سطح منطقی یا Logic Levels چیست؟

سطح منطقی

سطح منطقی یا Logic Levels چیست؟

ما در دنیای سیگنال های انالوگ زندگی میکنیم. در الکترونیک دیجیتال فقط دو حالت ON – OFF وجود دارد که با استفاده از این دو حالت دستگاه ها میتوانند رمزگشایی، انتقال و کنترل تعداد زیادی داده ها را انجام دهند. سطح های منطقی به طور گسترده حالتی خاص یا گسسته که یک سیگنال می تواند داشته باشد را توصیف می کند. در الکترونیک دیجیتال عموما مطالعاتمان را به دو حالت منطقی باینری ۱ و باینری ۰ محدود می کنیم.

در ادامه این آموزش موارد زیر را مورد بررسی قرار خواهیم داد:

  • سطح منطقی چیست؟
  • استانداردهای مشترک برای سطح منطقی در الکترونیک دیجیتال چیست؟
  • چگونه بین دو تکنولوژی مختلف ارتباط برقرار کنیم.
  • تغییر سطح
  • رگولاتورهای ولتاژ Buck-boost

سطح منطقی چیست؟

به شکل ساده سطح منطقی ولتاژ شرایط یا حالتی است که یک سیگنال میتواند وجود داشته باشد. ما اغلب به دو حالت خاموش یا روشن در مدار دیجیتال میرسیم. در باینری حالت روشن به ۱ باینری و حالت خاموش به ۰ باینری ترجمه می شود. در آردوینو ما به این سیگنال ها به ترتیب HIGH یا LOW می گوییم. چندین تکنولوژی مختلف وجود دارد که در طول ۳۰ سال گذشته در الکترونیک برای مشخص کردن سطح های مختلف ولتاژ تکامل یافته است.

منطق ۰ یا منطق ۱

الکترونیک دیجیتال بر منطق باینری برای ذخیره سازی، پردازش و انتقال اطلاعات یا داده تکیه دارد. منطق باینری به دو حالت خاموش یا روشن اشاره دارد. این بطور مشترک بعنوان باینری ۱ یا باینری ۰ ترجمه میشود . همچنین باینری ۱ به سیگنال HIGH و باینری ۰ به سیگنال low ارجاع داده میشود.

قدرت سیگنال معمولا با سطح ولتاژ توصیف میشود. منطق ۰ یا منطق ۱ چگونه توصیف میشود؟

سازندگان چیپ ها معمولا این ها را در برگه مشخصات (دیتا شیت) توضیح میدهند. بیشترین استاندارد مشترک TTL یا منطق ترانزیستور –ترانزیستور است.

فعال LOW یا فعال HIGH

زمانی که با آی سی ها و میکروکنترلرها کار می کنید شما به احتمال زیاد با پایه های Active-low و یا Active-high برخورد خواهید کرد. به شکل ساده این مشخص می کند که هر پین چگونه فعال می شود. اگر پین active-low باشد شما باید با متصل کردن پین به زمین GND ان را LOW کنید. و برای پین های Active-high آن را به ولتاژ High که معمولا بین ۳٫۳ تا ۵ است وصل کنید.

برای مثال فرض کنید که شما یک Shift register که پین فعال دارد (CE) دارید. اگر شما هر کجای دیتا شیت پین CE را دیدید که یک خط بالای ان بود مثل این CE مشخص می کند که پین active-low است. CE پین نیاز دارد که به GND متصل شود تا چیپ فعال شود. اگر چه پین CE خطی بالایش نداشت سپس مشخص میشود که Active-high میباشد و نیاز دارد که به ولتاژ HIGH متصل شود تا پین فعال شود.

آی سی های زیادی وجود دارد که هر دو پین Active-high و active-low را دارند فقط دوباره چک کنید که اسم پین ها دارای یک خط بالایش باشند این خط نشان دهنده NOT میباشد. زمانی که چیزی NOT باشد حالتش را به سمت مخالف تغییر میدهد بنابراین اگر ورودی Active-high NOT شود تبدیل به Active-low می شود.

سطح های منطقی TTL

بسیاری از سیستم هایی که ما استفاده میکنیم بر ۳٫۳ ولت یا ۵ ولت سطح TTL تکیه دارد. TTL مخفف کلمه transistor-transistor logic می باشد. این بر مداراتی که از ترانزیستورهای دو قطبی برای بدست اوردن سویچینگ و تنطیم حالت های منطقی هستند تکیه دارد. ترانزیستورها اساسا صحبت فانتزی برای سوئیچ های کنترلی الکتریکی هستند. برای هر خانواده منطقی تعدادی سطح های ولتاژ استانه وجود دارد که باید بدانیم. در زیر یک مثال برای سطح ۵ ولت TTL استاندارد را می توانید ببینید.

  • Voh – حداقل سطح ولتاژ خروجی که قطعه TTL برای سیگنال HIGH فراهم خواهد کرد.
  • Vih —حداقل سطح ولتاژ ورودی در نظر گرفته شده برای HIGH
  • VOL – حداکثر سطح ولتاژ خوجی که قطعه TTL برای سیگنال LOW فراهم خواهد کرد.
  • VIL – حداکثر سطح ولتاژ ورودی در نظر گرفته شده برای LOW

در این مثال متوجه خواهید شد که حداقل ولتاژ HIGH خروجی (VOH)2.7 ولت است. اساسا این بدین معنی است که ولتاژ خروجی قطعه راه انداز HIGH همیشه حداقل ۲٫۷ ولت خواهد بود. حداقل ولتاژ HIGH ورودی (VIH) 2.7 ولت است ، یا اساسا هر ولتاژی که حداقل ۲ ولت باشد در قطعات TTL بعنوان ۱ منطقی HIGH خوانده میشود. همچنین متوجه این خواهید شد که یک ۰٫۷ ولت بین خروجی یکی از قطعات و ورودی قطعه دیگر وجود دارد این مسئله گاهی
مربوط به نویز میباشد. به همین ترتیب حداکثر ولتاژ خروجی LOW ( VOL ) 0.4 ولت است . این بدین معنی است که قطعه تلاش میکند تا ۰ منطقی که
میفرستد همیشه کمتر از ۰٫۴ ولت باشد. ماکزیمم ولتاژ ورودی LOW (VIL) 0.8 ولت میباشد بنابراین هر سیگنال ورودی که زیر ۰٫۸ ولت باشد وقتی در قطعه خوانده میشود بعنوان ۰ منطقی LOW در نظر گرفته میشود.

چه اتفاقی میافتد اگر شما ولتاژی مابین ۰٫۸ ولت و ۲ ولت باشد؟ خب، حدس شما هم به اندازه من خوب است. این رنج از ولتاژها تعریف نشده و نتیجه در حالت غیر قابل قبولی است که اغلب به آن حالت شناور گفته میشود. اگر پین خروجی بر روی قطعه شما ” floating ” در این رنج باشد هیچ تضمینی وجود ندارد که نتیجه سیگنال شما چه باشد .ممکن است خود به خود بین HIGH و LOW بازی کند.

در زیر نگاهی به تلرانس ورودی یا خروجی برای یک قطعه فعال TTL می اندازیم.

سطح منطقی ۳٫۳ ولت CMOS

با پیشرفت تکنولوژی  قطعاتی خلق شد که به توان کمتری نیاز دارد و ولتاژ بیس کمتری نیاز خواهد داشت (Vcc=3.3v به جای ۵ ولت). تکنیک های ساخت برای قطعات ۳٫۳ ولت کمی متفاوت است که اجازه میدهد فضای کمتری روی برد خواهد گرفت و هزینه کلی سیستم را کاهش خواهد داد.

برای اطمینان از انطباق پذیری، متوجه خواهید شد که بیشتر سطح های ولتاژ عموما مشابه قطعات ۵ ولت میباشد. یک قطعه ۳٫۳ ولت میتواند بدون هیچ تجهیزات اضافی با قطعه ۵ ولتی ارتباط برقرار کند. برای مثال ، ۱ منطقی (HIGH) از یک قطعه ۳٫۳ ولتی حداقل ۲٫۴ ولت میباشد. این همچنان بعنوان ۱ منطقی (HIGH) به یک سیستم ۵ ولت تعبیر می شود چون بلاتر از ۲ ولت VIH میباشد .

برای احتیاط، چه بسا زمانی که از جهت دیگه حرکت کنیم و از قطعات ۵ ولت به ۳٫۳ ولت میرویم با اطمینان داشت که قطعه ۳٫۳ ولتی توان نحمل ۵ ولت را داشته باشد. مشخصات مورد نظر شما حداکثر ولتاژ ورودی است. در قطعات که ولتاژ آن دقیقا ۳٫۳ ولت است هر ولتاژ بالای ۳٫۶ ولت موجب آسیب به چیپ می شود. شما میتوانید از تقسیم کننده ولتاژ ساده (مانند ۱ کیلو اهم و ۲ کیلو اهم) برای کاهش سیگنال ۵ ولت به ۳٫۳ ولت استفاده کنید.

سطح منطقی آردوینو

به دیتاشیت Atmega328 (میکروکنرلر اصلی پشت Arduino Uno و برد قرمز Spark fun) نگاه کنید، باید به این توجه داشته باشید که سطح ولتاژ کمی تفاوت دارد. آردوینو بروی پلتفرمی که کمی قوی تر است ساخته شده است. مهمترین تفاوت قابل توجه این است که محدوده غیرقابل قبول ولتاژ تنها بین ۱٫۵ و ۳ ولت میباشد. نویز در آردوینو بیشتر است و آستانه بیشتری برای سیگنال LOW دارد این باعث میشود ساخت رابط و کار با آن ساده تر شود.

source

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.