人們在初學(xué)“電平”的時候，往往把抽象的電學(xué)概念用水的具體現(xiàn)象進行比喻,。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,。

相關(guān)概念的定義 要了解邏輯電平的內(nèi)容，首先要知道以下幾個概念的含義：  

1,、輸入高電壓（Vih）：保證邏輯門的輸入為高電平時所允許的最小輸入高電平,，當(dāng)輸入電平高于Vih時，則認(rèn)為輸入電平為高電平,。  

2,、輸入低電壓（Vil）：保證邏輯門的輸入為低電平時所允許的最大輸入低電平，當(dāng)輸入電平低于Vil時,，則認(rèn)為輸入電平為低電平,。  

3、輸出高電壓（Voh）：保證邏輯門的輸出為高電平時的輸出電平的最小值,，邏輯門的輸出為高電平時的電平值都必須大于此Voh,。  

4,、輸出低電壓（Vol）：保證邏輯門的輸出為低電平時的輸出電平的最大值，邏輯門的輸出為低電平時的電平值都必須小于此Vol,。  

5,、閾值電平電壓(Vt)：數(shù)字電路芯片都存在一個閾值電壓,，就是電路剛剛勉強能翻轉(zhuǎn)動作時的電平,。它是一個界于輸入高電壓和輸入低電壓之間的電壓值，對于CMOS電路的閾值電平電壓,，基本上是二分之一的電源電壓值,，但要保證穩(wěn)定的輸出，則必須要求輸出高電壓> 輸入高電壓,，輸出低電壓<輸入低電>壓,，而如果輸入電壓在閾值上下，也就是Vil～Vih這個區(qū)域,，電路的輸出會處于不穩(wěn)定狀態(tài),。

參數(shù)間關(guān)系 

對于一般的邏輯電平，以上參數(shù)的關(guān)系如下：  

Voh > Vih > Vt > Vil > Vol,。  

6,、Ioh：邏輯門輸出為高電平時的負(fù)載電流（為拉電流）。  

7,、Iol：邏輯門輸出為低電平時的負(fù)載電流（為灌電流）,。  

8、Iih：邏輯門輸入為高電平時的電流（為灌電流）,。  

9,、Iil：邏輯門輸入為低電平時的電流（為拉電流）。  

門電路輸出極在集成單元內(nèi)不接負(fù)載電阻而直接引出作為輸出端,，這種形式的門稱為開路門,。開路的TTL、CMOS,、ECL門分別稱為集電極開路（OC）,、漏極開路（OD）、發(fā)射極開路（OE）,，使用時應(yīng)審查是否接上拉電阻（OC,、OD門）或下拉電阻（OE門），以及電阻阻值是否合適,。

電阻值條件 

對于集電極開路（OC）門,，其上拉電阻阻值RL應(yīng)滿足下面條件：  

（1）、RL < （VCC－Voh）/（n*Ioh+m*Iih）  

（2）,、RL > （VCC－Vol）/（Iol+m*Iil）  其中n：線與的開路門數(shù),；m：被驅(qū)動的輸入端數(shù),。

邏輯電平：有TTL、CMOS,、LVTTL,、ECL、PECL,、GTL,；RS232、RS422,、LVDS等,。  ·

其中TTL和CMOS的邏輯電平按典型電壓可分為四類：5V系列（5V TTL和5V CMOS）、3.3V系列,，2.5V系列和1.8V系列,。  

·5V TTL和5V CMOS邏輯電平是通用的邏輯電平。 

·3.3V及以下的邏輯電平被稱為低電壓邏輯電平,，常用的為LVTTL電平,。  

·低電壓的邏輯電平還有2.5V和1.8V兩種。  

·ECL/PECL和LVDS是差分輸入輸出,。  

·RS-422/485和RS-232是串口的接口標(biāo)準(zhǔn),，RS-422/485是差分輸入輸出，RS-232是單端輸入輸出,。  一點補充：RS-232C采用的是負(fù)邏輯,，即邏輯“1”：－5V至－15V；邏輯“0”：+5V至+15V,。  

而CMOS電平為：邏輯“1”：4.99V,；邏輯“0”：0.01V；  TTL電平的邏輯“1”和“0”則分別為2.4V和0.4V,。

1) 5V CMOS,、 HC、 AHC,、 AC中,， 輸入大于3.5V算高電平 | | 輸入小于1.5V算低電平；  

2) 5V TTL ,、ABT ,、AHCT、 HCT,、 ACT中 ,， 輸入大于2V算高電平 | | 輸入小于0.8V算低電平；  

3) 3.3V LVTTL 、LVT,、 LVC ,、ALVC、LV ,、ALVT中 ,，輸入大于2V算高電平　| | 輸入小于0.8V算低電平；  

4) 2.5V CMOS,、 ALVC ,、LV 、ALVT中 ,， 輸入大于1.7V算高電平 | |　輸入小于0.7V算低電平,。

TTL電平信號被利用的最多是因為通常數(shù)據(jù)表示采用二進制規(guī)定,，+5V等價于邏輯'1',，0V等價于邏輯'0'，這被稱做TTL(晶體管-晶體管邏輯電平)信號系統(tǒng),，這是計算機處理器控制的設(shè)備內(nèi)部各部分之間通信的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù),。  

TTL電平信號對于計算機處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想的，首先計算機處理器控制的設(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格昂貴的線路驅(qū)動器以及接收器電路;再者,，計算機處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是在高速下進行的，而TTL接口的操作恰能滿足這個要求,。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,。因為在并行接口中存在著偏相和不對稱的問題，這些問題對可靠性均有影響;另外對于并行數(shù)據(jù)傳輸,，電纜以及連接器的費用比起串行通信方式來也要高一些,。

TTL集成電路的全名是晶體管-晶體管邏輯集成電路(Transistor-Transistor Logic),主要有54/74系列標(biāo)準(zhǔn)TTL,、高速型TTL(H-TTL),、低功耗型TTL(L-TTL)、肖特基型TTL(S-TTL),、低功耗肖特基型TTL(LS-TTL)五個系列,。標(biāo)準(zhǔn)TTL輸入高電平最小2V，輸出高電平最小2.4V,典型值3.4V,輸入低電平最大0.8V,，輸出低電平最大0.4V,，典型值0.2V。S-TTL輸入高電平最小2V,，輸出高電平最?、耦?.5V,，Ⅱ、Ⅲ類2.7V,典型值3.4V,輸入低電平最大0.8V,，輸出低電平最大0.5V,。LS-TTL輸入高電平最小2V，輸出高電平最?、耦?.5V,，Ⅱ、Ⅲ類2.7V,典型值3.4V,輸入低電平最大Ⅰ類0.7V,，Ⅱ,、Ⅲ類0.8V，輸出低電平最大Ⅰ類0.4V,，Ⅱ,、Ⅲ類0.5V，典型值0.25V,。TTL電路的電源VDD供電只允許在+5V±10%范圍內(nèi),，扇出數(shù)為10個以下TTL門電路。

COMS集成電路是互補對稱金屬氧化物半導(dǎo)體(Compiementary symmetry metal oxide semicoductor)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型PMOS晶體管和增強型NMOS管按照互補對稱形式連接的,，靜態(tài)功耗很小。COMS電路的供電電壓VDD范圍比較廣在+5--+15V均能正常工作,，電壓波動允許±10,，當(dāng)輸出電壓高于VDD-0.5V時為邏輯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,。

TTL電平信號被利用的最多是因為通常數(shù)據(jù)表示采用二進制規(guī)定，+5V等價于邏輯'1',，0V等價于邏輯'0',，這被稱做TTL(晶體管-晶體管邏輯電平)信號系統(tǒng)，這是計算機處理器控制的設(shè)備內(nèi)部各部分之間通信的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù),。TTL電平信號對于計算機處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想的,，首先計算機處理器控制的設(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格昂貴的線路驅(qū)動器以及接收器電路;再者,，計算機處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是在高速下進行的,，而TTL接口的操作恰能滿足這個要求。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。因為在并行接口中存在著偏相和不對稱的問題,，這些問題對可靠性均有影響;另外對于并行數(shù)據(jù)傳輸,，電纜以及連接器的費用比起串行通信方式來也要高一些。CMOS電平和TTL電平: CMOS電平電壓范圍在3～15V,，比如4000系列當(dāng)5V供電時,，輸出在4.6以上為高電平，輸出在0.05V以下為低電平,。輸入在3.5V以上為高電平,，輸入在1.5V以下為低電平。而對于TTL芯片,，供電范圍在0～5V,，常見都是5V，如74系列5V供電,，輸出在2.7V以上為高電平,，輸出在0.5V以下為低電平，輸入在2V以上為高電平,，在0.8V以下為低電平,。因此，CMOS電路與TTL電路就有一個電平轉(zhuǎn)換的問題,，使兩者電平域值能匹配。

(一)TTL高電平3.6~5V,，低電平0V~2.4V 

CMOS電平Vcc可達到12V  CMOS電路輸出高電平約為0.9Vcc,，而輸出低電平約為0.1Vcc。  

CMOS電路不使用的輸入端不能懸空,，會造成邏輯混亂,。  

TTL電路不使用的輸入端懸空為高電平  另外，CMOS集成電路電源電壓可以在較大范圍內(nèi)變化,，因而對電源的要求不像TTL集成電路那樣嚴(yán)格,。  用TTL電平他們就可以兼容。  

(二)TTL電平是5V,，CMOS電平一般是12V,。  

因為TTL電路電源電壓是5V，CMOS電路電源電壓一般是12V,。  

5V的電平不能觸發(fā)CMOS電路,，12V的電平會損壞TTL電路，因此不能互相兼容匹配,。  

(三)TTL電平標(biāo)準(zhǔn)  

輸出 L：<0.8V ; H：>2.4V,。  

輸入 L：<1.2V ; H：>2.0V

  TTL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。  

CMOS電平：  

輸出 L：<0.1*Vcc ; H：>0.9*Vcc,。  

輸入 L：<0.3*Vcc ; H：>0.7*Vcc.

一般單片機,、DSP、FPGA他們之間管教能否直接相連,。一般情況下,，同電壓的是可以的，不過最好是要好好查查技術(shù)手冊上的VIL,VIH,VOL,VOH的值,，看是否能夠匹配(VOL要小于VIL,，VOH要大于VIH，是指一個連接當(dāng)中的),。有些在一般應(yīng)用中沒有問題,，但是參數(shù)上就是有點不夠匹配，在某些情況下可能就不夠穩(wěn)定,，或者不同批次的器件就不能運行,。  

例如：74LS的器件的輸出，接入74HC的器件,。在一般情況下都能好好運行,，但是，在參數(shù)上卻是不匹配的,，有些情況下就不能運行,。  

74LS和54系列是TTL電路，74HC是CMOS電路,。如果它們的序號相同,，則邏輯功能一樣，但電氣性能和動態(tài)性能略有不同,。如,，TTL的邏輯高電平為> 2.7V,CMOS為> 3.6V。如果CMOS電路的前一級為TTL則隱藏著不可靠隱患,，反之則沒問題,。

1、TTL電平：  輸出高電平>2.4V,輸出低電平<0.4V,。在室溫下,，一般輸出高電平是3.5V，輸出低電平是0.2V,。最小輸入高電平和低電平：輸入高電平>=2.0V,，輸入低電平<=0.8V,，噪聲容限是0.4V。  

2,、CMOS電平：  1邏輯電平電壓接近于電源電壓,，0邏輯電平接近于0V。而且具有很寬的噪聲容限,。  

3,、電平轉(zhuǎn)換電路：  因為TTL和COMS的高低電平的值不一樣(ttl 5v<==>cmos 3.3v)，所以互相連接時需要電平的轉(zhuǎn)換：就是用兩個電阻對電平分壓,，沒有什么高深的東西,。哈哈  

4、OC門,，即集電極開路門電路,，OD門，即漏極開路門電路,，必須外界上拉電阻和電源才能將開關(guān)電平作為高低電平用,。否則它一般只作為開關(guān)大電壓和大電流負(fù)載，所以又叫做驅(qū)動門電路,。  

5,、TTL和COMS電路比較：  

1)TTL電路是電流控制器件，而coms電路是電壓控制器件,。 

2)TTL電路的速度快,，傳輸延遲時間短(5-10ns)，但是功耗大,。COMS電路的速度慢,，傳輸延遲時間長(25-50ns),但功耗低。COMS電路本身的功耗與輸入信號的脈沖頻率有關(guān),，頻率越高，芯片集越熱,，這是正?，F(xiàn)象。  

3)COMS電路的鎖定效應(yīng)：  COMS電路由于輸入太大的電流,，內(nèi)部的電流急劇增大,，除非切斷電源，電流一直在增大,。這種效應(yīng)就是鎖定效應(yīng),。當(dāng)產(chǎn)生鎖定效應(yīng)時，COMS的內(nèi)部電流能達到40mA以上,，很容易燒毀芯片,。  

防御措施：  

1)在輸入端和輸出端加鉗位電路,，使輸入和輸出不超過不超過規(guī)定電壓。  

2)芯片的電源輸入端加去耦電路,，防止VDD端出現(xiàn)瞬間的高壓,。  

3)在VDD和外電源之間加線流電阻，即使有大的電流也不讓它進去,。  

4)當(dāng)系統(tǒng)由幾個電源分別供電時,，開關(guān)要按下列順序：開啟時，先開啟COMS電路得電源,，再開啟輸入信號和負(fù)載的電源;關(guān)閉時,，先關(guān)閉輸入信號和負(fù)載的電源，再關(guān)閉COMS電路的電源,。  

6,、COMS電路的使用注意事項  

1)COMS電路時電壓控制器件，它的輸入總抗很大,，對干擾信號的捕捉能力很強,。所以，不用的管腳不要懸空,，要接上拉電阻或者下拉電阻,，給它一個恒定的電平。  

2)輸入端接低內(nèi)組的信號源時,，要在輸入端和信號源之間要串聯(lián)限流電阻,，使輸入的電流限制在1mA之內(nèi)。  

3)當(dāng)接長信號傳輸線時,，在COMS電路端接匹配電阻,。  

4)當(dāng)輸入端接大電容時，應(yīng)該在輸入端和電容間接保護電阻,。電阻值為R=V0/1mA.V0是外界電容上的電壓,。  

5)COMS的輸入電流超過1mA，就有可能燒壞COMS,。  

7,、TTL門電路中輸入端負(fù)載特性(輸入端帶電阻特殊情況的處理)：  

1)懸空時相當(dāng)于輸入端接高電平。因為這時可以看作是輸入端接一個無窮大的電阻,。  

2)在門電路輸入端串聯(lián)10K電阻后再輸入低電平,，輸入端出呈現(xiàn)的是高電平而不是低電平。因為由TTL門電路的輸入端負(fù)載特性可知,，只有在輸入端接的串聯(lián)電阻小于910歐時,，它輸入來的低電平信號才能被門電路識別出來，串聯(lián)電阻再大的話輸入端就一直呈現(xiàn)高電平,。這個一定要注意,。COMS門電路就不用考慮這些了,。  

8、TTL電路有集電極開路OC門,，MOS管也有和集電極對應(yīng)的漏極開路的OD門,，它的輸出就叫做開漏輸出。

OC門在截止時有漏電流輸出,，那就是漏電流,，為什么有漏電流呢?那是因為當(dāng)三機管截止的時候，它的基極電流約等于0,，但是并不是真正的為0,，經(jīng)過三極管的集電極的電流也就不是真正的0，而是約0,。而這個就是漏電流,。開漏輸出：OC門的輸出就是開漏輸出;OD門的輸出也是開漏輸出。它可以吸收很大的電流,，但是不能向外輸出的電流,。  所以，為了能輸入和輸出電流,，它使用的時候要跟電源和上拉電阻一齊用,。OD門一般作為輸出緩沖/驅(qū)動器、電平轉(zhuǎn)換器以及滿足吸收大負(fù)載電流的需要,。  

  TTL集成電路中,，輸出有接上拉三極管的輸出叫做圖騰柱輸出,，沒有的叫做OC門。因為TTL就是一個三級關(guān),，圖騰柱也就是兩個三級管推挽相連,。所以推挽就是圖騰。