简述基本与非门sr锁存器的结构及工作原理

基本与非门SR锁存器（Set-Reset Latch）是数字威廉希尔官方网站 中的一种基础元件，用于存储一位二进制数据。它由两个互补的与非门（NAND gate）组成，通过这两个与非门的交叉反馈实现状态的锁存。以下是对其基本结构及工作原理的简述：

一、结构

基本与非门SR锁存器主要由两个与非门组成，这两个与非门的输出分别连接到对方的输入端，形成交叉反馈的结构。具体来说，锁存器有两个输入端S（Set，置位）和R（Reset，复位），以及两个输出端Q和Q'（Q的补码）。

二、工作原理

1. 初始状态

当SR锁存器刚上电或处于未确定状态时，S和R的输入电平可能是任意的。然而，由于与非门的特性（即当且仅当所有输入为高电平时，输出才为低电平），输出Q和Q'的电平将迅速稳定到一个确定的状态。这个状态取决于S和R的初始电平以及与非门的具体实现方式。

2. 工作模式

• 置位（Set） ：当S为高电平（逻辑1），R为低电平（逻辑0）时，与非门G1（假设G1的输出连接到Q）的输入为S和Q'（由于Q'是Q的补码，初始时可能不确定），但由于R为低电平，G2（输出连接到Q'）的输出Q'将确定为高电平（因为G2的另一个输入是R，为低电平）。此时，G1的输入为S（高电平）和Q'（高电平），输出Q将变为低电平（与非门逻辑），但Q'保持高电平。这样，锁存器被置位到Q=1、Q'=0的状态。
• 复位（Reset） ：当S为低电平（逻辑0），R为高电平（逻辑1）时，情况与置位相反。此时，G2的输出Q'将变为低电平（因为G2的一个输入R为高电平，而另一个输入Q的初始状态不影响G2的输出），而G1的输出Q将变为高电平（因为G1的一个输入S为低电平，另一个输入Q'也为低电平）。这样，锁存器被复位到Q=0、Q'=1的状态。
• 保持（Hold） ：当S和R都为低电平时，两个与非门的输出将保持不变。这是因为无论Q和Q'的初始状态如何，G1和G2的输出都不会改变（由于所有输入都是低电平，与非门输出保持高电平）。因此，锁存器保持当前状态不变。
• 非法状态 ：当S和R都为高电平时，SR锁存器进入一种非法状态。由于与非门的交叉反馈结构，此时Q和Q'的输出将变得不确定且可能产生振荡。因此，在实际应用中应避免这种情况的发生。

三、总结

基本与非门SR锁存器通过两个互补的与非门实现了一位二进制数据的存储。它根据S和R的输入电平来控制锁存器的置位、复位和保持操作。在实际应用中，需要确保S和R的输入信号满足约束条件（即不同时为高电平），以避免锁存器进入非法状态。