模拟信号在我我们生活中无处不在,但在数字电子设备中,只有两种状态:开或关。通过这两种状态,设备可以编码、传输和控制大量数据。
从广义上讲,逻辑电平信号可以具有的任何特定的离散状态。在数字电子学中,我们通常只有两个逻辑状态:二进制1和二进制0。
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什么是逻辑电平?逻辑电平是特定电压,或可以存在信号的状态,通常为“0/1” 或 “开/关” 或 “ON/OFF” 或 “LOW / HIGH”等。
数字电子产品依靠二进制逻辑来存储、处理和传输数据或信息,我们通常将数字电路中的两个状态称为“开”或“关”。
信号的强度通常由其电压电平来描述,如何定义逻辑0(低)或逻辑1(高),芯片制造商通常会在其规格中对其进行定义,最常见的标准是TTL或晶体管逻辑。
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TTL逻辑电平TTL:Transistor-Transistor Logic,晶体管-晶体管逻辑。
我们使用的大多数系统都依赖于3.3V或5V的TTL电平,一般依靠双极晶体管构建的电路来实现切换并保持逻辑状态。
在数字电路中,所谓“门”就是只能实现基本逻辑关系的电路。最基本的逻辑关系是与、或、非,最基本的逻辑门是与门、或门和非门。
逻辑门可以用电阻、电容、二极管、三极管等分立原件构成,成为分立元件门。也可以将门电路的所有器件及连接导线制作在同一块半导体基片上,构成集成逻辑门电路。
TTL有许多阈值电压电平需要知道,以5V TTL电平为例:
VOH:TTL设备将为HIGH信号提供的最小输出电压电平。
VIH:最小输入电压电平被视为高电平。
VOL:设备将为LOW信号提供的最大输出电压电平。
VIL:最大输入电压电平仍被视为LOW。
你会发现,最小输出HIGH电压(VOH)为2.7V。基本上,这意味着驱动HIGH的设备的输出电压将始终至少为2.7V。
最小输入HIGH电压(VIH)为2V,或者基本上任何至少2V的电压都将作为逻辑1(HIGH)读入TTL设备。
你还会发现,一个设备的输出与另一设备的输入之间有0.7V的缓冲,有时称为噪声余量。
最大输出低电压(VOL)为0.4V,这意味着试图发出逻辑0的设备将始终低于0.4V。
最大输入低电压(VIL)为0.8V。因此,任何读入器件时,低于0.8 V的输入信号仍将被视为逻辑0(LOW)。
如果电压在0.8 V和2 V之间,会发生什么?
答案:该电压范围是不确定的,无效状态,通常称为浮动状态。如果设备上的输出引脚在该范围内“浮动”,则无法确定信号的结果。它可能在HIGH和LOW之间任意跳动。
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3.3 V CMOS逻辑电平随着技术的进步,逻辑电压越来越低,3.3V、 1.8V、甚至1.2V、 1.1V。
目前市面上大部分MCU的电压都是3.3V,拿STM32来说,基准电压都是3.3V(当然,部分IO支持5V输入)。
很多芯片手册都会指出逻辑电平以及电压大小,比如:
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逻辑电平转换目前常见的逻辑电平5V和3.3V居多,如果使用两种电平信号进行通信,有些芯片能兼容,就不需要转换。
但有些芯片不兼容,比如:3.3V器件,如果超过3.6V就会永久损坏,此时就需要转换。
5V 与 3.3V 之间转换的方式有很多种:三极管电路、光耦电路、集成IC转换等。
1.三极管
2.光耦
3.集成IC转换
电平转换的方法还有很多,最简单的电阻分压也算一种,感兴趣的朋友可自行研究。