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邏輯電平0與1的世界

黃工的嵌入式技術圈 ? 來源:黃工的嵌入式技術圈 ? 作者:黃工的嵌入式技術 ? 2020-02-05 11:46 ? 次閱讀

我們生活在模擬信號的世界中,但在數字電子設備中,只有兩種狀態:開或關。使用這兩種狀態,設備可以編碼,傳輸和控制大量數據。

從廣義上講,邏輯電平描述信號可以具有的任何特定的離散狀態。在數字電子學中,我們通常將研究限于兩個邏輯狀態:二進制1和二進制0。

一、什么是邏輯電平?

邏輯電平是特定電壓或可以存在信號的狀態,通常為“0/1” 或 “開/關”或 “ON/OFF”或 “LOW / HIGH”等。

數字電子產品依靠二進制邏輯來存儲,處理和傳輸數據或信息,我們通常將數字電路中的兩個狀態稱為“開”或“關”。

信號的強度通常由其電壓電平來描述,如何定義邏輯0(低)或邏輯1(高)?芯片制造商通常會在其規格中對其進行定義,最常見的標準是TTL或晶體管邏輯。

二、TTL邏輯電平TTL:Transistor-Transistor Logic,晶體管-晶體管邏輯。 我們使用的大多數系統都依賴于3.3V或5 V TTL電平,一般依靠雙極晶體管構建的電路來實現切換并保持邏輯狀態。 在數字電路中,所謂“門”就是只能實現基本邏輯關系的電路。最基本的邏輯關系是與、或、非,最基本的邏輯門是與門、或門和非門。 邏輯門可以用電阻電容二極管、三極管等分立原件構成,成為分立元件門。也可以將門電路的所有器件及連接導線制作在同一塊半導體基片上,構成集成邏輯門電路。 TTL有許多閾值電壓電平需要知道,以5V TTL電平為例:

VOH:TTL設備將為HIGH信號提供的最小輸出電壓電平。

VIH:最小輸入電壓電平被視為高電平。

VOL:設備將為LOW信號提供的最大輸出電壓電平。

VIL:最大輸入電壓電平仍被視為LOW。

你會發現,最小輸出HIGH電壓(VOH)為2.7V。基本上,這意味著驅動HIGH的設備的輸出電壓將始終至少為2.7V。最小輸入HIGH電壓(V IH)為2 V,或者基本上任何至少2 V的電壓都將作為邏輯1(HIGH)讀入TTL設備。

你還會發現,一個設備的輸出與另一設備的輸入之間有0.7 V的緩沖,有時稱為噪聲余量。

最大輸出低電壓(VOL)為0.4V,這意味著試圖發出邏輯0的設備將始終低于0.4V。

最大輸入低電壓(VIL)為0.8V。因此,任何讀入器件時,低于0.8 V的輸入信號仍將被視為邏輯0(LOW)。

如果電壓在0.8 V和2 V之間,會發生什么?

答案:該電壓范圍是不確定的,無效狀態,通常稱為浮動狀態。如果設備上的輸出引腳在該范圍內“浮動”,則無法確定信號的結果。它可能在HIGH和LOW之間任意跳動。

三、3.3 V CMOS邏輯電平

隨著技術的進步,邏輯電壓越來越低,3.3V,1.8V,甚至1.2V。

目前市面上大部分MCU的電壓都是3.3V,拿STM32來說,基準電壓都是3.3V(當然,支持5V輸入)。

之前寫過一篇《STM32數據手冊中那些重要內容》講過手冊中會指出邏輯電平的電壓。

四、邏輯電平轉換

目前常見的邏輯電平5V和3.3V居多,但如果使用兩種電平信號進行通信,有些芯片能兼容,就不需要轉換。

但有些芯片不兼容,比如:3.3V器件,如果超過3.6V就會永久損壞,此時就需要轉換。

5V與 3.3V之間轉換的方式有很多種:三極管電路、光耦電路、集成IC轉換等。

1.三極管

2.光耦

3.集成IC轉換

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