數位電子技術 - 鎖存器

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鎖存器是一種非同步時序電路，其輸出隨著所加輸入的變化而立即變化。鎖存器用於在數字系統中儲存1位資訊，因此它被認為是最基本的儲存單元。

在本章中，我們將詳細解釋**數位電子技術中的鎖存器**及其型別和應用。

什麼是鎖存器？

在數位電子技術中，**鎖存器**是一種非同步時序電路，可以儲存1位資訊。它用作數位電路中的基本儲存單元。

鎖存器可以具有兩種穩定狀態，即**置位**和**復位**。置位狀態用邏輯1表示，復位狀態用邏輯0表示。由於這兩種穩定狀態，鎖存器也被稱為**雙穩態多諧振盪器**。鎖存器的狀態根據所加輸入進行切換。

關於鎖存器需要注意的最重要一點是，它們沒有用於同步的時鐘訊號。這就是為什麼它們被稱為非同步時序電路。

邏輯閘是鎖存器的基本構建塊。由於沒有使用同步和時鐘訊號，因此鎖存器在施加輸入訊號時會立即工作。

鎖存器的特點

下面解釋了鎖存器的一些關鍵特性：

• 鎖存器可以儲存1位數字資訊，可以使用邏輯0或邏輯1表示。因此，鎖存器主要用作數位電路中的儲存單元。
• 鎖存器具有反饋機制，允許它們保持當前狀態，直到應用下一個輸入。
• 鎖存器的操作完全由施加的輸入控制，這意味著鎖存器的輸出根據輸入訊號的變化而更新。

鎖存器的型別

以下是數位電路和系統中使用的主要型別的鎖存器：

• SR鎖存器
• JK鎖存器
• D鎖存器
• T鎖存器

現在讓我們詳細討論每種型別的鎖存器。

SR鎖存器

SR鎖存器是一種具有兩個輸入線的鎖存器，分別指定為S和R。其中，S表示置位輸入，R表示復位輸入。因此，它也稱為**置位-復位鎖存器**。

SR鎖存器具有兩種穩定狀態，即置位狀態(S)和復位狀態(R)。SR鎖存器的框圖如下所示。

在SR鎖存器的情況下，S輸入將輸出Q設定為1，Q'設定為0。另一方面，R輸入將輸出Q設定為0，Q'設定為1。如果S和R輸入都為高電平，則鎖存器處於禁止狀態。

下表描述了SR鎖存器針對不同輸入組合的完整操作：

SR鎖存器可以透過以交叉耦合方式連線兩個或非門來實現，如下面的圖所示。

JK鎖存器

JK鎖存器是另一種型別的鎖存器，它有兩個輸入，即J和K。這裡，輸入J類似於SR鎖存器中的S輸入，輸入K類似於SR鎖存器中的R輸入。

JK鎖存器的操作類似於SR鎖存器，但它沒有禁止狀態。相反，它具有一個切換狀態，當J和K輸入都為1時，輸出Q和Q'交換其狀態。

因此，JK鎖存器主要設計用於克服SR鎖存器中禁止狀態的問題。

JK鎖存器的框圖如下所示：

下表描述了JK鎖存器針對不同輸入組合的操作：

從此表可以看出，透過實現切換狀態解決了禁止狀態的問題。

JK鎖存器的邏輯電路由兩個或非門和兩個與門的組合組成，如下面的圖所示。

D鎖存器

D鎖存器，也稱為資料鎖存器或透明鎖存器，是一種雙穩態多諧振盪器，它有兩個輸入訊號，即D（資料）輸入和E（使能）輸入。

只要E輸入為高電平，D鎖存器的輸出Q與施加到D輸入線的輸入相同。當E輸入變低時，D鎖存器的輸出保持不變，直到新的輸入被應用到D輸入。

D鎖存器的框圖如下所示。

下表解釋了D鎖存器的操作：

D鎖存器的邏輯電路圖如下所示：

T鎖存器

T鎖存器是一種鎖存器，當向其輸入線施加邏輯1時，它會切換其輸出狀態(Q)。因此，它也稱為**觸發鎖存器**。

T鎖存器是透過將JK鎖存器的J和K輸入連線在一起實現的，如下面的框圖所示。

下表顯示了描述T鎖存器操作的真值表：

T鎖存器的邏輯電路圖如下所示：

鎖存器的應用

鎖存器在數位電子領域有多種應用。它們是最基本的儲存元件，用於在數字系統中儲存一位資訊。

以下是鎖存器的一些常見應用：

• 鎖存器用作數字系統中的一位儲存單元。
• 鎖存器用於設計數字暫存器，這些暫存器用於在微處理器和微控制器中儲存和處理資料。
• 鎖存器用於設計觸發器，觸發器基本上是同步鎖存器。
• 鎖存器也用於通訊系統中，用於臨時資料儲存或緩衝。

結論

本章解釋了數字系統中使用的不同型別的鎖存器，以及一些鎖存器應用示例。

總之，鎖存器是由邏輯閘構成的一位儲存器件。它是一種非同步時序邏輯電路，沒有用於同步的時鐘訊號。

在數字系統中，鎖存器用於執行一些關鍵功能，例如臨時資料儲存、資料流控制等。