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(chǔ)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(chǔ)多位數(shù)據(jù)。為此,可以把若干個(gè)鐘控D觸發(fā)器的控制端CP連接起來(lái),用一個(gè)公共的控制信號(hào)來(lái)控制,而各個(gè)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(chǔ)多位數(shù)據(jù)的電路稱為鎖存器。輸出端的狀態(tài)不會(huì)隨輸入端的狀態(tài)變化而變化,只有在有鎖存信號(hào)時(shí)輸入的狀態(tài)被保存到輸出,直到下一個(gè)鎖存信號(hào)。通常只有0和1兩個(gè)值。典型的邏輯電路是D觸發(fā)器,其字長(zhǎng)(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(guò)非門(mén)連接到 R 輸入端,組成單輸入觸發(fā)器,通常把這個(gè)電路叫做 D 鎖存器。如下圖示。
當(dāng)CP = 1 時(shí),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(shí),無(wú)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(hào)先于CP = 1 的信號(hào),稱為建立時(shí)間 t set。
鎖存器的用途
鎖存器廣泛用于計(jì)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(hào)暫時(shí)寄存,等待處理,這一方面因?yàn)橛?jì)算機(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(hào)一到即刻處理,另一方面,也可防止輸入信號(hào)的各個(gè)位到達(dá)時(shí)間不一致造成競(jìng)爭(zhēng)與險(xiǎn)象。
鎖存器是一種對(duì)脈沖電平敏感的存儲(chǔ)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(jiǎn)單鎖存器描述:輸出端的狀態(tài)不會(huì)隨輸入端的狀態(tài)變化而變化,只有在有鎖存信號(hào)時(shí)輸入的狀態(tài)被保存到輸出,直到下一個(gè)鎖存信號(hào)。通常只有0和1兩個(gè)值。典型的邏輯電路是D觸發(fā)器。
由若干個(gè)鐘控D觸發(fā)器構(gòu)成的一次能存儲(chǔ)多位二進(jìn)制代碼的時(shí)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(jiàn)圖所示。其中使能端G加入CP信號(hào),D為數(shù)據(jù)信號(hào)。輸出控制信號(hào)為0時(shí),鎖存器的數(shù)據(jù)通過(guò)三態(tài)門(mén)進(jìn)行輸出。
應(yīng)用場(chǎng)合:
數(shù)據(jù)有效延遲后于時(shí)鐘信號(hào)有效。這意味著時(shí)鐘信號(hào)先到,數(shù)據(jù)信號(hào)后到。
在某些運(yùn)算器電路中有時(shí)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(huì)隨輸入端的狀態(tài)變化而變化,僅在有鎖存信號(hào)時(shí)輸入的狀態(tài)被保存到輸出,直到下一個(gè)鎖存信號(hào)到來(lái)時(shí)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(hào)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(wèn)題,再其次是解決驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題,最后是解決一個(gè) I/O 口既能輸出也能輸入的問(wèn)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(chǔ)器時(shí),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(hào)又要用于數(shù)據(jù)信號(hào),這時(shí)就可以用鎖存器先將地址鎖存起來(lái)。
?。福埃担痹L問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)P0口和P2口共做地址總線,P0口常接鎖存器再接存儲(chǔ)器。以防止總線間的沖突。而P2口直接接存儲(chǔ)器。因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部時(shí)序只能鎖?。校部诘牡刂罚绻茫校翱趥鬏敂?shù)據(jù)時(shí)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(shí)序圖對(duì)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(shí)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(xiě)使能信號(hào),在指定的地址進(jìn)行讀寫(xiě)操作。
使用鎖存器來(lái)區(qū)分開(kāi)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(huì)需要鎖存器,其目的是防止在傳數(shù)據(jù)時(shí),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(shí)加鎖存器是為了鎖存地址信號(hào)。
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(gè)鎖存器。例如:一個(gè)口要控制兩個(gè) LED,對(duì)第一個(gè) LED 送數(shù)據(jù)時(shí),“打開(kāi)”第一個(gè)鎖存器而“鎖住”第二個(gè)鎖存器,使第二個(gè) LED 上的數(shù)據(jù)不變。對(duì)第二個(gè) LED 送數(shù)據(jù)時(shí),“打開(kāi)”第二個(gè)鎖存器而“鎖住”第一個(gè)鎖存器,使第一個(gè) LED 上的數(shù)據(jù)不變。如果單片機(jī)的一個(gè)口要做三種用途,則可用三個(gè)鎖存器,操作過(guò)程相似。然而在實(shí)際應(yīng)用中,我們并不這樣做,只用一個(gè)鎖存器就可以了,并用一根 I/O 口線作為對(duì)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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