سطح منطقی در الکترونیک

مقدمه

با سلام خدمت همه شما دوستان گرامی. در این جلسه قصد داریم در مورد سطوح منطقی در الکترونیک صحبت کنیم. به طور خلاصه قصد داریم در این جلسه به سه سوال زیر پاسخ بدیم:

• سطح منطقی چيست؟
• استانداردهاي معمول در الكترونيك ديجيتال چيست؟
• چگونه بين دو تكنولوژي متفاوت ارتباط برقرار كنيم؟

قبل از خواندن ادامه مطلب حتما مطلب جلسه قبل را مطالعه بفرماييد.

• آنالوگ و دیجیتال در الکترونیک

مفهوم سطح منطقی

در الكترونيك ديجيتال فقط دو حالت داريم:  ON يا OFF. با استفاده از اين دو حالت دستگاه ها اطلاعات را كدگذاري، منتقل و كنترل مي كنند. سطح منطقي به شكل گسترده اي هر حالت خاص و مجزايي كه يك سيگنال مي تواند داشته باشد را شرح مي دهد. در الكترونيك ديجيتال ما عموما سطخ مطالعاتمان را در دو سطح منطقي 0 و 1 باينري نگه مي داريم.

به بيان ساده سطح منطقی يك ولتاژ مشخص است يا يك حالتي كه سيگنال مي تواند بوجود بيايد. ما اغلب از دو سطح در مدارات منطقي استفاده مي كنيم ON يا OFF. در كدگذاري باينري حالت ON معادل 1 باينري است و حالت OFFمعادل 0 باينري است در آردوينو اين سيگنال ها را با حالت هاي LOW و HIGH تعريف مي كنند. LOW معادل 0منطقی و HIGH معادل 1منطقی است. تكنولوژي هاي مختلفي به كار گرفته شد تا سطوح منطقي ولتاژ را تعريف كنند.

منطق 0 يا 1

الكترونيك ديجيتال به منطق باينري جهت ذخيره، پردازش و انتقال داده يا اطلاعات وابسته است. قدرت يك سيگنال به طور معمول با سطح ولتاژ آن شرح داده مي شود. منطق 0 و 1 چگونه تعريف مي شوند؟ توليدكنندگان چيپ ها به طور كلي آن را در ديتاشيت هايشان ذكر مي كنند. معمول ترين استاندارد مورد استفاده TTL است كه مخفف Transistor-Transistor Logic است.

آشنایی با Active Low و Active High

هنگامي كه با IC ها و ميكروكنترلرها كار مي كنيد احتمالا با پين هايي مواجه مي شويد كه Activ-low و يا Active-high مواجه مي شويد.  كه نشاندهنده وضعيت پين موجود مي باشد.  اگر اين پين active-low باشد ما بايد اين پين را به زمين وصل كنيم  و اگر اين پين active-high باشد بايد به ولتاژ 5 ولت و يا 3.3 ولت وصل شود.

براي مثال فرض كنيد يك آي سي shift register داريم كه پايه فعال ساز CE دارد چنانچه در هركجاي ديتاشيت يك خط روي آن بود( علامت بار) به معناي active-low مي باشد. بنابراين پايه CE بايد به زمين وصل شود تا اين چيپ فعال شود و چنانچه روي CE خطي تبود و به صورت نرمال نوشته شده بود بدين معني است كه active-high است و بايد به ولتاژ 5ولت يا 3.3 ولت وصل شود. پس در تمامي آي سي ها چك كنيد كه آيا علامت بار در بالاي آن پين نوشته شده است يا خير.

سطح منطق TTL

اكثر سيستم هايي كه ما استفاده مي كنيم داراي سطح منطق 5 ولت TTL هستند. منطق TTL به مداراتي كه بر اساس ترانزيستورهاي دوقطبي ساخته مي شوند اطلاق مي شود تا به سوييچينگ و نگهداشتن حالات منطقي دست پيدا كنيم. ترانزيستورها اساسا كار بزرگي در سوييچ هاي كنترلي به صورت الكتريكي به عهده دارند. براي هر خانواده سطح منطقي يك عدد به عنوان ولتاژ آستانه وجود دارد.

V_OH: كمترين سطح ولتاژ خروجي كه يك TTL مي تواند براي سيگنال HIGH تعريف كند.

V_IH: كمترين سطح ولتاژ ورودي كه براي HIGH در نظر گرفته مي شود.

V_OL: بيشترين سطح ولتاژ خروجي كه مي توان براي سيگنال LOW تعريف كرد.

V_IL: بيشترين سطح ولتاژ ورودي كه مي توان براي سيگنال LOW در نظر گرفت.

دقت كنيد كه حداقل ولتاژ خروجي براي سيگنالHIGH عدد 2.7 ولت است. كه اساسا بدين معني است كه سطح ولتاژ خروجي از دستگاه براي سيگنال HIGH هميشه 2.7 است. حداقل ورودي ولتاژ براي سيگنال HIGH عدد 2ولت است يا اساسا هر ولتاژي كه حداقل 2 است به عنوان سطح منطق 1 يا همان HIGH در منطق TTL در نظر گرفته مي شود.

دقت كنيد كه يك عدد 0.7 بين خروجي يك دستگاه و ورودي دستگاه ديگر وجود دارد كه بعضي اوقات به عنوان حاشيه نويز در نظر گرفته مي شود.

همچنين حداكثر سطح خروجي ولتاژ LOW عدد0.4 است كه بدين معني است كه دستگاه براي ولتاژهاي زير 0.4 منطق 0 را در نظر مي گيرد.

همچنين بيشترين سطح ولتاژ ورودي سيگنال LOW عدد 0.8 است كه دستگاه زير اين مقدار را به عنوان منطق 0 در نظر مي گيرد.

سوالي كه ممكنه پيش بياد اينه كه اگر يك مقدار ولتاژ بين 0.8 و 2 ولت بود چه سطح منطقي براي آن در نظر بگيريم. اين محدوده از ولتاژ تعريف نشده و در يك حالت نامعتبر است. كه به عنوان يك حالت floating در نظر گرفته مي شود. در صورتي كه براي يكي از پين هاي دستگاه چنين حالتي رخ دهدسيگنالي كه مي فرستد حالت مشخصي ندارد و بين HIGH و LOW پرش مي كند.

استاندارد دیگر ولتاژ که به طور گسترده استفاده می شود دستگاههای با ولتاژ 3.3 ولت است.

سطح منطقی 3.3ولت در CMOS

با پيشرفت تكنولوژي سطح برق مصرفي دستگاهها پايين آمد و از يك ولتاژ پايين تر 3.3ولت بجاي 5 ولت استفاده شد. همچنين تكنيك ساخت براي دستگاههاي با ولتاژ پايه 3.3ولت متفاوت بود كه منجر به كوچكتر شدن footprint در طراحي بردها و كاهش هزينه ها گرديد.

اکثر سطوح ولتاژ دیگر همانند ولتاژ 5ولت است و یک دستگاه 3.3ولتی به راحتی می تواند با یک دستگاه 5ولتی بدون هیچ مولفه اضافی ارتباط برقرار کند برای مثال سطح منطق1 در ولتاژ3.3 ولت حداقل 2.4ولت می تواند باشد که این مقدار همچنان می تواند به عنوان سطح منطقی1 در ولتاژ 5ولت استفاده شود چون بالاتر از 2ولت است.

سطح منطقی آردوینو

اگر یک برد آردوینو UNO را استفاده میکروکنترلر مورد استفاده در آن ATMega328 است که سطوح ولتاژ در دیتاشیت آن کمی متفاوت است.

همانطور که مشاهده می کنید آستانه سیگنال LOW بالاتر است و همچنین حاشیه نویز نیز بزرگتر است که باعث می شود کار با سخت افزارهای دیگر آسانتر شود.

برای دریافت آخرین مطالب سایت  و همچنین مطالب منحصر به فرد دیگر که در سایت منتشر نمی شوند میتوانید در کانال تلگرام ما عضو شوید و یا در اینستاگرام ما را فالوو کنید: