锁存器(Latch)是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路,它们可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态。锁存,就是把信号暂存以维持某种电平状态。锁存器的最主要作用是缓存,其次完成高速的控制器与慢速的外设的不同步问题,再其次是解决驱动的问题,最后是解决一个 I/O 口既能输出也能输入的问题。

1.锁存器是干嘛的

所谓锁存器,就是输出端的状态不会随输入端的状态变化而变化,仅在有锁存信号时输入的状态才被保存到输出,直到下一个锁存信号到来时才改变。

锁存器多用于集成电路中,在数字电路中作为时序电路的存储元件,在某些运算器电路中有时采用锁存器作为数据暂存器。

封装为独立的产品后也可以单独应用,数据有效延迟于时钟信号有效。这意味着时钟信号先到,数据信号后到。

在某些应用中,单片机的I/O 口上需要外接锁存器。例如,当单片机连接片外存储器时,要接上锁存器,这是为了实现地址的复用。假设,MCU端口其中的 8 路的 I/O 管脚既要用于地址信号又要用于数据信号,这时就可以用锁存器先将地址锁存起来。

8051访问外部存储器时P0口和P2口共同做为地址总线,P0口常接锁存器再接存储器。以防止总线间的冲突。而P2口直接接存储器。因为单片机内部时序只能锁住P2口的地址,如果用P0口传输数据时不用锁存器的话,地址就改变了。

看看8051单片机总线操作的时序图对我们很有帮助。由于数据总线、地址总线共用P0口,所以要分时复用。先送地址信息,由ALE使能锁存器将地址信息锁存在外设的地址端,然后送数据信息和读写使能信号,在指定的地址进行读写操作。

使用锁存器来区分开单片机的地址和数据,8051系列的单片机用的比较多,也有一些单片机内部有地址锁存功能,如8279就不用锁存器了。

锁存器是干嘛的

2.锁存器的工作原理

CMOS反相器的功能是可以使输出获得跟输入相反的逻辑值,那如果把两个反相器的输入跟输出连接在一起会出现什么情况呢?我们来看下图,假设某个时刻反相器A的输入是1,那么其输出会是0;因为A的输出连接到B的输入端,即反相器B的输入为0,那么其输出会变为1;又因为B的输出连接到A的输入端,即B输出的1反馈回A的输入,对刚才假设的"A的输入为1"进行了确认和加强。此时A的输入确实为1,按A和B的输入输出连接关系,又走了一遍刚才的路程,如此循环,结果是反相器A的输出稳定为0,反相器B的输出稳定为1。这个结构的电路有两个稳定的状态,一般称之为双稳态电路。可见类似的双稳态电路可以稳定地保持其节点中的值(数据),具有记忆功能,这就是锁存器工作的原理。

锁存器的工作原理

3.锁存器的作用

在LED和数码管显示方面,要维持一个数据的显示,往往要持续的快速的刷新。尤其是在四段八位数码管等这些要选通的显示设备上。在人类能够接受的刷新频率之内,大概每三十毫秒就要刷新一次。这就大大占用了处理器的处理时间,消耗了处理器的处理能力,还浪费了处理器的功耗。

锁存器的使用可以大大的缓解处理器在这方面的压力。当处理器把数据传输到锁存器并将其锁存后,锁存器的输出引脚便会一直保持数据状态直到下一次锁存新的数据为止。这样在数码管的显示内容不变之前,处理器的处理时间和IO引脚便可以释放。可以看出,处理器处理的时间仅限于显示内容发生变化的时候,这在整个显示时间上只是非常少的一个部分。而处理器在处理完后可以有更多的时间来执行其他的任务。这就是锁存器在LED和数码管显示方面的作用:节省了宝贵的MCU时间。

锁存器的作用