锁存器、触发器、寄存器、移位寄存器、计数器

一、RS锁存器解析

1.1 由两个或非门组成的如下图所示RS锁存器

SD 、RD 分别作为锁存器的输入端，Q'、Q为锁存器输出端。

我们在这里可以将输入端SD当作SET，即置位；将RD当作RESET，即复位。这也便是RS的锁存器名为RS锁存器的原由。

通过真值表我们不难发现

• 当锁存器输入端SD、RD 同时为0时，Q'、Q输出为X；
• 当SD=0、RD=1 输出端Q=0，即复位有效；
• 当SD=1、RD=0 输出端Q=1，即置位有效；
• 当SD=1，RD=1 虽然Q=0，但是Q`=0，（事实上Q是不可能等于Q'的）这种情况实际是不存在的；而且输入端SD与RD同时等于1，这也是存在矛盾的，因为不可能让一个电路即复位又同时置位。

接下来我通过状态图来帮助大家理解RS锁存器到底是怎样实现所存的。

如上图所示，灰色圆圈内0,1分别代表Q的值。

• 当Q=0时，只有SD=1、RD=0，Q的值才会改变为1，其他情况均保持不变（即锁存）；
• 当Q=1时，只有SD=0，RD=1，Q的值才会改变为0，其他情况均保持不变（即锁定）。

1.2 由与非门组成的RS锁存器

如上图所示RD'和SD'是电路的输入端，Q'与Q是电路的输出端。同样我们可以通过电路得到真值表。

通过真值表我们不难发现，由与非门组成的RS锁存器逻辑功能和或非门一致，只不过与非门组成的电路输入为负逻辑，即（输入0“有效”，1“无效”）。

1.3 D锁存器

如上图所示，C、D为电路的输入端，Q'和Q为电路的输出端，同样我们可以得到真值表。

通过真值表总结如下：

当C=0，无论D取何值，中间信号RD'和SD'的值确定，Q的值未知

当C=1，Q=D

由此我们可以将输入端C当作电路的“使能”端。下面由电路的波形图加以说明：

在T0-T1和T4-T6时间段C=0，Q值保持次态实现锁存。

实际D锁存器还存在一种特殊情况——“空翻”。

如上图所示，C=1时，输入端D发生多次翻转，Q也随之发生多次翻转，因此将Q的多次翻转称为空翻，这种情况是无利的。在实际应用时需要避免，同时因此才诞生触发器。

二、D触发器

2.1 D触发器

如上图所示将左侧图的电路用右侧图的符号代替。

如上图所示由两个D锁存器组成的主从D触发器，其中D、CLK是电路的输入，Q'和Q是输出。

如上图所示是D触发器的波形图，此时我们发现输入端D，输出端Q2则是通过CLK的上升沿来触发改变的。这也是触发器与锁存器最大的区别。同时这也是时序电路的雏形。

三、寄存器

如上图所示，由四个D触发器组成的四位宽寄存器。（在时钟端clk的驱动下，输入端D0-D3输入的数据被寄存器到输出端Q0-Q3）。

四、移位寄存器

如上图所示由四个D触发器组合的移位寄存器，数据输入端D在时钟输入端clk的驱动下，每一个时钟脉冲数据依次向右移动。

最后

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