D锁存器快速入门教程

D锁存器快速入门教程

D锁存器是数字系统中常用的存储数据的逻辑电路。本文将详细介绍D锁存器的工作原理、真值表以及如何使用逻辑门构建D锁存器。

图1：D锁存器符号

什么是D锁存器？

D锁存器可以存储位值，即1或0。当其使能引脚为高电平时，D引脚上的值将存储在Q输出上。它以S-R锁存器的设计为基础，增加了一些逻辑门。您可以在下面看到一个基于S-R锁存器的D锁存器电路，该锁存器采用NAND门构建：

图2：D锁存电路

输入端的逆变器确保S和R输入始终相反，以避免两者为1的无效状态。两个NAND门创建一个新的输入E（使能），允许您控制何时要将输出更改为D输入上的任何输出。

这意味着输出Q只有在使能信号为1时才能改变。如果为0，则输出不受D上任何更改的影响。

您还可以构建带有AND和NOR门的D锁存器，如下所示：

图3：使用AND和NOR门的D锁存器

D锁存器还可用于在定时电路中引入延迟、缓冲器或以特定间隔采样数据。

闩锁和触发有什么区别？

术语锁存和触发器有时会被错误地用作同义词，因为两者都可以在其输出中存储位（1或0）。

虽然锁存器只要启用即可随时更改其输出，但触发器是一种边缘触发设备，需要时钟转换来更改其输出。

要构建D触发器，您需要两个D锁存器，如下所示：

图4：D触发器电路

D锁存器如何工作？

由于输出Q仅在E输入为1时发生变化，因此您将获得以下真值表：

在真值表的第一行中，E输入为0。这意味着闩锁未启用，因此没有任何反应。Q输出保留其具有的任何值。无论D输入具有什么值，Q输出都不会改变，它将保持其值不变。这就是这个电路“记住”一点的方式。

看看接下来的两行。此处E输入为1，因此锁存器已启用。这意味着如果D输入为0，Q输出将复位为0。如果D输入为1，则Q输出将设置为1。

分析电路

您可以通过向S-R锁存电路添加三个逻辑门来构建D锁存电路。在下图中，您可以看到D锁存电路在启用时的位路径，并且在D输入上为0。

图5：D锁存电路分析

要分析上述电路，您需要记住，NAND门仅在其两个输入均为0时才产生1。在所有其他情况下，它给出1。

首先，第一个NAND门的输入为1和0，因此，其输出为1。第二个NAND门的两个输入均为1，因此返回2。

第一和第二NAND门的输出是代表基本S-R锁存器的电路部分的输入。考虑到这一点，您可以将位分为两组：S-R锁存器之前的位（红色）和S-R锁存器产生的位（绿色）。

最后，如果你看一下第4个NAND门。您可以看到，由于第二个NAND门，其输入之一为0。该信息足以告诉您，无论其其他输入的值如何，它都会给出2。该位是对第三个NAND门输入之一的反馈。由于第一个NAND门，另一个是1，因此Q输出的结果为3——与输入D相同。

当D为1时尝试执行此操作，您将看到输出变为1。

从此位路径可以得出结论，只要E输入为1，D锁存器就会将输出Q更新为D输入上的Q。

实验：构建自己的D锁存电路

举一个实际示例，您可以使用逻辑门构建基本的D锁存电路，并使用按钮进行测试。R1和R2是下拉电阻，以确保在未按下按钮时输入为0：

图6：D锁存电路实验示意图

正如您在图像的第1部分中看到的，Q为0（LED L1熄灭），并且PB1和PB2均未按下。

接下来，查看推送PB2的第2部分。现在，D输入上有一个1，但输出Q仍为0，因为E输入尚未收到使能信号。

第3节显示了如何按下PB1，因此在E输入端出现一个1，并将位1从D放置到Q。当Q为1时，它打开LED L1。

当PB1和PB2恢复到第4节中的原始状态时，LED L1保持亮起，表示Q输出未改变。

要更改输出Q，您需要再次推送PB1。

要组装上述电路，您需要：

• 四个NAND门（例如CD4011）
• 一个非门（例如CD4049或CD4069）
• 2x按钮
• 1x指示灯
• 2x10kΩ电阻（R1和R2）
• 1x330Ω电阻（R3）

本文原文来自eeworld.com.cn