数据锁存是指在数字电路中使用的一种元件,具有将输入信号锁定在设定状态并保持状态不变的功能。
在数字电路中,锁存器一般由触发器(Flip-Flop)或者Latches(锁存器)构成,通过控制时钟信号使得输入信号的数据以二进制的形式被锁存。当时钟信号达到设定值时,锁存器保持输入信号状态的不可改变,这就使得锁存器可以被广泛应用于数字电路设计中。
锁存器根据其根据时序特性的不同,可以分为同步锁存器和异步锁存器两种类型。
同步锁存器是以时钟信号为同步信号的锁存器。
同步锁存器根据其时钟信号的极性可以进一步分为上升沿触发和下降沿触发两种类型。在同步锁存器中,时钟信号的上升沿或下降沿作为数据输入的时刻,使得锁存器能够将数据同步锁存,保持其状态。
异步锁存器不依赖于时钟信号,不受时钟信号的作用而改变锁存状态,仅通过异步输入控制其锁存和清零。
和同步锁存器不同的是,异步锁存器中内部状态的改变只由异步输入信号的变化所决定,可以很快地捕获并响应异步输入的状态变化。但是由于其异步输入控制,易导致非稳态,需要特别注意才能保证系统可靠性。
数据锁存器在数字电路系统中有着重要的应用,其中常见的包括:
数字信号处理系统中常常需要通过数据锁存来进行数据缓存,确保数字信号处理算法中的输入和输出数据不会因为时间偏移而出错。
在计算机硬件系统中,数据锁存器可以用于寄存器的设计中,实现对通用寄存器的数据存储和传输。
在FPGA的硬件设计中,数据锁存器可以用于存储和随时读取状态值,有效提升FPGA的性能。