锁存器、触发器和寄存器区别对比-基础小知识（十）

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基本概念
锁存器与触发器区别
锁存器与触发器不同应用场合
锁存器产生条件
锁存器危害
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基本概念

锁存器(latch)：、在电平信号的作用下改变状态，是一种电平触发的存储单元。锁存器的数据存储动作取决于输入使能信号的电平值，仅当锁存器处于使能状态时，输出数据才会随着数据输入发生变化，否则处于锁存状态。

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。

以D锁存器为例

当CP = 1 时,输出端的状态随输入端的状态而改变。Q n+1 = D ,存入新的数据；当CP = 0 时,无论 D 如何变化，输出端的状态保持不变。Q n+1 = Q n，存入的数据不变。

触发器(FF)：当收到输入时钟脉冲时，便会根据规则改变状态，然后保持这种状态直到收到下一个触发脉冲信号到来，边沿敏感。

以边沿触发D触发器为例

边沿触发器而言，只有当时钟从0跳变到1时，才会引起输出的改变。边沿触发的D型触发器，它由两级R-S触发器按如下方式连接而成，时钟信号在第一级中进行了取反操作。

非工作状态下，其数据和时钟输入均为0，且Q的输出也为0
使数据端输入1，则改变了第一级触发器的状态，因为时钟输入取反变为1。但是第二级触发器状态保持不变，因为时钟输入仍然为0。
把时钟输入变为1，这就引起了第二级触发器输出的改变，使Q输出变为1。
只有在时钟输入从0变为1的瞬间，Q的输出才发生改变。

寄存器(register)：存储电路通常是由触发器构成的，因为一个触发器能存储一位二进制数，所以N个触发器就可以构成N位寄存器，可以将寄存器理解成多个触发器构成的暂存单元。

锁存器与触发器区别

触发器(寄存器)由同步时钟信号控制的，需要时钟信号；而锁存器是由电平使能信号控制的，不需要时钟信号。在FPGA的可用资源中，触发器资源非常常见，但是锁存器则很少，需要由一个逻辑门和触发器来构成，浪费较多资源。
latch是电平触发的，锁存器的输出对输入透明的，输入是什么，输出就是什么，这就是锁存器不稳定的原因；而触发器是由两个锁存器构成的一个主从触发器，输出对输入是不透明的，必须在时钟的上升/下降沿才会将输入体现到输出，所以能够消除输入的毛刺信号。

锁存器与触发器不同应用场合

若数据信号有效性滞后于控制信号有效，则选择锁存器；若数据信号提前于控制信号到达并且要求同步操作，则采用触发器(寄存器)。

锁存器产生条件

组合逻辑中case结构缺乏default组合逻辑中if-else结构描述不全组合逻辑always（）中敏感列表不全

组合逻辑是否会生成锁存器，其根本原因是该组合逻辑存在保持功能！

锁存器危害

对毛刺敏感，不能异步复位，所以上电以后可能处于不确定的状态；
Latch会使静态时序分析变得非常复杂；
DFT处理复杂
FPGA基本的单元是由查找表和触发器组成的，若生成锁存器反而需要更多的资源。CPU设计有些充分利用锁存器特性，在实际应用中，有些设计不可避免的要使用Latch，特别是总线应用上，例如，地址锁存器，数据锁存器，复位信号锁存器等。

参考文档

【1】触发器(寄存器)与锁存器的异同
【2】寄存器，触发器，锁存器之间的区别与联系
【3】边沿触发-D型触发器
【4】RS锁存器和D锁存器的电路结构及工作原理
【5】实例解析Verilog综合出锁存器的问题
【6】latch和寄存器有什么区别锁存器的危害分析