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鎖存器和觸發(fā)器如何區(qū)分

jf_78858299 ? 來(lái)源:面包板社區(qū) ? 作者:EDN ? 2023-03-23 16:01 ? 次閱讀
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你有沒(méi)有遇到過(guò)這樣奇怪的事:你一直以為自己知道某件事,但當(dāng)你試著向別人解釋它時(shí),你才發(fā)現(xiàn)自己的論述中存在漏洞和邏輯上的差異?這就是我最近所遇到的情況,當(dāng)時(shí)有人問(wèn)我鎖存器和觸發(fā)器之間的區(qū)別,以及為什么它們都與寄存器有關(guān)。

取決于一個(gè)人的背景,這在電子學(xué)中可能是個(gè)有點(diǎn)主觀的領(lǐng)域,而隨著術(shù)語(yǔ)的不斷發(fā)展,我們又可能對(duì)此產(chǎn)生進(jìn)一步混淆。因此,本文要做的就是以我的理解來(lái)解釋這些事物,然后歡迎各位專家發(fā)表評(píng)論,以便了解我的觀點(diǎn)是否獲得認(rèn)同。

寄存器和寄存器文件

我們?cè)?a target="_blank">微控制器MCU)等電子系統(tǒng)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方式之一是在寄存器中。一些寄存器由一個(gè)位/比特組成,而另一些寄存器由多個(gè)位組成?!凹拇嫫魑募币辉~則是指一組共享通用功能和目的的寄存器。

寄存器的特性與半導(dǎo)體存儲(chǔ)器相類似,例如每個(gè)基元/單元可存儲(chǔ)一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字或位(以0或1的形式表示)。但是,存儲(chǔ)器往往用于存儲(chǔ)相對(duì)大量的信息(指令和數(shù)據(jù)),而寄存器則更趨于專業(yè)化,用于實(shí)現(xiàn)記住配置和控制信息、保存輸入/輸出值,以及臨時(shí)存儲(chǔ)邏輯或算術(shù)運(yùn)算結(jié)果等任務(wù)。

另一個(gè)區(qū)別是存儲(chǔ)單元往往相對(duì)簡(jiǎn)單,需要盡可能少地使用晶體管來(lái)完成工作。這是因?yàn)樗鼈兲嗔?,因此就功耗而言?yīng)保持小巧、快速和簡(jiǎn)約。相比之下,寄存器由于數(shù)量要少得多,因此在大小和功耗方面約束就比較少,并且通常具有與硬件相關(guān)的更高級(jí)的特殊控制和功能。

鎖存器和觸發(fā)器

每個(gè)寄存器單元的核心都是一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電路,據(jù)此就可以以0或1的形式存儲(chǔ)信息。這種電路可能有一個(gè)或多個(gè)控制輸入,可能有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入,以及一個(gè)或兩個(gè)輸出。如果有第二個(gè)互補(bǔ)的QB輸出存在,那么它將呈現(xiàn)與主輸出Q相反或互補(bǔ)的邏輯值。

就控制信號(hào)而言,這種電路可以是電平觸發(fā)(異步,透明或不透明)或邊沿觸發(fā)(同步或時(shí)鐘)方式。前者的一個(gè)例子是置位復(fù)位鎖存器(SR鎖存器),后者的一個(gè)例子是數(shù)據(jù)型觸發(fā)器(D型觸發(fā)器)。

觸發(fā)器一詞通常在這種電路的背景下使用,因?yàn)檫@種電路在兩種狀態(tài)之間來(lái)回觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。歷史上,“觸發(fā)器”一詞通常包含電平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)兩種類型。但是最近,“鎖存器”一詞被普遍用來(lái)指代電平觸發(fā)的版本,而“觸發(fā)器”一詞則用來(lái)指代邊沿觸發(fā)的版本。常見(jiàn)的寄存器類型如下:

  • SR鎖存器(“置位復(fù)位”)
    • 或非
    • 與非
    • 與或
  • JK鎖存器
  • 門控SR鎖存器(“置位復(fù)位”)
  • 門控D鎖存器(“數(shù)據(jù)”)
  • Earle鎖存器
  • D型觸發(fā)器(“數(shù)據(jù)”)
  • T型觸發(fā)器(“翻轉(zhuǎn)”)
  • JK型觸發(fā)器

順便說(shuō)一句,JK類型被認(rèn)為是最通用的鎖存器和觸發(fā)器,因?yàn)榭梢钥紤]將JK鎖存器用作SR鎖存器,同時(shí)可以將JK觸發(fā)器配置為D型或T型觸發(fā)器。

多諧振蕩器

多諧振蕩器是一種用于實(shí)現(xiàn)各種簡(jiǎn)單兩態(tài)功能的電子電路。多諧振蕩器有以下三種類型:

  • 無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器在兩種狀態(tài)下均不穩(wěn)定,而會(huì)不斷地從一種狀態(tài)切換到另一種狀態(tài)(不需要外部觸發(fā)器),因此起到張弛振蕩器的作用。
  • 單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器僅在一種狀態(tài)下穩(wěn)定。在觸發(fā)脈沖的激勵(lì)下,它將進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài),并在這種狀態(tài)保持一段所設(shè)定的時(shí)間,然后返回穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器也稱為“單觸發(fā)”,可用于生成固定持續(xù)時(shí)間的脈沖,而作為對(duì)某些外部觸發(fā)事件的響應(yīng)。
  • 雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器在任一狀態(tài)下都是穩(wěn)定的,它可以通過(guò)施加外部觸發(fā)脈沖從一種狀態(tài)切換到另一種狀態(tài)。

之所以在此提及多諧振蕩器,是因?yàn)殡p穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器可用于存儲(chǔ)一位信息,也即所謂的觸發(fā)器。

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