Tricky Circuit

保存一位的 SR 锁存器

让电路学会记忆

SR 是 Set Reset,即置位和复位:分别写入 1 和 0。锁存器保存一个位,也就是值为 0 或 1 的二进制数字。两个 NOR(NOT OR,或非)门把各自输出反馈给对方。NOR 只有在两个输入都为 0 时输出 1。这里逻辑 1 是 5 V,逻辑 0 是 0 V。

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实验台

改变电路设置,预测读数,再检查挑战结果。这些是教学模型,每课都会说明模型的假设。

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工作原理

理想高电平有效输入:1 启动命令。S = R = 1 无效;随后释放到 00,记忆仍不确定,直到单独置位或复位。断电将教学模型复位为 0;真实电路上电状态不保证。忽略延迟和噪声。 使用“同时释放两个输入”把 S 和 R 一起返回 0。

S 是置位,R 是复位,Q 是保存的输出,Q̅ 在有效状态下与其相反。S = R = 0 时反馈保持旧位。两个命令同时为 1 会把两个输出都强制为 0。

难度
  1. 搭建 · 观察

    通电。设 S = 1、R = 0,得到 Q = 5 V。

    需要提示?

    S=1; R=0 → Q=5 V

  2. 探索 · 实验

    先设 S = 1、R = 0,再把 S 释放到 0。保持 R = 0,确认 Q 仍为 5 V。

    需要提示?

    S=1; R=0 → S=0; R=0 → Q=5 V

  3. 独立解题 · 解决

    设 S = 0、R = 1。得到 Q = 0 V、Q̅ = 5 V。

    需要提示?

    S=0; R=1 → Q=0 V; Q̅=5 V

延伸阅读与电路配方

保存一位的 SR 锁存器

门传感器只发出一瞬间信号。没有记忆,你查看之前事件就消失了。交叉反馈把短暂事件变成可稍后确认的状态。

S,R = 00 → Qprev; 10 → Q=1; 01 → Q=0; 11 → Q=Q̅=0

输入 00 的结果取决于先前状态:它是保持,不是写零。Q̅ 上的横线表示互补逻辑输出,不是负电压。

实用关联

传感器恢复正常后,短暂警报仍可被记住。单独复位表示已确认警报。

意外细节

反馈只有在电源合适时才保持状态。此锁存器不是永久存储器。

值得避开的误区

不要把 S = R = 1 当作正常存储命令。同时释放不能可靠地选定一个位。

有效置位后,两个输入恢复为 0。Q 会…

  1. 保持 1
  2. 变成 0
  3. 自动振荡
延伸阅读

两个门维持已有状态,期间没有复位命令。

记住警报

置位后把 S 返回 0,不改变 R。

置位时和释放后 Q 都为 5 V。

确认警报

释放置位后启动复位。

Q 变为 0 V;释放复位后保持 0。

试试其他变化

试试 S = R = 1,再同时释放,观察不确定状态。只启动复位来恢复。与正常保持比较。

bob.cs.sonoma.edu