FPGA之道（4）锁存器与寄存器

概念

触发器与这两个称谓之间到底有着什么样的关系呢？
事实上，在我们进行数字电路设计的时候，只需要关注于器件的功能和使用方式即可，而不需要对器件的实现原理和结构进行过多细节方面的了解，因此，通常将电平敏感型的触发器叫做锁存器，而将边沿敏感型的触发器叫做寄存器，并且，通常所说的锁存器，大多是指电平敏感型D触发器，而通常所说的寄存器，大多是指边沿敏感型D触发器。

多位

将多个锁存器或者寄存器并行使用，即可形成多位锁存器或者多位寄存器。这是考虑到现实世界中，需要存储的信息往往是一个bit所不能完全表示的。
多位寄存器的一个典型例子便是计数器，例如我们需要实现一个在0~7之间不断变化的计数器，那么就需要将3个1bit的寄存器并行使用，形成3位寄存器。

阵列

将若干个多位寄存器聚合在一起，形成一维、二维甚至更高维度的结构，便成为了寄存器阵列。这样便可以形成更为复杂的存储结构，从而实现更为复杂的功能。
阵列寄存器中一个典型的例子便是移位寄存器，它是通过将多个寄存器首尾相连得到的，并且根据最开始与最末尾两个寄存器的连接关系，又可分为普通移位寄存器和环形移位寄存器，分别介绍如下：

普通移位寄存器

以三级普通移位寄存器为例，它的原理电路图如下：

当不使用异步置0、置1信号时，并且假设时钟信号clock是同时到达各个寄存器的，那么结合主从D触发器、维持-阻塞型触D发器或者是边沿触发的JK触发器的脉冲特性来看，当D1的输出还没有来得及更新时，D2的输入已经或恰巧不需要保持稳定了。同理可以分析D3，因此，在clock上升沿到来之时，上图中各个寄存器的状态转换公式为：

假设D的变化间隔与clock信号的周期一致，那么，上述三级普通移位寄存器的整体状态转换公式可写为：

二、环形移位寄存器。
以三级环形移位寄存器为例，它的原理电路图如下：

上电后，各个寄存器肯定先被分配了确定的值，那么当不使用异步置0、置1信号时，在clock上升沿到来之时，上图中各个寄存器的状态转换公式为：

若设初始时，各个寄存器的输出分别为O1、O2、O3，那么上述三级环形移位寄存器的整体状态转换公式可写为：

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