总被搞混的TTL与CMOS电平藏着这些学问

一．TTL
　　TTL集成电路的主要型式为晶体管－晶体管逻辑门（transistor-transistor logic gate），TTL大部分都采用5V电源。
　　1.输出高电平Uoh和输出低电平UolUoh≥2.4V，Uol≤0.4V
　　2.输入高电平和输入低电平Uih≥2.0V，Uil≤0.8V
　　二．CMOS
　　CMOS电路是电压控制器件，输入电阻极大，对于干扰信号十分敏感，因此不用的输入端不应开路，接到地或者电源上.CMOS电路的优点是噪声容限较宽，静态功耗很小。
　　1.输出高电平Uoh和输出低电平UolUoh≈VCC，Uol≈GND
　　2.输入高电平Uoh和输入低电平UolUih≥0.7VCC，Uil≤0.2VCC （VCC为电源电压，GND为地）
　　从上面可以看出：
　　在 同样5V电源电压情况下，COMS电路可以直接驱动TTL，因为CMOS的输出高电平大于2.0V，输出低电平小于0.8V；而TTL电路则不能直接驱动 CMOS电路，TTL的输出高电平为大于2.4V，如果落在2.4V～3.5V之间，则CMOS电路就不能检测到高电平，低电平小于0.4V满足要求，所 以在TTL电路驱动COMS电路时需要加上拉电阻。如果出现不同电压电源的情况，也可以通过上面的方法进行判断。
　　如果电路中出现3.3V的COMS电路去驱动5V CMOS电路的情况，如3.3V单片机去驱动74HC，这种情况有以下几种方法解决，最简单的就是直接将74HC换成74HCT（74系列的输入输出在下面有介绍）的芯片，因为3.3V CMOS 可以直接驱动5V的TTL电路；或者加电压转换芯片；还有就是把单片机的I/O口设为开漏，然后加上拉电阻到5V，这种情况下得根据实际情况调整电阻的大小，以保证信号的上升沿时间。三．74系列简介
　　74系列可以说是我们平时接触的最多的芯片，74系列中分为很多种，而我们平时用得最多的应该是以下几种：74LS，74HC，74HCT这三种，这三种系列在电平方面的区别如下：
　　
　　TTL和CMOS电平
　　1、TTL电平（什么是TTL电平）：
　　输出高电平》2.4V，输出低电平=2.0V，输入低电平 Vih，输入低电平 Vih 》 Vt 》 Vil 》 Vol
　　6：Ioh：逻辑门输出为高电平时的负载电流（为拉电流）.7：Iol：逻辑门输出为低电平时的负载电流（为灌电流）.8：Iih：逻辑门输入为高电平时的电流（为灌电流）.9：Iil：逻辑门输入为低电平时的电流（为拉电流）。
　　门电路输出极在集成单元内不接负载电阻而直接引出作为输出端，这种形式的门称为开路门。开路的TTL、CMOS、ECL门分别称为集电极开路（OC）、漏极开路（OD）、发射极开路（OE），使用时应审查是否接上拉电阻（OC、OD门）或下拉电阻（OE门），以及电阻阻值是否合适。对于集电极开路（OC）门，其上拉电阻阻值RL应满足下面条件：
　　（1）：RL 《 （VCC－Voh）/（n*Ioh＋m*Iih）（2）：RL 》 （VCC－Vol）/（Iol＋m*Iil）
　　其中n：线与的开路门数；m：被驱动的输入端数。
　　10：常用的逻辑电平
　　·逻辑电平：有TTL、CMOS、LVTTL、ECL、PECL、GTL；RS232、RS422、LVDS等。
　　·其中TTL和CMOS的逻辑电平按典型电压可分为四类：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逻辑电平是通用的逻辑电平。
　　·3.3V及以下的逻辑电平被称为低电压逻辑电平，常用的为LVTTL电平。
　　·低电压的逻辑电平还有2.5V和1.8V两种。
　　·ECL/PECL和LVDS是差分输入输出。
　　·RS-422/485和RS-232是串口的接口标准，RS-422/485是差分输入输出，RS-232是单端输入输出.OC门，又称集电极开路（漏极开路）与非门门电路，Open Collector（Open Drain）。
　　为什么引入OC门？
　　实际使用中，有时需要两个或两个以上与非门的输出端连接在同一条导线上，将这些与非门上的数据（状态电平）用同一条导线输送出去。因此，需要一种新的与非门电路--OC门来实现“线与逻辑”.OC门主要用于3个方面：
　　1、实现与或非逻辑，用做电平转换，用做驱动器。由于OC门电路的输出管的集电极悬空，使用时需外接一个上拉电阻 Rp到电源VCC.OC门使用上拉电阻以输出高电平，此外为了加大输出引脚的驱动能力，上拉电阻阻值的选择原则，从降低功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足 够大；从确保足够的驱动电流考虑应当足够小.2、线与逻辑，即两个输出端（包括两个以上）直接互连就可以实现“AND”的逻辑功能。在总线传输等实际应用中需要多个门 的输出端并联连接使用，而一般TTL门输出端并不能直接并接使用，否则这些门的输出管之间由于低阻抗形成很大的短路电流（灌电流），而烧坏器件。在硬件 上，可用OC门或三态门（ST门）来实现。 用OC门实现线与，应同时在输出端口应加一个上拉电阻.3、三态门（ST门）主要用在应用于多个门输出共享数据总线，为避免多个门输出同时占用数据总线，这些门的使能信号 （EN）中只允许有一个为有效电平（如高电平），由于三态门的输出是推拉式的低阻输出，且不需接上拉（负载）电阻，所以开关速度比OC门快，常用三态门作 为输出缓冲器。什么是OC、OD？
　　集电极开路门（集电极开路 OC 或漏极开路 OD）
　　Open-Drain是漏极开路输出的意思，相当于集电极开路（Open-Collector）输出，即TTL中的集电极开路（OC）输出。一般用于线或、线与，也有的用于电流驱动。
　　Open-Drain是对MOS管而言，Open-Collector是对双极型管而言，在用法上没啥区别。开漏形式的电路有以下几个特点：
　　a. 利用外部电路的驱动能力，减少IC内部的驱动。 或驱动比芯片电源电压高的负载.b.可以将多个开漏输出的Pin，连接到一条线上。通过一只上拉电阻，在不增加任何器件的情况下，形成“与逻辑”关系。这也是I2C，SMBus等总线判 断总线占用状态的原理。如果作为图腾输出必须接上拉电阻。接容性负载时，下降延是芯片内的晶体管，是有源驱动，速度较快；上升延是无源的外接电阻，速度 慢。如果要求速度高电阻选择要小，功耗会大。所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度.c. 可以利用改变上拉电源的电压，改变传输电平。例如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等.d. 开漏Pin不连接外部的上拉电阻，则只能输出低电平。一般来说，开漏是用来连接不同电平的器件，匹配电平用的。
　　正常的CMOS输出级是上、下两个管子，把上面的管子去掉就是OPEN-DRAIN了。这种输出的主要目的有两个：电平转换和线与。
　　由于漏级开路，所以后级电路必须接一上拉电阻，上拉电阻的电源电压就可以决定输出电平。这样你就可以进行任意电平的转换了。
　　线与功能主要用于有多个电路对同一信号进行拉低操作的场合，如果本电路不想拉低，就输出高电平，因为OPEN-DRAIN上面的管子被拿掉，高电平是靠外接的上拉电阻实现的。（而正常的CMOS输出级，如果出现一个输出为高另外一个为低时，等于电源短路。）
　　OPEN-DRAIN提供了灵活的输出方式，但是也有其弱点，就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电，所以当电阻选择小时延时就小，但功耗大；反之延时大功耗小。所以如果对延时有要求，则建议用下降沿输出。