邏輯電平0與1的世界

我們生活在模擬信號(hào)的世界中，但在數(shù)字電子設(shè)備中，只有兩種狀態(tài)：開或關(guān)。使用這兩種狀態(tài)，設(shè)備可以編碼，傳輸和控制大量數(shù)據(jù)。

從廣義上講，邏輯電平描述信號(hào)可以具有的任何特定的離散狀態(tài)。在數(shù)字電子學(xué)中，我們通常將研究限于兩個(gè)邏輯狀態(tài)：二進(jìn)制1和二進(jìn)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(hào)的狀態(tài)，通常為“0/1” 或 “開/關(guān)”或 “ON/OFF”或 “LOW / HIGH”等。

數(shù)字電子產(chǎn)品依靠二進(jìn)制邏輯來存儲(chǔ)，處理和傳輸數(shù)據(jù)或信息，我們通常將數(shù)字電路中的兩個(gè)狀態(tài)稱為“開”或“關(guān)”。

信號(hào)的強(qiáng)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(huì)在其規(guī)格中對(duì)其進(jìn)行定義，最常見的標(biāo)準(zhǔn)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(shù)系統(tǒng)都依賴于3.3V或5 V TTL電平，一般依靠雙極晶體管構(gòu)建的電路來實(shí)現(xiàn)切換并保持邏輯狀態(tài)。 在數(shù)字電路中，所謂“門”就是只能實(shí)現(xiàn)基本邏輯關(guān)系的電路。最基本的邏輯關(guān)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(gòu)成，成為分立元件門。也可以將門電路的所有器件及連接導(dǎo)線制作在同一塊半導(dǎo)體基片上，構(gòu)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(shè)備將為HIGH信號(hào)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(shè)備將為L(zhǎng)OW信號(hào)提供的最大輸出電壓電平。

VIL：最大輸入電壓電平仍被視為L(zhǎng)OW。

你會(huì)發(fā)現(xiàn)，最小輸出HIGH電壓（VOH）為2.7V?；旧?，這意味著驅(qū)動(dòng)HIGH的設(shè)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(shè)備。

你還會(huì)發(fā)現(xiàn)，一個(gè)設(shè)備的輸出與另一設(shè)備的輸入之間有0.7 V的緩沖，有時(shí)稱為噪聲余量。

最大輸出低電壓（VOL）為0.4V，這意味著試圖發(fā)出邏輯0的設(shè)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(shí)，低于0.8 V的輸入信號(hào)仍將被視為邏輯0（LOW）。

如果電壓在0.8 V和2 V之間，會(huì)發(fā)生什么？

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

三、3.3 V CMOS邏輯電平

隨著技術(shù)的進(jìn)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(zhǔn)電壓都是3.3V（當(dāng)然，支持5V輸入）。

之前寫過一篇《STM32數(shù)據(jù)手冊(cè)中那些重要內(nèi)容》講過手冊(cè)中會(huì)指出邏輯電平的電壓。

四、邏輯電平轉(zhuǎn)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(hào)進(jìn)行通信，有些芯片能兼容，就不需要轉(zhuǎn)換。

但有些芯片不兼容，比如：3.3V器件，如果超過3.6V就會(huì)永久損壞，此時(shí)就需要轉(zhuǎn)換。

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

1.三極管

2.光耦

3.集成IC轉(zhuǎn)換