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输入信号消失 SR锁存器如何实现存储

电子设计 来源:feiyan 作者:电子设计 2018-12-03 11:19 次阅读

即解释当一端输入信号消失时,为什么SR还可以使原来的信号保持?

“信号消失”,我估计指的是将S、R均置为0的意思。我有时也会说给某个输入加个信号或者撤掉某个信号,指的是给这个输入置1或置0。所以题主想问的是,为什么SR锁存器S和R置为0时,输出能够保持不变。

正好前两周刚又回顾了下这些基础知识,在这里放上我的个人理解。

SR锁存器SR-Latch能够存储数据是因为它具有双稳态Bi-Stable的结构。而双稳态电路,是时序电路中锁存器Latch和寄存器Register(触发器Flip-Flop)的基础,几乎所有的锁存器和寄存器(触发器)都是由双稳态电路衍生而来。

双稳态电路

基本的双稳态电路由两个反向器形成环路,可以发现Vo1=Vi2=~Vo2=~Vi1,整个环路形成稳态,小噪声的干扰都无法破坏这个环路中两个器件的输入输出的状态。而如果改变(更强的驱动力强行改变或利用额外的电路结构)Vi1的电压,环路仍然会进入新的稳态,仍然满足Vo1=Vi2=~Vo2=~Vi1。这个电路因为存在两个稳定状态Vo1=Vi2=~Vo2=~Vi1=1和Vo1=Vi2=~Vo2=~Vi1=0,因此被称为双稳态电路。

下图是我随便画的一个形象表示,一个球在两个坑的某一个坑中,如果没有人为挪动这个球,这个球将始终在这个坑里。

双稳态的形象表示

然后接下来分析SR锁存器:

这是SR锁存器,因为一个2输入或非门在一个输入固定为0时就相当于一个反向器,因此在S、R都为0时,两个或非门等于两个反向器,又因为两个或非门环型连接,此时SR锁存器等同于基本双稳态电路。

而当R或S中某一个信号置为1时,例如S=1,此时S输入的这个反向器输出将会固定为0,此时双稳态电路被破坏,使得Q=1,Q反=0,而当S又从1变为0时,SR锁存器又变成了双稳态电路,从而能够保持住Q和Q反的输出。置R=1时也是同理。

置S或者R中某一个输入为1,相当于把两坑中间的高坡挖掉,同时把一个坑挖的更深,让球自然滚入其中。S、R恢复为0,相当于把两个坑恢复为原装。

而SR锁存器不正常的状态是SR一起置1,此时Q和Q反将输出为0,如果此时同时撤掉S、R信号,输出将随机进入到双稳态中某一个稳态。这相当于把球放到两个坑中间的坡顶上,球将受扰动而随机掉入某一个坑中间。

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