# 什么是锁存器 > wiki: > **锁存器**（英语：latch），或称**闩锁**，是[数字电路](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%95%B8%E4%BD%8D%E9%9B%BB%E8%B7%AF "数字电路")中异步[时序逻辑电路](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%97%B6%E5%BA%8F%E9%80%BB%E8%BE%91%E7%94%B5%E8%B7%AF "时序逻辑电路")系统中用来存储信息的一种电子[电路](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E8%B7%AF "电路")。一个锁存器可以存储一[比特](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BD%8D%E5%85%83 "比特")的信息，通常会有多个一起出现，有些会有特别的名称，像是 “4位锁存器”（可以存储四个比特）或“8位锁存器”（可以存储八个比特）等等。锁存器是一种数字电路，可**存储单个比特信息**并保持其值，直到新的输入信号更新为止。它们在数字系统中用作临时存储元件，用于存储二进制信息。锁存器可以**使用各种数字逻辑门实现**，例如 [AND](https://www.geeksforgeeks.org/and-gate/)、[OR](https://www.geeksforgeeks.org/or-gate/)、NOT、NAND 和 NOR 门。锁存器是利用信号电平（而不是信号转换）进行操作的基本存储元件。由时钟转换控制的锁存器是 [触发器](https://www.geeksforgeeks.org/flip-flop-types-and-their-conversion/)。锁存器是**电平敏感**器件。[异步时序电路](https://www.geeksforgeeks.org/digital-logic-asynchronous-sequential-circuits/)的设计中，锁存器非常有用。它们对[输入电压](https://www.geeksforgeeks.org/what-is-voltage/)敏感，而不依赖于时钟脉冲。不使用时钟脉冲的触发器被称为锁存器。 # 为什么锁存器能存储信息？ **反馈机制**是锁存器存储信息能力的核心。它是锁存器 "记忆 "当前状态的方式。 ![image.png](https://joy-1314155565.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/pic/20241201223019.png) 在图中，请注意 **NAND门**（Q和Q̅，读作 "Q bar"）的输出是如何反馈到另一个门作为输入的。这就形成了一个闭环（feedback loop）。如上图：当 S' = 0, R' = 1 时，SR 锁存器置位，Q = 1, Q' = 0. 此时即使将 S'切换为 S' = 1, 由于存在 bottom NAND 的反馈输入，所以 top NAND 的输出依然为 1，即 Q 依然为 1，Q'依然为 0, 这就实现了在特定条件下（S 和 R 都为 0）将状态锁存。这一循环可保持 "设置 "状态。即使 "S" 输入发生变化，只要 "R" 保持为 0，锁存器就会保持其状态。当锁存器处于"复位"状态（Q = 0，Q̅ = 1）时，同样的原理也适用。**反馈回路确保输出保持稳定，并反映最后的有效输入**。所以，锁存器存储信号的关键机制是**反馈**： - 锁存器的输出通过反馈路径连接回输入，这使得即使输入信号断开，输出状态也能被保持。 # 锁存器类型在数字电子技术中，有不同类型的锁存器： - SR Latches - Gated SR Latches - D Latches - Gated D Latches - JK Latches - T Laches ## SR 锁存器 > wiki: > 最简单的锁存器是“SR锁存器”，(又有称为“RS锁存器”)，其中“S”表示“设置”（Set），“R”表示“重置”（Reset）。这种锁存器是由一对相互交错的[NAND](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%8E%E9%9D%9E%E9%97%A8 "与非门")逻辑门组成。存储的比特是在输出的地方用 Q 表示。 S-R 锁存器（即**设置-复位**锁存器）是最简单的锁存器形式，通过两个输入来实现：S（设置）和 R（复位）。当 S 和 R 输入均为 1 时，锁存器处于**未定义**状态。它们也被称为预置和清除状态。SR 锁存器是所有其他类型触发器的**基本组成**部分。 SR 锁存器真值表： ![image.png](https://joy-1314155565.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/pic/20241201123709.png) 使用 NAND 实现的 SR 锁存器： ![image.png](https://joy-1314155565.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/pic/20241201123928.png) ## D 锁存器 D 型锁存器也称为**透明锁存器**，使用两个输入端实现：D (数据) 和一个时钟信号。只要时钟信号为高电平，锁存器的输出就会**跟随 D 端的输入**。当时钟信号为低电平时，锁存器的输出被存储并保持到下一个时钟上升沿。 ![image.png](https://joy-1314155565.cos.ap-shanghai.myqcloud.com/pic/20241201162613.png) # 锁存器优缺点 ## 优点 Some of the advantages of latches are listed below. 1. **Easy to Implement:** Latches are simple digital circuits that can be easily implemented using basic [digital logic](https://www.geeksforgeeks.org/what-is-digital-logic/) gates. 2. **Low Power Consumption:** Latches consume less power compared to other sequential [circuits](https://www.geeksforgeeks.org/electric-circuit/) such as flip-flops. 3. **High Speed:** Latches can operate at high speeds, making them suitable for use in high-speed digital systems. 4. **Low Cost:** Latches are inexpensive to manufacture and can be used in low-cost digital systems. 5. **Versatility:** Latches can be used for various applications, such as data storage, control circuits, and flip-flop circuits. ## 缺点 Some of the disadvantages of latches are listed below. 1. **No Clock:** Latches do not have a clock signal to synchronize their operations, making their behavior unpredictable. 2. **Unstable State:** Latches can sometimes enter into an unstable state when both inputs are at 1. This can result in unexpected behavior in the digital system. 3. **Complex Timing:** The timing of latches can be complex and difficult to specify, making them less suitable for real-time control applications. # 总结

Q: 你理解的锁存器？

电平敏感的单位比特存储元件，由门电路构成。

Q：为什么锁存器能存储信号?

反馈机制使得锁存器的输出状态能够被保持

Q：列举重要的锁存器类型？

1. SR 锁存器，所有锁存器的基础，SR 分别代表置位和复位 2. D 锁存器，透明锁存器，锁存信号失效时即为 buffer，生效时能够保存信号

Q：锁存器比较重要的特点有哪些？使用场景?

优点：low power ＆ high speed 缺点：no clock & 难以进行 STA 应用：临时存储？高速性能场景? 但是 timing 很难

# Refs - [Latches in Digital Logic - GeeksforGeeks](https://www.geeksforgeeks.org/latches-in-digital-logic/) - [校招基础——锁存器和触发器](https://www.cnblogs.com/xianyuIC/p/13644147.html)