TTL電平、CMOS電平、RS232通信電平的概念及區(qū)別

工程師進(jìn)階筆記

電平的概念：
4 t8 h! g- _* z2 N* m/ V0 S   人們在初學(xué)"電"的時(shí)候，往往把抽象的電學(xué)概念用水的具體現(xiàn)象進(jìn)行比喻。如水流比電流、水壓似電壓、水阻喻電阻。解釋"電平"不妨如法炮制。我們說的"水平"，詞典中解釋與水平面平行、或在某方面達(dá)到一定高度，引申指事物在同等條件下的比較結(jié)論。如人們常說到張某工作很有水平、李某辦事水平很差。這樣的話都知其含義所在。即指"張某"與"李某"相比而言。故借"水平"來比喻"電平"能使人便于理解。
/ g5 G9 J6 U: k1 E& Q3 x" {4 X8 H   什么是"電平"？"電平"就是指電路中兩點(diǎn)或幾點(diǎn)在相同阻抗下電量的相對比值。這里的電量自然指"電功率"、"電壓"、"電流"并將倍數(shù)化為對數(shù)，用"分貝"表示，記作"dB"。分別記作：10lg(P2/P1)、20lg(U2/U1)、20lg(I2/I1)上式中P、U、I分別是電功率、電壓、電流。
   使用"dB"有兩個好處：其一讀寫、計(jì)算方便。如多級放大器的總放大倍數(shù)為各級放大倍數(shù)相乘，用分貝則可改用相加。其二能如實(shí)地反映人對聲音的感覺。實(shí)踐證明，聲音的分貝數(shù)增加或減少一倍，人耳聽覺響度也提高或降低一倍。即人耳聽覺與聲音功率分貝數(shù)成正比。例如蚊子叫聲與大炮響聲相差100萬倍，但人的感覺僅有60倍的差異，而100萬倍恰是60dB。
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: Y8 a+ i2 }2 h/ u" H一、TTL電平：
4 w* k. v1 U" r' K5 T( W" ]% D   TTL電平信號被利用的最多是因?yàn)橥ǔ��?shù)據(jù)表示采用二進(jìn)制規(guī)定，+5V等價(jià)于邏輯"1"，0V等價(jià)于邏輯"0"，這被稱做TTL（Transistor-TransistorLogic晶體管-晶體管邏輯電平）信號系統(tǒng)，這是計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部各部分之間通信的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。
; G+ z7 H+ ?5 v   TTL電平信號對于計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想的，首先計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸對于電源的要求不高以及熱損耗也較低，另外TTL電平信號直接與集成電路連接而不需要價(jià)格昂貴的線路驅(qū)動器以及接收器電路；再者，計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是在高速下進(jìn)行的，TTL接口的操作恰能滿足這個要求。而TTL型通信大多數(shù)情況下，是采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式，而并行數(shù)據(jù)傳輸對于超過10英尺的距離就不適合了。這是由于可靠性和成本兩面的原因。因?yàn)樵诓⑿薪涌谥写嬖谥�偏相和不對稱的問題，這些問題對可靠性均有影響。
# w" o, h8 ?7 @8 \$ G( p7 p" s   TTL輸出高電平>2.4V，輸出低電平=2.0V，輸入低電平
( K9 X' g: {2 a$ J0 @1 P& V+ p   TTL電路是電流控制器件，TTL電路的速度快，傳輸延遲時(shí)間短(5-10ns)，但是功耗大。
( ]* ]( L$ c9 f" E) M* o, S- l輸出L：2.4V。
輸入L：2.0V
* V% O, {$ i7 X" R' D/ ]# cTTL器件輸出低電平要小于0.8V，高電平要大于2.4V。輸入，低于1.2V就認(rèn)為是0，高于2.0就認(rèn)為是1。

二、CMOS電平：
  COMS集成電路是互補(bǔ)對稱金屬氧化物半導(dǎo)體（Complementary symmetry metal oxide semiconductor）集成電路的英文縮寫，電路的許多基本邏輯單元都是用增強(qiáng)型PMOS晶體管和增強(qiáng)型NMOS管按照互補(bǔ)對稱形式連接的，靜態(tài)功耗很小。COMS電路的供電電壓電壓波動允許±10，當(dāng)輸出電壓高于VDD-0.5VVDD范圍比較廣在+5--+15V均能正常工作，時(shí)為邏輯1，輸出電壓低于VSS+0.5V(VSS為數(shù)字地)為邏輯0，扇出數(shù)為10--20個COMS門電路.
5 z( y1 D3 h) M/ x輸出L：0.9*Vcc。
輸入L：0.7*Vcc.
! u  R! o/ o# Y( s8 S. Q4 _由于CMOS電源采用12V，則輸入低于3.6V為低電平，噪聲容限為1.8V，高于3.5V為高電平，噪聲容限高為1.8V。比TTL有更高的噪聲容限。
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三、RS232標(biāo)準(zhǔn)
: T9 d& a6 e- f  [8 m; M   RS－232原是基于公用電話網(wǎng)的一種串行通信標(biāo)準(zhǔn)，推薦的最大電纜長度為15米，即傳輸距離一般不超過15米。它的邏輯電平以公共地為對稱，其邏輯"0"電平規(guī)定在＋3～＋25V之間，邏輯"1"電平則在－3～－25V之間，因而它不僅要使用正負(fù)極性的雙電源，而且與傳統(tǒng)的TTL數(shù)字邏輯電平不兼容，兩者之間必須使用電平轉(zhuǎn)換。邏輯1的電平為-3～-15V，邏輯0的電平為+3～+15V，注意電平的定義反相了一次。

  TTL電路的電平就叫TTL電平，CMOS電路的電平就叫CMOS電平電平，TTL集成電路的全名是晶體管-晶體管邏輯集成電路（Transistor-TransistorLogic),COMS集成電路是互補(bǔ)對稱金屬氧化物半導(dǎo)體（Complementary symmetry metal oxide semiconductor）集成電路的英文縮寫，電路的許多基本邏輯單元都是用增強(qiáng)型PMOS晶體管和增強(qiáng)型NMOS管按照互補(bǔ)對稱形式連接的，靜態(tài)功耗很小。  
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" }  ^  o5 K0 E1 z3 v8 i  k四、TTL與CMOS電平使用起來有什么區(qū)別：
/ b) N  s7 R  Z1.電平的上限和下限定義不一樣，CMOS具有更大的抗噪?yún)^(qū)域。同是5伏供電的話，TTL一般是1.7V和3.5V的樣子，CMOS一般是2.2V,2.9V的樣子，不準(zhǔn)確，僅供參考。
2.電流驅(qū)動能力不一樣，TTL一般提供25毫安的驅(qū)動能力，而CMOS一般在10毫安左右。
4 J+ p& @" Y* a0 ]& U3.需要的電流輸入大小也不一樣，一般TTL需要2.5毫安左右，CMOS幾乎不需要電流輸入。
4 b7 S% j1 g! j8 I! {% O4.很多器件都是兼容TTL和CMOS的，datasheet會有說明。如果不考慮速度和性能，一般器件可以互換。但是需要注意有時(shí)候負(fù)載效應(yīng)可能引起電路工作不正常，因?yàn)橛行㏕TL電路需要下一級的輸入阻抗作為負(fù)載才能正常工作。