W logice binarnej dwa poziomy to logiczny wysoki i logiczny niski, które generalnie odpowiadają liczbom binarnym odpowiednio 1 i 0. Sygnały z jednym z tych dwóch poziomów mogą być używane w algebrze boole’a do projektowania lub analizy układów cyfrowych.
Stan aktywnyEdit
Użycie wyższego lub niższego poziomu napięcia do reprezentowania dowolnego stanu logicznego jest dowolne. Dwie opcje to aktywny wysoki i aktywny niski. Stany active-high i active-low mogą być dowolnie mieszane: na przykład, układ scalony z pamięcią tylko do odczytu może mieć sygnał chip-select, który jest active-low, ale bity danych i adresu są konwencjonalnie active-high. Czasami projekt logiczny jest upraszczany przez odwrócenie wyboru poziomu aktywnego (patrz prawa De Morgana).
| Poziom logiczny | Sygnał aktywny-wysoki | Sygnał aktywny-low |
|---|---|---|
| Logiczny wysoki | 1 | 0 |
| Logiczny niski | 0 | 1 |
Nazwa sygnału active-low signal jest historycznie zapisywana z paskiem nad nią, aby odróżnić ją od sygnału active-high. Na przykład, nazwa Q, czytana jako „Q bar” lub „Q not”, reprezentuje sygnał aktywny-niski. Powszechnie stosowane konwencje to:
- pasek powyżej (Q)
- ukośnik prowadzący (/Q)
- przedrostek lub przyrostek n pisany małą literą (nQ lub Q_n)
- przewlekający # (Q#), lub
- przyrostek „_B” lub „_L” (Q_B lub Q_L).
Wiele sygnałów sterujących w elektronice to sygnały active-low (zwykle linie reset, linie chip-select i tak dalej). Rodziny logiczne, takie jak TTL, mogą pochłaniać więcej prądu, niż mogą pochodzić, więc zwiększa się fanout i odporność na zakłócenia. Pozwala to również na logikę typu Wired-OR, jeśli bramki logiczne są typu open-collector/open-drain z rezystorem podciągającym. Przykładem tego jest magistrala I²C i Controller Area Network (CAN) oraz magistrala lokalna PCI.
Niektóre sygnały mają znaczenie w obu stanach i notacja może na to wskazywać. Na przykład, często zdarza się, że linia odczytu/zapisu jest oznaczona R/W, wskazując, że sygnał jest wysoki w przypadku odczytu i niski w przypadku zapisu.
Poziomy napięć logicznychEdit
Dwa stany logiczne są zwykle reprezentowane przez dwa różne napięcia, ale dwa różne prądy są używane w niektórych sygnaturach logicznych, takich jak interfejs cyfrowej pętli prądowej i logice current-mode. Dla każdej rodziny układów logicznych określone są progi wysoki i niski. Gdy sygnał jest poniżej progu niskiego, jest on „niski”. Gdy powyżej progu wysokiego, sygnał jest „wysoki”. Poziomy pośrednie są niezdefiniowane, co skutkuje bardzo specyficznym zachowaniem obwodu.
Zazwyczaj dopuszcza się pewną tolerancję w używanych poziomach napięcia; na przykład, 0 do 2 woltów może reprezentować logiczne 0, a 3 do 5 woltów logiczną 1. Napięcie od 2 do 3 V byłoby nieprawidłowe i występowałoby tylko w warunkach błędu lub podczas przejścia poziomu logicznego. Jednak niewiele układów logicznych może wykryć taki stan, a większość urządzeń będzie interpretować sygnał po prostu jako wysoki lub niski w sposób niezdefiniowany lub specyficzny dla danego urządzenia. Niektóre urządzenia logiczne zawierają wejścia wyzwalające Schmitta, których zachowanie jest znacznie lepiej zdefiniowane w obszarze progowym i mają zwiększoną odporność na małe zmiany napięcia wejściowego. Problemem projektanta obwodu jest unikanie okoliczności, które produkują poziomy pośrednie, tak aby obwód zachowywał się przewidywalnie.
| Technologia | L napięcie | H napięcie | Notatki |
|---|---|---|---|
| CMOS | 0 V do 1/3 VDD | 2/3 VDD do VDD | VDD = napięcie zasilania |
| TTL | 0 V do 0.8 V | 2 V do VCC | VCC = 5 V ±10% |
Niemal wszystkie układy cyfrowe używają spójnego poziomu logicznego dla wszystkich sygnałów wewnętrznych. Ten poziom różni się jednak w zależności od systemu. Połączenie dowolnych dwóch rodzin logicznych często wymagało zastosowania specjalnych technik, takich jak dodatkowe rezystory podciągające lub specjalnie skonstruowane układy interfejsu znane jako przesuwniki poziomu. Przesuwnik poziomu łączy jeden obwód cyfrowy, który wykorzystuje jeden poziom logiczny z innym obwodem cyfrowym, który wykorzystuje inny poziom logiczny. Często stosowane są dwa przesuwniki poziomu, po jednym na każdy układ: Sterownik linii konwertuje z wewnętrznych poziomów logicznych na standardowe poziomy linii interfejsu; odbiornik linii konwertuje z poziomów interfejsu na wewnętrzne poziomy napięcia.
Na przykład poziomy TTL różnią się od poziomów CMOS. Ogólnie rzecz biorąc, wyjście TTL nie wzrasta wystarczająco wysoko, aby być niezawodnie rozpoznane jako logiczna 1 przez wejście CMOS, zwłaszcza jeśli jest podłączone tylko do wejścia CMOS o wysokiej impedancji, które nie jest źródłem znaczącego prądu. Problem ten został rozwiązany przez wynalezienie rodziny urządzeń 74HCT, które wykorzystują technologię CMOS, ale wejściowe poziomy logiczne TTL. Urządzenia te pracują tylko z zasilaniem 5 V.
.