入上為0。

要分析上述電路，您需要記住，NAND門僅在其兩個(gè)輸入均為0時(shí)才產(chǎn)生1。在所有其他情況下，它給出 1。

首先，第一個(gè)NAND門的輸入為1和0，因此，其輸出為1。第二個(gè) NAND 門的兩個(gè)輸入均為 1，因此返回 2。

第一和第二 NAND 門的輸出是代表基本 S-R 鎖存器的電路部分的輸入?？紤]到這一點(diǎn)，您可以將位分為兩組：S-R 鎖存器之前的位（紅色）和 S-R

鎖存器產(chǎn)生的位（綠色）。

最后，如果你看一下第 4 個(gè) NAND 門。您可以看到，由于第二個(gè) NAND 門，其輸入之一為

0。該信息足以告訴您，無論其其他輸入的值如何，它都會(huì)給出 2。該位是對(duì)第三個(gè)NAND門輸入之一的反饋。由于第一個(gè)NAND門，另一個(gè)是1，因此Q輸出的結(jié)果為3 –

與輸入D相同。

當(dāng) D 為 1 時(shí)嘗試執(zhí)行此操作，您將看到輸出變?yōu)?1。

從此位路徑可以得出結(jié)論，只要 E 輸入為 1，D 鎖存器就會(huì)將輸出 Q 更新為 D 輸入上的 Q。

實(shí)驗(yàn)：構(gòu)建自己的D鎖存電路

舉一個(gè)實(shí)際示例，您可以使用邏輯門構(gòu)建基本的D鎖存電路，并使用按鈕進(jìn)行測(cè)試。R1和R2是下拉電阻，以確保在未按下按鈕時(shí)輸入為0：

正如您在圖像的第 1 部分中看到的，Q 為 0（LED L1 熄滅），并且 PB1 和 PB2 均未按下。

接下來，查看推送 PB2 的第 2 部分?，F(xiàn)在，D 輸入上有一個(gè) 1，但輸出 Q 仍為 0，因?yàn)?E 輸入尚未收到使能信號(hào)。

第 3 節(jié)顯示了如何按下 PB1，因此在 E 輸入端出現(xiàn)一個(gè) 1，并將位 1 從 D 放置到 Q。當(dāng) Q 為 1 時(shí)，它打開 LED L1。

當(dāng) PB1 和 PB2 恢復(fù)到第 4 節(jié)中的原始狀態(tài)時(shí)，LED L1 保持亮起，表示 Q 輸出未改變。

要更改輸出 Q，您需要再次推送 PB1。

要組裝上述電路，您需要：

四個(gè) NAND 門（例如 CD4011）

一個(gè)非門（例如 CD4049 或 CD4069）

2x 按鈕

1x 指示燈

2x 10 kΩ電阻（R1和R2）

1x 330 Ω電阻 （R3）