锁存器触发器

前言

本篇文章介绍触发器
触发器是这样一种电路实现，触发器有一个控制输入端和一个数据输入端，触发器的特点是可以保存数据输入的信息

• 如果控制输入端设置为高电平，数据输入端的数据将会改变输出的数据
• 否则，数据输入端不对输出数据产生影响

SR锁存器

SR锁存器是最简单的一类触发器，通过两个或非门实现，电路图如下：

我们再次给出或非门的输入输出逻辑关系：
$$\begin{array}{ccc}输入A& 输入B& 输出\\ 0& 0& 1\\ 0& 1& 0\\ 1& 0& 0\\ 1& 1& 0\end{array}$$
SR锁存器的特点如下：

• 默认$S=0$，$R=0$，$Q$=0，$\overline{Q}$=1
• 当第一次设置$S$端为1时，$Q$=1，$\overline{Q}$=0
• 然后再次断开$S$的值不会影响$Q$和$\overline{Q}$的值
• 如果设置$R$端为1，$Q$=0，$\overline{Q}$=1
• 然后再次断开$R$的值不会影响$Q$和$\overline{Q}$的值

SR锁存器有两点需要注意：

1. $S=0$，$R=0$时，$Q\overline{Q}$维持之前的状态不变
2. 不能同时设置$S=1$，$R=1$，因为这个时候状态是不可预测的，这样SR锁存器就没有意义了。

SR锁存器可以简化为带有输入和输出标志的小框图:

SR锁存器最突出的特点在于，它可以记住哪个输入端的最终状态为 1。

触发器

触发器与锁存器的不同在于, 它除了置1、置0输人端以外，又增加了一个触发信号输人端。 只有当触发信号到来时,触发器才能按照输人的置 1、置0信号置成相应的状态，并保持下去。 我们将这个触发信号称为时钟信号(CLOCK)，记作CLK。当系统中有多个触发器需要同时动作时，就可以用同一个时钟信号作为同步控制信号了。

D型触发器

D型触发器由两个或非门组成的SR锁存器加上两个与门组成的逻辑电路
D型触发器有两个输入端：

• 数据控制端，控制端可以看作是CLK
• 数据输入端，数据输入端本来有两个，就是SR锁存器的S端和R端，但是在SR锁存器这一节中我们说过，SR都为0的话保持之前的状态不变，并且SR不能都为1，也就是说SR值一样的时候对我们没什么意义，我们需要的是记住数据输入端的状态，所以我们用一个输入输入端，通过添加一个反相器来引出SR端。参照下面的电路图

D型触发器的特点是：只有当数据控制端为高电平时，数据输入端的状态才会被保存。
D型触发器比SR触发器复杂一些，电路图如下：

根据D型触发器的特点我们可以想到，D型触发器可以保存数据，就是当我需要保存输入数据的时候，只需要把控制端的时钟置成高位即可。并且时钟变为低位后，输入数据不会改变已经保存的数据。

下面列出D型触发器的状态值：

• 时钟为1，数据端为1，$Q$=1，$\overline{Q}$=0
• 时钟为1，数据端为0，$Q$=0，$\overline{Q}$=1
• 时钟为0，数据端为1或者0，$Q$不变，$\overline{Q}$不变

关于D型触发器的思考：
D型触发器的特点决定了一个可能的情况，就是当时钟为1时，如果数据端的数据发生了改变，每次改变都会产生新的状态。对于某些情况而言，可能需要的仅仅是时钟切换到1时保存数据输入的值，然后不在改变。一个是区间，一个是即时，对于即时的改变，有一种新的触发器，叫做边沿触发器

边沿触发器

边沿触发器的特点：
只有当时钟从0跳变到1时，才会引起输出的改变。边沿触发器与D型触发器的区别在于，在D型触发器中，当时钟输入为0时， 数据端输入的任何改变都不会影响输出;而在边沿触发器中，当时钟输入为1时，数据端输入的改变也不会影响输出。只有在时钟输入从0变到1的瞬间，数据端的输入才会影响边沿触发器的输出。

边沿触发器是由两个D型触发器连接而成的，电路图如下：

可以推导一下边沿触发器的规则：

• 当CLK=0时，前面的D型触发器能保存数据端的数据，并且会一直保存最新的数据，后面的D型触发器因为CLK=0，不保存数据
• 当CLK从0变成1时，前面的D型触发器关闭，输出的一直是最新的数据，后面的D型触发器打开，将前面的数据保存到$Q$和$\overline{Q}$
• 当CLK保持1时，因为前面的D型触发器已经关闭，输出的一直是之前的数据，所以后面的D型触发器一直保存的是CLK从0变成1时的数据。
• 当CLK从1变成0时，回到第一步。

最后给出锁存器触发器的C语言实现
可以参考Git地址

/**
 * sr锁存器的C语言实现
 * s：置位项
 * r：重置项
 * q：输入Q
 * q1：输出Q1
 */
extern void sr_lock(long s, long r,long *q,long *q1);

/**
 * D型触发器
 * clock：时钟输入
 * data：数据输入
 * q：输出Q
 * q1：输出Q1
 */
extern void d_trigger(long clock, long data,long *q,long *q1);

/**
 * 边沿触发器
 * clock：时钟输入
 * data：数据输入
 * q_0：前面的D型触发器的输出数据
 * q_1：前面的D型触发器的输出数据
 * q：输出Q
 * q1：输出Q1
 */
extern void b_trigger(long clock, long data,long *q_0,long *q_1,long *q,long *q1);

void sr_lock(long s, long r,long *q,long *q1)
{
    for(int i =0;i